第27章 核化学.ppt

第 27 章 核 化 学 本章主要内容 §27.1 原子核的组成和基本粒子的概念 §27.2 放射性衰变—自发核反应 §27.3 诱导核反应 §27.4 质量亏损和核结合能 §27.5 放射性核素的应用 本章重点 ※ 原子核的组成和亚原子粒子的概念； ※ 核能和核能利用的基本概念。 基本概念 核反应与化学反应的区别： 第一，化学反应涉及核外电子的变化，但核反应的结果是原子核发生了变化； 第二，化学反应不产生新的元素，但在核反应中，一种元素嬗变为另一种元素； 核化学：是研究核反应及其在化学中的应用的科学 元素通过核外的电子而发生化学反应，在反应中，原子核本身不发生变化。 核反应与化学反应的区别： 第三，化学反应中各同位素的反应是相似的，而核反应中各同位素的反应不同； 第四，化学反应与化学键有关，核反应与化学键无关； 第五，化学反应吸收和放出的能量大约为10~103 kJ·mol-1，而核反应的能量变化在108~109 kJ·mol-1； 最后，化学反应中质量数相等；核反应中会发生质量亏损。 §27.1 原子核的组成和基本粒子的概念 亚原子粒子 27.1.2 原子核的组成 27.1.1 原子核是由质子和中子组成的，这两种粒子统称为核子(nucleons)。 每一种特定的原子核称作一种核素(nuclide)。 不同的核素具有不同数目的质子数（Z）和中子数（N）。 质量数A：A=Z+N。 核素符号： A ZX 27.1.1 原子核的组成 1. 亚原子粒子的概念 亚原子粒子泛指比原子核小的物质单元，包括电子、中子、质子、光子以及在宇宙射线和高能原子核试验中所发现的一些粒子。 2. 亚原子粒子的种类 根据作用力的不同，可以分为三大类: 强子、轻子和传播子 27.1.2 亚原子粒子 3. 亚原子粒子的特征量 ⑴ 粒子的质量。 ⑵ 粒子的寿命。 ⑶ 粒子具有对称性。 ⑷ 粒子有自旋。 自旋为半整数的粒子称为费米子; 为整数的称为玻色子。 核反应:是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。 核反应包括: 自发核反应（放射性衰变） 诱导核反应（核裂变与核聚变） 27.2 放射性衰变—自发核反应 原子核不稳定，能自发放射质子和电磁辐射。这种性质，称为放射性。过程称为放射性衰变 常见的衰变： α衰变，如 22688Ra → 22286Rn + 42 α(42He) β衰变，如 21083Bi → 21084Po + 0-1e 。 γ衰变，如 6027Co* → 6027Co + γ γ射线由高能光子组成 1. 放射性衰变 重放射性核素的递次衰变系列包括： 三个天然放射系和一个人工放射系 钍系/4n系:从232Th经过10次衰变241Pb。。 铀系/4n+2系:从238U经过14次衰变206Pb。 锕系/4n+3系:从235U经过11次衰变207Pb。 镎系:核反应方法合成的一个人工放射系 2. 放射系 半衰期:指放射性核素衰变掉一半所需要的时间。 λτ=ln2 τ=0.693/λ λ—速度常数， 半衰期T1/2，一般用τ表示 3. 半衰期 核化学方程：用于表示各种核变化过程的方程式与化学反应方程不同。核素的符号之后不需表明状态。 书写时需要遵循两条规则： 方程式两端的质量数之和相等； (b) 方程式两端的原子序数之和相等。 4. 核化学方程 例： 14456Ba钡+ 8956Kr氪 +3 10n 23592U + 10n → 14054Xe氙 + 9438Sr锶 +2 10n 13351Sb锑 + 9941Nb铌 + 4 10n 核裂变：是用中子（10n）轰击较重原子核使 之分裂成较轻 原子核的反应。 核裂变的核燃料：U-235 U-233 Pu-239(钚) 27.3 诱导核反应 1. 核裂变 U-235裂变链式反应： 1gU-235可放出 8×107kJ的能量 1g煤完全燃烧放出的热量为：30kJ 1gU-235产生的能量相当于2.7×106g煤燃烧产生的能量 对于核弹，链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变 核电站和原子弹是核裂变能的两大应用，两者的差异主要在于链式反应速度是否受到控制 核电站的关键设备是核反应堆，受控的链式反应就在这里进行 例： 21H