- Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; nó là lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân gọi là tương tác mạnh.. - Hạt nhân có năng lượng liên [r]
Trang 1§ 1.CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
ĐỘ HỤT KHỐI
I CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
1.
Cấu hạt nhân nguyên tử
Hạt nhân được cấu tạo bởi hai loại hạt sơ cấp gọi là nuclon gồm:
Prôtôn: ki hiệu p=1
1
H
mp = 1,67262.10−27 kg , điện tích : +e
Nơtrôn: kí hiệu n 01n ,
mn = 1,67493.10−27 kg , không mang điện tích
1.1 Kí hiệu hạt nhân: Z A X
- A= số nuctrôn : số khối
- Z= số prôtôn = điện tích hạt nhân: nguyên tử số
- N : số nơtrônA Z
1.2 Bán kính hạt nhân nguyên tử:
1
15 3
1, 2 10
2.Đồng vị
Những nguyên tử đồng vị là những nguyên tử có cùng số prôtôn (Z), nhưng khác số nơtrôn (N) hay số nuclôn (A)
Ví dụ: Hidrô có ba đồng vị 11H ; 12H (12D) ; 13H T( )31
+ đồng vị bền : trong thiên nhiên có khoảng 300 đồng vị loại này
+ đồng vị phóng xạ ( không bền) : có khoảng vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo
3.Đơn vị khối lượng nguyên tử
- u : có giá trị bằng 1/12 khối lượng đồng vị cacbon 126C
- 1u1,66058 1027kg 931,5MeV c/ 2 ; 1MeV 1,6 1013J
Trang 2II ĐỘ HỤT KHỐI – NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN
1.
Lực hạt nhân
- Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclôn, bán kính tương tác khoảng 10 m15
- Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; nó là lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân gọi là tương tác mạnh
2.
Độ hụt khối m của hạt nhân Z A X
Khối lượng hạt nhân m luôn nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó hn
một lượng m
p ( ) N hn
3.
Năng lượng liên kết W của hạt nhân lk A
Z X
- Năng liên kêt Là năng lượng tỏa ra khi tạo thành một hạt nhân (hay năng lượng thu vào để phá vỡ một hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt)
o Khi đơn vị của: W lk J ; � �� �m p m n m hn kg
Thì
W ��Z m N m m ��c m c
4.Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Z A X
- Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính trên một nuclôn
lk
W
A
- Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững
I XÁC ĐỊNH CẤU TẠO HẠT NHÂN- ĐỘ HỤT KHỐI VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT: Loại 1 : Xác định cấu tạo hạt nhân, năng lượng liên kết hạt nhân:
Bài 1 : Xác định cấu tạo hạt nhân 23892U , 1123
Na , 24He
+23892U có cấu tạo gồm: Z=92 , A = 238 N = A – Z = 146
Đáp án: 23892U : 92 proton ; 146 nơtron
Trang 3+ 1123Na gồm : Z= 11 , A = 23 N = A – Z = 12
Đáp án: : 11
23
Na : 11 proton ; 12 nơtron
Bài 2 : Khối lượng của hạt 104Be là m
Be = 10,01134u, khối lượng của nơtron là m N = 1,0087u, khối lượng của proton là m P = 1,0073u Tính độ hụt khối của hạt nhân 104Be là bao nhiêu?
- Xác định cấu tạo hạt nhân 104Be có Z = 4proton, 6 notron
- Vận dụng công thức độ hụt khối :
m ��Z m. p(A Z m ). N m hn��
= 4.1,0073u + 6.1,0087u – 10,01134u m = 0,069u
Đáp án:m = 0,069u
Bài 3: Hạt nhân đơteri 21D có khối lượng m
D = 2,0136u, khối lượng của nơtron là mN = 1,0087u, khối lượng của proton là mP = 1,0073u Tính năng lượng liên kết của hạt nhân 21D
Xác định cấu tạo hạt nhân 21D có Z = 1proton, N = 1 notron
Vận dụng công thức độ hụt khối từ đó tinh năng lương liên kết :
W lk ��Z m. pN m. nm hn�� 931,5 m 931,5
Wlk = (1.1,0073+ 1.1,0087 – 2,0136).931,5
Bài 4 : Hạt nhân 2760Co có khối lượng m
Co = 55,940u, khối lượng của nơtron là mN = 1,0087u, khối lượng của proton là mP = 1,0073u Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 2760Co Tương tự :
Đáp án: W lk = 70,5 MeV
Loại 2 : Tính năng lượng liên kết riêng và so sánh tính bền vững của các hạt nhân
Bước 1:Tính năng lượng liên kết riêng bằng :
W lk
Trang 4Bước 2 : So sánh năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân với nhau : hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững
Chú ý : hạt nhân có số khối từ 50 – 70 trong bảng HTTH thường bền hơn các nguyên tử của các hạt nhân còn lại
Bài 1: Hạt nhân 104Be có khối lượng 10,0135u Khối lượng của nơtrôn (nơtron) mn = 1,0087u, khối lượng của prôtôn (prôton) mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2 Năng lượng liên kết riêng của
hạt nhân 10 là 104Be
A 0,6321 MeV B 63,2152 MeV C 6,3215 MeV D 632,1531 MeV
Giải
- Năng lượng liên kết của hạt nhân 104Be là :
Wlk = Δm.c2 = (4.m P +6.m n – mBe).c2 = 0,0679.c2 = 63,215 MeV
- Suy ra năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 4
10Be là :
W lk
63 , 125
10 =6,3215 MeV/nuclôn
Chọn đáp án : C.
Bài 2 : Tính năng lượng liên kết hạt nhân Đơtêri 1
2D ? Cho m
p = 1,0073u, mn = 1,0087u, mD = 2,0136u; 1u = 931 MeV/c2
A) 2,431 MeV B) 1,122 MeV C) 1,243 MeV D)2,234MeV.
Giải
- Độ hụt khối của hạt nhân D :
Δm = ∑ mp + ∑ mn ─ mD = 1.mp +1.mn – mD = 0,0024 u
- Năng lượng liên kết cảu hạt nhân D là :
Wlk = Δm.c2 = 0,0024.uc2= 2,234 MeV
Trang 5⇒ Chọn đáp án D
Bài 3 : Cho biết m α = 4,0015u; m O=15 , 999 u; mp=1,007276u , mn=1,008667 u Hãy
sắp xếp các hạt nhân 24He , 126C , 168O theo thứ tự tăng dần độ bền vững :
Câu trả lời đúng là:
A 126C , 24He , 168O . B 126
C , 168O , 24He ,
C 2
4
He , 6
12
C , 168O . D 24
He , 168O , 126
C
Giải
- Đề bài không cho khối lượng của 12C nhưng chú ý vì ở đây dùng đơn vị u, mà theo định
nghĩa đon vị u bằng 1/12 khối lượng đồng vị 12C ⇒ do đó có thể lấy khối lượng 12C là 12 u
- Suy ra năng lượng liên kết riêng của từng hạt nhân là :
He : Wlk = (2.mp + 2.mn – m α )c2 = 28,289366 MeV ⇒ Wlk riêng = 7,0723 MeV / nuclon
C : Wlk = (6.mp + 6.mn – mC )c2 = 89,057598 MeV ⇒ Wlkriêng = 7,4215 MeV/ nuclon
O : Wlk = (8.mp + 8.mn – mO )c2 = 119,674464 meV ⇒ Wlk riêng = 7,4797 MeV/ nuclon
Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững Vậy chiều bền vững hạt nhân tăng dần là : He < C < O
⇒ Chọn đáp án C
Bài 4:Biết khối lượng của các hạt nhân
mC=12,000u; mα=4,0015u; mp=1,0073u; mn1,0087u và 1u=931 Mev/c2 Năng lượng
cần thiết tối thiểu để chia hạt nhân 6
12
C thành ba hạt α theo đơn vị Jun là
A 6,7.10 -13 J B 6,7.10 -15 J C 6,7.10 -17 J D 6,7.10 -19 J
Trang 6Tóm tắt: Giải
mC=12,000u; C12 3 He
mα=4,0015 u; Năng lượng phá vở một hạt C12 thành 3 hạt He
mp=1,0073u; mn1,0087u W = ( m
rời - mhn )c2 = (3.4,0015 – 12) 931= 4.1895MeV
W? W = 6,7.10-13J
Chọn đáp án A
Loại 3 : Tính số hạt nhân nguyên tử và suy ra số nơtron, proton có trong lượng chất hạt nhân
- Cho khối lượng m hoặc số mol của hạt nhân Z A X Tìm số hạt p , n có trong mẫu hạt nhân đó
Nếu có khối lượng m suy ra số hạt hạt nhân X là : N =
m
A .N A
(hạt)
Nếu có số mol suy ra số hạt hạt nhân X là : N = n.N A (hạt) với N A =
6,022.10−23mol−1
Khi đó : 1 hạt hạt nhân X có Z hạt p và (A – Z ) hạt n Do đó trong N hạt hạt nhân X có :
N.Z hạt proton và (A-Z) N hạt notron.
Bài 1: Biết số Avôgađrô là 6,02.10 23 mol-1, khối lượng mol của hạt nhân urani 23892U là 238
gam / mol
Số nơtron trong 119 gam urani 23892U là :
A 2,2.1025 hạt B. 1,2.1025 hạt C 8,8.1025 hạt D 4,4.1025
hạt
Giải
- Số hạt nhân có trong 119 gam urani 92
238U là :
Trang 7N =
m
A .N A
=
119
238 .6,02.10
23=3.01.1023
hạt
- Suy ra số hạt nơtron có trong N hạt nhân urani 23892U là :
(A-Z) N = ( 238 – 92 ).3,01.1023 = 4,4.1025 hạt
⇒ Đáp án : D
Bài 2 Cho số Avôgađrô là 6,02.10 23 mol -1
Số hạt nhân nguyên tử có trong 100 g Iốt 13152 I
là :
A 3,952.10 23 hạt B 4,595.10 23 hạt C.4.952.10 23 hạt D.5,925.10 23 hạt
Giải
- Số hạt nhân nguyên tử có trong 100 g hạt nhân I là :
N =
m
A .N A=100
131.6, 02.10
23
hạt
⇒ Chọn đáp án B.