wsccontractorsga.com

  

Beste Artikel:

  
Main / Wie berechnet man die Bindungsenergie von Sauerstoff?

Wie berechnet man die Bindungsenergie von Sauerstoff?

Je fester ein System gebunden ist, desto stärker sind die Kräfte, die es zusammenhalten, und desto größer ist die Energie, die erforderlich ist, um es auseinander zu ziehen. Wir können daher etwas über Kernkräfte lernen, indem wir untersuchen, wie eng die Kerne gebunden sind. Wir definieren die Bindungsenergie BE eines Kerns als die Energie, die erforderlich ist, um ihn vollständig in separate Protonen und Neutronen zu zerlegen. Wir können das BE eines Kerns aus seiner Ruhemasse bestimmen.

Ein gebundenes System hat eine kleinere Masse als seine einzelnen Bestandteile; Je enger die Nukleonen miteinander verbunden sind, desto kleiner ist die Masse des Kerns.

Stellen Sie sich vor, Sie ziehen ein Nuklid auseinander, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die Arbeit zur Überwindung der Kernkräfte, die den Kern zusammenhalten, bringt Energie in das System. Per Definition entspricht der Energieeintrag der Bindungsenergie BE. Die Teile ruhen, wenn sie getrennt werden, und so erhöht die in sie eingebrachte Energie ihre gesamte Ruhemasse im Vergleich zu dem, was sie waren, als sie als Kern zusammengeklebt wurden. Dieser Massendifferenz wird als Massendefekt bezeichnet. Dies impliziert, dass die Masse des Kerns geringer ist als die Summe der Massen seiner Protonen- und Neutronenbestandteile.

Traditionell beschäftigen wir uns mit den Massen neutraler Atome. Um Atommassen in die letzte Gleichung zu bringen, addieren wir zuerst Z-Elektronen zu m tot, was m A X, die Atommasse des Nuklids, ergibt. Figure 1. Die Arbeit, die geleistet wird, um einen Kern in seine Protonen und Neutronen zu zerlegen, erhöht die Masse des Systems. Die Arbeit zur Zerlegung des Kerns entspricht seiner Bindungsenergie BE.

Ein gebundenes System hat weniger Masse als die Summe seiner Teile, was sich insbesondere in den Kernen bemerkbar macht, in denen Kräfte und Energien sehr groß sind. BE wird somit aus bekannten Atommassen berechnet.

Diese faszinierende Geschichte ist ein weiteres Beispiel dafür, wie die Physik im kleinen Maßstab Phänomene im großen Maßstab erklären kann. Radioaktive Datierung spielt eine Rolle bei der Bestimmung des ungefähren Alters der Erde. Die ältesten Gesteine ​​der Erde erstarrten um 3. Diese Gesteine ​​konnten sich erst verfestigen, wenn sich die Erdoberfläche ausreichend abgekühlt hatte. Die Temperatur der Erde bei der Bildung kann basierend auf der potentiellen Gravitationsenergie der Ansammlung von Teilen geschätzt werden, die in Wärmeenergie umgewandelt werden.

Mit Hilfe der in der Thermodynamik diskutierten Wärmeübertragungskonzepte kann dann berechnet werden, wie lange es dauern würde, bis sich die Oberfläche auf Gesteinsbildungstemperaturen abgekühlt hat. Das Ergebnis ist ungefähr 10 9 Jahre.

Die ersten gebildeten Gesteine ​​waren für 3 fest. Es gibt eine Vielzahl anderer Arten von Beweisen, die sowohl erdgebundene als auch Sonnensystemmerkmale verwenden, die dieses Zeitalter unterstützen. Das Rätsel ist, dass der Erdmittelpunkt angesichts seines Alters und seiner Anfangstemperatur viel kühler sein sollte als heute (siehe Abbildung 2). Abbildung 2. Der Erdmittelpunkt kühlt durch bekannte Wärmeübertragungsmethoden ab. Konvektion in den Flüssigkeitsbereichen und Leitung leiten Wärmeenergie an die Oberfläche, wo sie in einen kalten, dunklen Raum strahlt.

Angesichts des Alters der Erde und ihrer Anfangstemperatur sollte sie inzwischen auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt sein. Diese Energie hat den Abkühlungsprozess verlangsamt und ist dafür verantwortlich, dass der Innenraum noch geschmolzen ist. Wir wissen aus seismischen Wellen, die durch Erdbeben erzeugt wurden, dass Teile des Erdinneren flüssig sind. Kompressions- oder Longitudinalwellen können jedoch durch eine Flüssigkeit hindurchtreten und durch den Kern gehen.

Aus diesen Informationen kann die Innentemperatur geschätzt werden. Wie bemerkt, sollte der Innenraum von seiner Anfangstemperatur in der 4. mehr abgekühlt sein. Tatsächlich sollte es nicht länger als etwa 10 9 Jahre dauern, bis er auf seine gegenwärtige Temperatur abgekühlt ist. Was hält es heiß? Die Antwort scheint der radioaktive Zerfall von Urelementen zu sein, die Teil des Materials waren, das die Erde gebildet hat. Siehe die Explosion in Abbildung 2.

Nuklide wie 238 U und 40 K haben Halbwertszeiten, die dem Alter der Erde ähneln oder länger sind, und ihr Zerfall trägt immer noch Energie zum Inneren bei.

Einige der ursprünglichen radioaktiven Nuklide haben instabile Zerfallsprodukte, die auch Energie freisetzen - 238 U hat eine lange Zerfallskette von diesen. Ferner gab es früh im Leben der Erde mehr dieser ursprünglichen radioaktiven Nuklide, und daher waren die Aktivität und die Energie, die dazu beitrugen, größer als vielleicht um eine Größenordnung. Die durch diese Zerfälle pro Kubikmeter erzeugte Energiemenge ist sehr gering. Da jedoch ein großes Materialvolumen tief unter der Oberfläche liegt, kann diese relativ kleine Energiemenge nicht schnell entweichen.

Die in der Nähe der Oberfläche erzeugte Energie hat viel weniger Abstand zum Entweichen und hat einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Oberflächentemperaturen. Ein letzter Effekt dieser eingefangenen Strahlung verdient Erwähnung. Der Alpha-Zerfall erzeugt Heliumkerne, die beim Stoppen Heliumatome bilden und Elektronen einfangen.

Das meiste Helium auf der Erde wird aus Brunnen gewonnen und auf diese Weise hergestellt. Jedes Helium in der Atmosphäre wird aufgrund seiner hohen thermischen Geschwindigkeit in geologisch kurzen Zeiten entweichen.

Welche Muster und Erkenntnisse ergeben sich aus einer Untersuchung der Bindungsenergie verschiedener Nuklide? Erstens stellen wir fest, dass BE ungefähr proportional zur Anzahl der Nukleonen A in einem Kern ist. Zum Auseinanderziehen eines Kerns wie 24 Mg wird etwa doppelt so viel Energie benötigt wie zum Beispiel zum Auseinanderziehen von 12 C.

Wir sehen, dass die Bindungsenergie pro Nukleon im Durchschnitt etwa 8 MeV beträgt, aber sowohl für die leichtesten als auch für die schwersten Kerne niedriger ist. Es ist besonders wichtig, zwei Dinge zu beachten: Die starke Kernkraft ist etwa 100-mal stärker als die Coulomb-Kraft, und die Reichweite der Kernkräfte ist im Vergleich zur Coulomb-Kraft kürzer. Darüber hinaus sind neue Nukleonen, die einem Kern hinzugefügt werden, zu weit von einigen anderen entfernt, um ihre nukleare Anziehungskraft zu spüren.

Hinzugefügte Protonen spüren jedoch die Abstoßung aller anderen Protonen, da die Coulomb-Kraft in der Reichweite länger ist. Die Coulomb-Abstoßung wird reduziert, indem mehr Neutronen vorhanden sind, um die Protonen weiter auseinander zu halten (siehe Abbildung 4). Abbildung 3. Die am engsten gebundenen Kerne sind solche mit A nahe 60, bei denen die anziehende Kernkraft ihre größte Wirkung hat. Bei höheren As verringert die Coulomb-Abstoßung progressiv die Bindungsenergie pro Nukleon, da die Kernkraft kurzreichweitig ist.

Die Spitzen auf der Kurve sind sehr eng gebundene Nuklide und zeigen Schalenverschlüsse an. Abbildung 4. Die Kernkraft ist attraktiv und stärker als die Coulomb-Kraft, hat jedoch eine kurze Reichweite. In Kernen mit geringer Masse spürt jedes Nukleon die nukleare Anziehungskraft aller anderen. In größeren Kernen ist der Bereich der Kernkraft, der für ein einzelnes Nukleon gezeigt wird, kleiner als die Größe des Kerns, aber die Coulomb-Abstoßung von allen Protonen erreicht alle anderen.

Wenn der Kern groß genug ist, kann die Coulomb-Abstoßung dazu beitragen, die nukleare Anziehung zu überwinden. Diese Spitzen enthüllen weitere Details der Kernkräfte, beispielsweise die Bestätigung, dass Kerne mit geschlossener Schale, die eine magische Anzahl von Protonen oder Neutronen oder beides aufweisen, enger gebunden sind. Dieser Befund kann mit einigen der kosmischen Häufigkeiten der Elemente korreliert werden. Die häufigsten Elemente im Universum, die durch Beobachtungen von Atomspektren aus dem Weltraum bestimmt werden, sind Wasserstoff, gefolgt von 4 He mit viel geringeren Mengen an 12 C und anderen Elementen.

Es ist zu beachten, dass die schwereren Elemente bei Supernova-Explosionen entstehen, während die leichteren durch Kernfusion während der normalen Lebenszyklen von Sternen erzeugt werden, wie in den folgenden Kapiteln erläutert wird. Die häufigsten Elemente haben die am engsten gebundenen Kerne.

Dies zeigt an, dass 4 He im Vergleich zu seinen Nachbarn auf der Karte der Nuklide fest gebunden ist. Deshalb ist 4 Er stabil. Eine geringere Masse in den Zerfallsprodukten kann eine Energiefreisetzung bedeuten, und solche Zerfälle können spontan sein. Ferner kann es vorkommen, dass zwei Protonen und zwei Neutronen in einem Kern zufällig zusammenkommen, die außergewöhnlich große Kernkraft erfahren, die diese Kombination bindet, und zumindest für eine Weile als 4 He-Einheit innerhalb des Kerns wirken.

Aus den nuklearen Bindungsenergien kann noch mehr gelernt werden. Dies ist eine der Anwendungen der Kernphysik, die in Medizinische Anwendungen der Kernphysik behandelt werden. Die Fülle an Elementen auf der Erde, in Sternen und im gesamten Universum hängt mit der Bindungsenergie der Kerne zusammen und hat Auswirkungen auf die weitere Expansion des Universums.

Starten Sie eine Kettenreaktion oder führen Sie nicht radioaktive Isotope ein, um eine zu verhindern. Kontrollieren Sie die Energieerzeugung in einem Kernreaktor! Klicken Sie auf das Bild, um die Simulation herunterzuladen. Zum Hauptinhalt springen. Radioaktivität und Kernphysik. Suche nach: Lernziele für Bindungsenergie Am Ende dieses Abschnitts können Sie: Bindungsenergie definieren und diskutieren.

Berechnen Sie die Bindungsenergie pro Nukleon eines Partikels. Beispiel 1. Auf diese Weise können Sie entscheiden, ob beispielsweise die Energie eines Zerfalls oder einer Kernreaktion beteiligt ist oder ob das Problem hauptsächlich mit der Aktivitätsrate des Zerfalls zusammenhängt. Machen Sie eine Liste von dem, was gegeben ist oder aus dem Problem abgeleitet werden kann, wie angegeben, und identifizieren Sie die bekannten.

Für Reaktions- und Bindungsenergieprobleme verwenden wir eher atomare als nukleare Massen. Da die Massen neutraler Atome verwendet werden, müssen Sie die Anzahl der beteiligten Elektronen zählen. Beachten Sie auch, dass Atommassen in einem Problem möglicherweise nicht angegeben werden. Sie können in Tabellen gefunden werden.

Führen Sie die gewünschte Berechnung durch. Behalten Sie die Plus- und Minuszeichen sowie die Potenzen von 10 im Auge. Überprüfen Sie die Antwort, um festzustellen, ob dies sinnvoll ist: Ist dies sinnvoll? Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit Beispielen und anderen Informationen im Text. Wenn Sie den Rat in Schritt 5 befolgen, können Sie auch sicher sein, dass Sie ein Ergebnis erzielen.

(с) 2019 wsccontractorsga.com