Tài liệu học tập chương 3 . hóa học hạt nhân

CHƯƠNG 3HOÁ HỌC HẠT NHÂN.3.1 SỰ PHÁT HIỆN RA HẠT NHÂN, THÀNH PHẦN HẠT NHÂN.3.1.1 Sự phát hiện ra hạt nhân.Thí nghiệm của RuZơFo (1911).Kết luận: nguyên tử có cấu tạo rỗng, đường kính của hạt nhân nhỏ hơn của nguyêntử hàng chục vạn lần ( rnhân = 1013cm, còn rngtử=108cm).3.1.2. Thành phần hạt nhân:Hạt nhân gồm các Nucleon. Nucleon = p + n (Proton) (Nơtron)Ngoài 2 hạt nhân sơ cấp trên, trong hạt nhân còn tồn tại các hạt sơ cấp không bền,có khối lượng trung bình giữa khối lượng của electron và proton, đó là các Mezon.Chúng có điện tích 1, 0, có spin nguyên và bán nguyên.Mezon gồm 3 hạt cơ bản không ổn định, có khối lượng gần bằng 270me, có điện tích+, 0, . Mezon tương tác mạnh mẽ với các Nucleon. n + p ↔ p +  + p ↔ p + n p + n ↔ n + + + n ↔ n + pProton có: mp = 1,00783 ĐVC = 1,6726.1024g. qp = 1,602.1019C = +1.Nơtron có: mn = 1,00921 ĐVC = 1,6749.1024g. qn = 0Electron có: me=5,4855.104 ĐVC = 9,119.1028g. qe= 1,602.1019C = 1.3.1.3. Cấu trúc hạt nhân.Nghiên cứu cấu tạo hạt nhân, các nhà khoa học đã đề ra các mẫu cấu trúc khác nhau:mẫu giọt, mẫu lớp, mẫu tập thể, mẫu khí Fecmi, mẫu quang học...Ở đây giới thiệu sơ vềhai mẫu:1, Mẫu cấu trúc giọt: theo mẫu này, hạt nhân nguyên tử được coi giống như nhữnggiọt chất lỏng hình cầu được tạo ra bởi các phân tử hình thành từ những nucleon.2, Mẫu cấu trúc lớp: coi cấu trúc trong hạt nhân cũng tương tự như cấu trúc lớp vỏelectron. Các nucleon trong hạt nhân cũng được phân bố trên các lớp ứng với mức nănglượng xác định được lượng tử hoá.

CHƯƠNG HOÁ HỌC HẠT NHÂN 3.1 SỰ PHÁT HIỆN RA HẠT NHÂN, THÀNH PHẦN HẠT NHÂN 3.1.1 Sự phát hạt nhân Thí nghiệm Ru-Zơ-Fo (1911) Kết luận: ngun tử có cấu tạo rỗng, đường kính hạt nhân nhỏ nguyên tử hàng chục vạn lần ( rnhân = 10-13cm, rngtử=10-8cm) 3.1.2 Thành phần hạt nhân: Hạt nhân gồm Nucleon Nucleon = p + n (Proton) (Nơtron) Ngoài hạt nhân sơ cấp trên, hạt nhân tồn hạt sơ cấp khơng bền, có khối lượng trung bình khối lượng electron proton, Mezon Chúng có điện tích 1, 0, có spin ngun bán nguyên Mezon gồm hạt không ổn định, có khối lượng gần 270me, có điện tích +  ,  , - Mezon tương tác mạnh mẽ với Nucleon n + p ↔ p + - + p ↔ p + n p + n ↔ n + + + n ↔ n + p Proton có: mp = 1,00783 ĐVC = 1,6726.10-24g qp = 1,602.10-19C = +1 Nơtron có: mn = 1,00921 ĐVC = 1,6749.10-24g qn = Electron có: me=5,4855.10-4 ĐVC = 9,119.10-28g qe= -1,602.10-19C = -1 3.1.3 Cấu trúc hạt nhân Nghiên cứu cấu tạo hạt nhân, nhà khoa học đề mẫu cấu trúc khác nhau: mẫu giọt, mẫu lớp, mẫu tập thể, mẫu khí Fecmi, mẫu quang học Ở giới thiệu sơ hai mẫu: 1, Mẫu cấu trúc giọt: theo mẫu này, hạt nhân nguyên tử coi giống giọt chất lỏng hình cầu tạo phân tử hình thành từ nucleon 2, Mẫu cấu trúc lớp: coi cấu trúc hạt nhân tương tự cấu trúc lớp vỏ electron Các nucleon hạt nhân phân bố lớp ứng với mức lượng xác định lượng tử hoá 3.2 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HẠT NHÂN 3.2.1 Kích thước hạt nhân Kích thước hạt nhân xác định theo phương pháp tán xạ Rutherford theo công thức: R = R0A1/3 A= số khối, R0= bán kính hạt nhân đơn vị có giá trị ~1,4.10-13cm Sự nghiên cứu kích thước hạt nhân rút kết luận sau: 1, Hạt nhân hệ có kích thước giới hạn rõ rệt khơng gian Kích thước lớp mặt nhỏ so với bán kính hạt nhân 2, Bán kính hạt nhân tính theo cơng thức R=1,4.10-13.A1/3cm 3, Trừ hạt nhân nhẹ, bán kính hạt nhân tỉ lệ với A1/3, tức mật độ vật chất hạt nhân hạt nhân khác gần 4, Hạt nhân hệ đặc Thể tích riêng nucleon chiếm gần 1/4 thể tích hạt nhân Tỉ khối hạt nhân vô lớn Cần ý rằng, nhiều hạt nhân không đối xứng cầu, bán kính hạt nhân đại lượng lấy trung bình theo phân bố góc nucleon hạt nhân 3.2.2 Khối lượng hạt nhân Giá trị xác khối lượng hạt nhân có tầm quan trọng lớn việc tìm hiểu hạt nhân tính chất chúng Có thể biết khối lượng mức độ xác áp dụng hệ thức Einstein (E=mc2) vào phản ứng hạt nhân Theo nguyên tắc máy khối phổ, khối lượng hạt nhân tính theo cơng thức: m = M + Zme - E/C2 Ở M- khối lượng hạt nhân, m-khối lượng nguyên tử trung hoà, me khối lượng electron, E-năng lượng liên kết toàn phần electron ngoài, C-tốc độ ánh sáng Khối lượng hạt nhân thường đo đơn vị gọi "đơn vị khối lượng nguyên tử" (ĐVKLNT) 1ĐVKLNT (kí hiệu u)=1/12m12C = 1ĐVC = 1,66056.10-24g Giá trị đo ghi tài liệu khối lượng nguyên tử trung hoà Bởi sau nói đến khối lượng hạt nhân ngụ ý nói đến khối lượng ngun tử trung hồ Khối lượng hạt nhân xấp xỉ số nguyên gọi số khối kí hiệu A Khối lượng hạt nhân cần phù hợp với khối lượng nucleon, số proton Z số nơtron A-Z 3.2.3 Điện tích hạt nhân Trong ngun tử trung hồ, điện tích hạt nhân phải độ lớn trái dấu với điện tích tồn phần electron ngun tử Điện tích hạt nhân xác định phương pháp khác nhau: tán xạ Rutherford, quang phổ phổ tia X Moseley, phương pháp hố học Điện tích hạt nhân ln ln bội số nguyên đơn vị Z= điện tích hạt nhân = số proton hạt nhân = số hiệu nguyên tử Đối với nguyên tố xác định, giá trị Z số không thay đổi, song số khối thay đổi (số nơtron khác nhau) Các nguyên tố gọi đồng vị, ví dụ: H II.2.4 H Spin hạt Hnhân 12 C 13 C 40 Ca 20 42 Ca 20 43 Ca 20 Trong hạt nhân, nucleon có mơmen động lượng riêng Spin hạt nhân tổng số vectơ mơmen động lượng tất nucleon có hạt nhân Thực nghiệm cho biết rằng, hầu hết hạt nhân có spin Ih/2; Ở I số lưởng tử spin hạt nhân, có tất giá trị nguyên bán nguyên đến 9/2 Giá trị I phụ thuộc vào giá trị Z A-Z Bảng 3.1: Sự phụ thuộc I A-Z Z Chẵn Chẵn Lẻ Lẻ A-Z Chẵn Lẻ Chẵn Lẻ I Bán nguyên Bán nguyên Nguyên 3.2.4 Momen từ hạt nhân: Momen từ hạt nhân có giá trị:  = (eh/4MC)I Ở đây: M-khối lượng nucleon I - số lượng tử spin hạt nhân C- tốc độ ánh sáng (eh/4Mc) đơn vị từ hạt nhân, gọi Manheton hạt nhân tức: nhH = (eh/4MC)=5,044.10-24ec.gaus-1 Tương tự trường hợp momen từ electron manheton Bo, cách tự nhiên momen từ proton manheton hạt nhân nơtron Thực tế proton nơtron có giá trị momen từ bất thường p = 2,79nhH n = -1,91nhH Giá trị bất thường liên quan đến tồn lớp Mezon tích điện bao quanh mezon (xem bảng hình 3.1) Bảng 3.2 Một số tính chất hạt nhân điển hình Nguyên tố A Z I nh.10-24 Q(cm2) H 1 1/2 2,7927 H 0,8565 0,00273 He 1/2 2,131 He 0 C 12 0 C 13 1/2 0.701 Eu 151 63 5/2 3,6 1,2 Eu 153 63 5/2 1,6 2,5 Bi 209 83 9/2 3,6 -0,4 3.2.5 Momen điện hạt nhân Thực nghiệm chứng tỏ rằng, tất hạt nhân trạng thái khơng có momen lưỡng cực điện Điều có nghĩa trọng tâm Proton hạt nhân trùng với trọng tâm hạt nhân Thực nghiệm phát nhiều hạt nhân có Momen tứ cực điện Theo lý thuyết điện từ cổ điển, momen tứ cực điện đặc trưng cho phân bố điện tích sai lệch khỏi dạng đối xứng cầu Hạt nhân hình cầu, điện tích phân bố đối xứng, khơng có momen tứ cực Hạt nhân bị kéo dài có momen tứ cực dương (Q>0), cịn hạt nhân bị nén dẹt lại có momen tứ cực âm (Q