LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Tiên đề và trạng thái dừng
Tiên đề:Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái cỏ năng lượng xác định Engọi là các trạng thái dừng.Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ.
Ở các trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ, trạng thái ứng với năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản.
Khi hấp thụ năng lượng nguyên tử chuyển lên các trạng thái có năng lượng cao hơn gọi là trạng thái
kích thích.
Bán kính quỹ đạo dừng của êlectron trong nguyên tử hiđrô tính bởi: 2 0 0 r =n r Trong đó: 11 0 r =5, 3.10− m gọi là bán kính Bo
(Bán kính quỹ đạo của electron ở trạng thái cơ bản). Người ta đặt tên cho các quỹ đạo dừng ứng với giá trị của n
n 1 2 3 4 5 6…
Tên K L M N O P…
Ví dụ:Khi êlectron trong nguyên tử ở quỹ đạo N thì bán kính quỹ đạo của nó bằng bao nhiêu?
Quỹ đạo N ứng với n = 4 suy ra bán kính quỹ đạo:
2 2 11 10
N 0
r =n r =4 .5, 3.10− =8, 48.10− m.
2. Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử
Tiên đề: Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En sang trạng thái dừng có năng lượng Em nhỏ hơn thì nguyên tử phát ra một photon có năng lượng đúng bằng hiệu En – Em.
n m
hf E E
ε = = −
Tiên đề: Nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng Em mà hấp thụ được một photon có năng lượng hf đúng bằng hiệu En – Em thì nó chuyển sang trạng thái có năng lượng En lớn hơn.
CHƯƠNG 7: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I. CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I. CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Cấu tạo hạt nhân
Hạt nhân là phần “lõi” của nguyên tử cấu tạo từ các nuclôn: Tên nuclôn Kí hiệ u Điện tích Khối lượng prôton p +e 1, 67262.10−27kg nơtron n 0 1, 67493.10−27kg Hạt nhân mang điện tích dương.
Kí hiệu hạt nhân của nguyên tố X: Cấu tạo và vị trí hạt nhân trong nguyên tử
Ví dụ:Hạt nhân của nguyên tố sắt (Fe)
Trong đó
Số prôtôn = số electron = số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn = Z (gọi là nguyên tử số hay điện tích hạt nhân).
Số prôtôn = =Z 26.
Số nuclôn = số prôtôn + số nơtron = A (gọi là (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
số khối) (A= +Z N) Số khối: A= + =Z N 56
Suy ra số nơtron: N= − =A Z 56 26− =30.
2. Đồng vị
Là những nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôtôn nhưng khác số nơtron. 1 2 1 2 (Z =Z ; N ≠N ) Có 2 loại đồng vị là đồng vị bền và đồng vị phóng xạ. Ví dụ:Cacbon (C) có hai đồng vị là: 12 6 C : Z1=6; A1=12⇒N1 =A1−Z1 =6 13 6 C : Z2 =6; A2 =13⇒N2 =A2−Z2 = ≠7 N1 HDedu - Page 4
Để đo khối lượng nguyên tử, ta thường sử dụng đơn vị u (đơn vị cacbon)
27u=1, 66055.10− kg u=1, 66055.10− kg
Ví dụ:khối lượng prôtôn 27 p 1, 6727 m 1, 6762.10 kg 1, 0073u 1, 66055 − = = ≈ .
Một nguyên tử có số khối là A thì khối lượng của nó xấp xỉ bằng A.u Ví dụ:Nguyên tử 56 26Fe có khối lượng xấp xỉ bằng: 56 u Từ hệ thức Anh-xtanh: 2 2 E E mc m c = ⇒ =
ta có thêm một đơn vị nữa về khối lượng. 2
1u=931, 5MeV / c
Ví dụ:Khối lượng prôtôn:
2p p
m ≈1, 0073u=1, 0073.931, 5≈938, 3MeV / c
4. Lực hạt nhân
Các hạt nuclôn trong hạt nhân hút nhau bằng các lực rất mạnh gọi là lực hạt nhân. Lực này không phải lực tĩnh điện cũng không phải lực hấp dẫn. Lực này chỉ có tác dụng trong phạm vi kích cỡ hạt nhân.
5. Độ hụt khối
Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó. Chênh lệch khối lượng đó gọi là độ hụt khối:
( )
p n
m Z.m A Z .m m
∆ = + − −
Theo thuyết tương đối, độ hụtkhối này tương ứng với một lượng năng lượng:
2lk lk
W = ∆m.c
gọi là năng lượng liên kết.
Khi tổng hợp các nuclôn riêng rẽ thành hạt nhân thì tỏa ra năng lượng đúng bằng năng lượng liên kết.
Ngược lại để tách hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt thì cần năng lượng đúng bằng năng lượng liên kết để thắng lực hạt nhân.
Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn gọi là
năng lượng liên kết riêng.
( ) lk lkr W W MeV / nuclôn A = (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.
Ví dụ: với hạt nhân 16 8 O có lkr
W =8MeV / nucl nô bền vững hơn hạt 235 92 U có lkr W =7, 6 MeV / nuclôn II. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM 1. Định nghĩa
Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự
biến đổi hạt nhân. Ví dụ:dùng hạt alpha làm “đạn” bắn “vỡ” hạt nhân Urani.
2. Phân loại
Có hai loại phản ứng hạt nhân:
• Phản ứng tự phân rã của hạt nhân không bền thành các hạt khác bền hơn.
• Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt nhân khác.
Chú ý: Các hạt sơ cấp cũng được viết kí hiệu như hạt nhân: 1 1 0 1p; n; e,...0 −1 Ví dụ: 210 4 206 84 Po→ α +2 82 Pb 4 14 1 17 2α +7 N→ +1p 8 O
3. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
Tổng quát phản ứng hạt nhân: 3 1 2 4 1 2 3 4 A A A A Z A+Z B→Z C+Z D • Bảo toàn số nuclôn (số khối):
1 2 3 4
A +A =A +A • Bảo toàn điện tích:
1 2 3 4
Z +Z =Z +Z• Bảo toàn động lượng: • Bảo toàn động lượng:
A B C D
p +p =p +p • Bảo toàn năng lượng toàn phần
Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân không có bảo toàn khối lượng.
Ví dụ:
N p O
p α+p =p +p
4. Năng lượng của phản ứng hạt nhân
Năng lượng của phản ứng hạt nhân tính bởi
( ) 2
truoc sau
Q= m −m .c
• Nếu Q>0 thì phản ứng tỏa năng lượng. • Nếu Q<0thì phản ứng thu năng lượng.
Biến đổi công thức trên ta có một số công thức tính năng lượng của phản ứng khác:
Ví dụ: 4 14 1 17 2α +7 N→ +1p 8 O ( ) 2 N p O Q= mα+m −m −m c lk sau lk truoc Q=W − −W − sau truoc K K = − (K là động năng) ( ) 2 sau truoc m m .c = ∆ − ∆ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chú ý: Trong các công thức tính, các hạt sơ cấp như p, n, e có độ hụt khối bằng 0 nên năng lượng liên kết bằng 0. lkO lkp lk lkN Q=W +W −W α−W O P N K K Kα K = + − − ( ) 2 O p N m m mα m .c = ∆ + ∆ −∆ − ∆
Có 2 loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng thường gặp
• Phản ứng phân hạch:1 hạt nhân nặng vỡ thành 2 hạt nhân nhẹ hơn.
• Phản ứng nhiệt hạch:2 hạt nhân nhẹ (A 10< ) kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn (cần nhiệt độ rất cao). Ví dụ: 1 235 94 140 1 0n+92 U→38 Sr+54 Xe 2 n+ 0 2 3 4 1 1H+1H→2 He+0n HDedu - Page 6
5. Phóng xạ
Định nghĩa: phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bềnvững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành các nhân khác.
Ứng với mỗi loại tia phóng xạ khác nhau thì sự phóng xạ có tên gọi khác nhau
Tên Loại tia phóng xạ hiệuKí Đặc điểm
Phóng xạ
anpha Tia anpha
42α 2α
Là chùm hạt nhân He phóng ra với tốc độ khoảng 7
2.10 m / s.
Làm ion hóa không khí
Chỉ đi được vài cm trong không khí. Phóng xạ
bêta trừ Tia bêta trừ 0−1β
Là chùm hạt êlectron phóng xa với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng.
Làm ion hóa môi trường yếu hơn tia anpha. Có thể đi vài mét trong không khí.
Phóng xạ
bêta cộng Tia bêta cộng 0+1β
Là chùm các pôzitron ( )0 1e
+ phóng ra với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng.
Làm ion hóa môi trường yếu hơn tia anpha. Có thể đi vài mét trong không khí.
Phóng xạ
gamma Tia gamma γ Là bức xạ điện từ có bước sóng ngắn hơn tia X. Đi được vài mét trong bê tông.
Vô cùng nguy hiểm với cơ thể người. Đặc điểm của phóng xạ:
• Là một quá trình tự phát, không chịu tác động của các yếu tố bên ngoài (nhiệt độ,...) • Là một quá trình ngẫu nhiên, ta không biết được lúc nào hạt nhân phân rã.
Định luật phóng xạ
Chất phóng xạ có một đặc điểm là cứ sau thời gian T thì một nửa số hạt nhân hiện tại bị phân rã thành hạt nhân khác gọi là chu kì bán rã. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giả sử ban đầu có N 0 hạt nhân, khối lượng là m 0 thì ở thời điểm t, lượng chất phóng xạ còn lại:
( ) Tt t 0 0 m t =m .2− =m .e−λ ( ) Tt t 0 0 N t =N .2− =N .e−λ Trong đó: ln 2 T λ = gọi là hằng số phóng xạ đặc trưng cho từng loại chất phóng xạ. Ví dụ: 210 84 Po (Poloni) có chu kì bán rã bằng 138 ngày.
Ban đầu có 210 g Po (1 mol), số hạt nhân tương ứng là 23
6, 02.10 hạt nhân. Sau 276 ngày khối lượng Po còn lại bao nhiêu?
Hướng dẫn 276 t 2 138 T 0 m=m .2− =210.2 =210.2− =52, 5g Số hạt nhân còn lại: 276 t 23 138 23 T 0 N=N .2− =6, 02.10 .2 =1, 505.10 8 ln 2 ln 2 5,8.10 T 138.86400 − λ = = = .
PHIẾU ÔN TẬP CHƯƠNG 6 & 7Câu 1: Nuclôn là tên gọi chung của prôtôn và Câu 1: Nuclôn là tên gọi chung của prôtôn và
A. nơtron. B. êlectron. C. nơtrinô. D. pôzitron. Câu 2: Thông tin nào đây là sai khi nói về các quỹ đạo dừng ? Câu 2: Thông tin nào đây là sai khi nói về các quỹ đạo dừng ?
A. Không có quỹ đạo nào có bán kính 8r0.
B. Quỹ đạo M có bán kính 9r0.