普通化学课件(3).ppt

核化学简介 第18章 1964年10月16日15时 中国在本国西部地区爆炸了一颗原子弹 蘑菇云 3 了解放射性碳 14测定年代法 2 会正确书写核化学方程式 1 了解有关放射性核素和放射性衰变的概念 5 简单了解人工核反应和超铀元素合成的基本内容 4 了解核能和核能利用的基本概念 18 1放射性核素和放射性衰变Radioactivenuclideandradioactivedecay 18 2核能和核能利用Nuclearenergyanduseofnuclearenergy 18 3人工核反应和超铀元素的合成Artificialnuclearreactionandsynthesesoftransuraniumelements 18 1 1放射性衰变和放射系RadioactivedecayandradioactivitySeries 18 1 2核化学方程 半衰期和放射性活度Nuclearchemicalequationhalf timeandradioactivity 18 1 3放射性碳 14纪年Radiocarbon 14dating 18 1放射性核素和放射性衰变Radioactivenuclideandradioactivedecay 18 1 1放射性衰变和放射系 放射性衰变 radioactivedecay 是一种过程 在这种过程中 原来的核素 母体 或者变为另一种核素 子体 或者进入另一种能量状态 辐射会使细胞的生长 调节机制受到伤害 以白血细胞过度生长为特征的白血病可能是由辐射造成的 核电荷数减少2意味着子核在元素周期表中的位置左移2格 叫作 衰变的位移定则 衰变的位移定则是 子核在元素周期表中的位置右移1格 放射性衰变 在自然界存在的放射性核素大多具有多代母子体衰变关系 母体放射性核素经多代子体放射性核素最后衰变生成稳定核素 放射系 radioactiveseries 18 1 2核化学方程 半衰期和放射性活度 1 核化学方程式 书写核化学方程式的规则 a 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 2 半衰期 Question1 Solution 放射性核素的半衰期短至10 6s 长至1015a 衰变反应半衰期的一个重要特征是 它不受外界条件 温度 压力等 的影响 也不受化合状态的影响 化学方法可以使有毒化学制剂分解为无毒物种 但对放射性造成的毒性却无可奈何 切尔诺贝利4号反应堆爆炸灾难后的几年内 乌克兰0 14岁儿童中甲状腺癌的发病人数 3 放射性活度及其单位 放射性活度 activity 是通过实验观察得到的放射性物质的衰变速率 SI单位 为Bq 贝可 1Bq相当于每秒发生1次衰变 旧单位 Ci 居里 1Ci相当于每秒发生3 7 1010次衰变 1g镭 226的衰变速率 1Ci 3 7 1010Bq比活度 指样品中某核素的放射性活度与样品总质量之比 单位为Bq g 1或mCi g 1等 检测放射性的方法 盖革计数器 Geigercounter 是根据受辐射气体发生电离而产生的离子和电子能传导电流的原理设计的 18 1 3放射性碳 14纪年 碳 14以5730a的半衰期发生 衰变 Question2 埃及一法老古墓发掘出来的木质遗物样品中 放射性碳 14的比活度为432Bq g 1 即s 1 gC 1 而地球上活体植物组织相应的比活度则为756Bq g 1 试计算该古墓建造的年代 Solution 18 2核能和核能利用Nuclearenergyanduseofnuclearenergy 18 2 1核素的平均结合能Averagebindingenergyofnuclide 18 2 2核裂变Nuclearfission 18 2 3核聚变Nuclearfusion 18 2 1核素的平均结合能 核子之间靠核力 nuclearforce 结合成原子核 核力是核子之间的短程强吸引力 作用范围为2fm 10 15m 质量亏损 massdefect 用 m表示 减少的能量即核的结合能 nuclearbindingenergy 符号用EB 例如 2H核的结合能为 EB 2H mc2 931 5MeV u 1 0 0023893u 2 2256MeV 平均结合能 averagebindingenergy 指核子结合为原子核时每个核子平均释放的能量 结合能除以质量数 例如2H核的值为1 1128MeV 由于重核裂变为较轻核和轻核聚变为较重核的过程都是放能反应 这种趋势就奠定了核能利用的基础 Question3 Solution m 59 9529 1 00783 58 9332 2 01410 0 01343 g mol 1 E mc2 1 343 10 5kg mol 1 3 00 108m s 1 2 1 21 109kJ mol 1 18 2 2核裂变 核裂变 nuclearfission 是大核分裂为小核的过程 普通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量 1 铀 235的裂变与核武器 发生链反应 爆炸 足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量 criticalmass 铀 235的临界质量约为1kg 质量超过1kg则发生爆炸 任何有核反应堆的国家都不难得到爆炸级的裂变材料 原子弹的基本设计又如此简单 从而为防止核武器扩散带来了困难 这是美国对日本投掷的两颗原子弹 全世界第一次知道了什么是原子弹 2 核反应堆 通过受控核裂变反应获得核能的装置 可使裂变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数 以形成所谓的自持链反应 self sustainingchainreaction 前苏联于1954建成世界上第一座核电站 至今已有30多个国家和地区的400多座核电站处在运行之中 右图列出1995年一些国家核电占各自总电力的百分率 第二次世界大战结束后 科学家迅速将原子能的利用转向和平用途 安全方面的担心 核废料处理 核动力发电算得上一种清洁能源 18 2 3核聚变 核聚变 nuclearfusion 由两个或多个轻核聚合形成较重核的过程 热核武器以聚变反应为基础的核武器 氢弹就是利用装在其内部的一个小型铀原子弹爆炸产生的高温引爆的 18 3 1人工核反应Artificialnuclearreaction 18 3 2超铀元素的合成Synthesesoftransuraniumelements 18 3人工核反应和超铀元素的合成Artificialnuclearreactionandsynthesesoftransuraniumelements 18 3 1人工核反应 人工核反应是指原子核受中子 质子 粒子 重粒子 例如原子核 等轰击而形成新核的核嬗变过程 nucleartransmutation 1919年卢瑟夫实现了第一个核嬗变反应 人工核反应的实现 使科学家在实验室合成已知元素的新核素和新的化学元素成为可能 185Hf 1992 208Hg 1992 237Th 1993 239Pa 1995 175Er 1996 235Am 1996 135Gd 1996 121Ce 1997 186Hf 1998 209Hg 1998 238Th 1999 125Nd 1999 128Pm 1999 129Sm 1999 139Dy 1999 139Tb 1999 和137Gd 1999 我国科学家合成的19种新核素 90Ru 1991 和202Pt 1992 分别由中国原子能科学研究院 北京 和上海原子核研究所合成 18 3 2超铀元素的合成 第一个 超铀元素 transuraniumelements 的合成 1940年 1970年 2 第一个 超锕系元素 transactinideelements 的合成 合成的困难 随着质子数越来越多 质子间的库仑引力越来越大 原子核也越来越不稳定 放射性的应用 射线疗法 radiationtherapy 是指用高能射线治疗疾病的方法 它是人类战胜癌症的一种重要武器 放射性示踪剂以某种化合物的形式给药 诊断是根据这些放射性化