Defekt masy i stabilność jąder
W jądrze atomowym istnieją siły jądrowe między nukleonami, które działają na małą odległość i nie są zależne od ładunku. Przy zderzeniach neutronów z protonami może dojść do wymiany ładunku, czyli zamiany protonu w neutron i odwrotnie. Energię odziaływań pomiędzy nukleonami można wyliczyć. Przykładowo masa atomowa helu powinna być równa sumie mas dwóch protonów i dwóch neutronów tj. 4,0319 u.
masa 2 protonów 2*1,0072766 u = 2,0145532 u
masa 2 neutronów 2*1,0086654 u =2,0173308 u
w sumie 4,0318840 u
Jednak najdokładniejsze eksperymentalne oznaczenia masy atomowej helu dają wartość 4,0015 u. Różnica 0,03039 nosi nazwę defektu (niedoboru) masy. Stosując równanie Einsteina E=mc2 można określić ilość energii, jaka zostanie wyzwolona przy zmniejszaniu się masy układu o 0,03039 u. Energię tę nazwano energią wiązania jądra. Jej wielkość pozwala określić ilość energii, jaka zostanie wyzwolona przy powstawania jądra lub ilość energii, jaką trzeba dostarczyć w celu rozbicia jądra. Im większy jest defekt masy, im większa jest energia wiązania, tym bardziej stabilne jest powstałe jądro atomowe. Stabilne jądra mają w przybliżeniu taką samą liczbę neutronów i protonów. Bardzo stabilne są jądra z parzystymi liczbami protonów i neutronów. Stabilne są też takie jądra, w których stosunek neutronów do protonów wynosi 3:2.
Subskrybuj nasz kurs chemii online, aby uzyskać dostęp do tego i wielu innych zadań z rozwiązaniami!
a) Wykres średniej energii wiązania na nukleon od liczby nukleonów w jądrze jest krzywą, która szybko narasta dla (dużych/małych) liczb masowych, a stopniowo opada dla (dużych/małych). Na tej podstawie można wywnioskować, że dla pierwiastków lekkich syntezie nukleonów jąder towarzyszy (uwalnianie/pobieranie) energii, natomiast w przypadku pierwiastków ciężkich (uwalnianie/pobieranie) energii towarzyszy rozszczepianiu, czyli podziałowi jąder. Z tego również powodu jądra pierwiastków lekkich charakteryzują się (małą/dużą) trwałością.
b) Z wykresu wynika, że izotop 56Fe ma największą energię wiązania na nukleon, co świadczy o jego dużej stabilności. Wynika to z faktu, że izotop ten ma w przybliżeniu taką samą liczbę protonów (26) i neutronów (30). Ponadto obie te liczby są parzyste.
Subskrybuj nasz kurs chemii online, aby uzyskać dostęp do tego i wielu innych zadań z rozwiązaniami!