I,Lý thuyết cơ bản
1, Cấu tạo hạt nhân nguyên tử
-Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ ( dường kính cỡ \[{{10}^{-14}}\] m đến \[{{10}^{-15}}\] m ) và được cấu tạo bởi những hạt nhân nhỏ hơn gọi là nuclon. Có hai loại nuclon là proton và notron.
|
Nuclon |
Kí hiệu |
Khối lượng theo kg
|
Khối lượng theo u |
Điện tích |
|
Proton |
\[{}_{1}^{1}H\] |
\[{{m}_{p}}=1,{{67262.10}^{-27}}kg\] |
\[{{m}_{p}}=1,00728u\] |
\[+e=+1,{{6.10}^{-19}}C\] |
|
Nơtron |
\[{}_{0}^{1}n\] |
\[{{m}_{n}}=1,{{67493.10}^{-27}}kg\] |
\[{{m}_{n}}=1,00866u\] |
Không mang điện tích |
2,Kí hiệu hạt nhân \[{}_{Z}^{A}X\]
Trong đó:
- X là tên hạt nhân
- A là số nuclon ( số khối )
- Z là số proton ( điện tích hạt nhân)
- N = A – Z : số notron
⇒Chú ý : Lớp vỏ nguyên tử được cấu tạo bởi các hạt electron có khối lượng rất nhỏ so với khối lượng của các hạt nuclon ( nhỏ hơn cỡ 1840 lần ) nên khối lượng nguyên tử tập trung ở hạt nhân. Khối lượng nguyên tử được lấy gần đúng bằng khối lượng hạt nhân.
Ví dụ : \[{}_{14}^{29}Si\]có Z = 14, A = 29 nên N = 29-14=15
3,Bán kính hạt nhân
Bán kính hạt nhân xác định bởi \[R=1,{{2.10}^{-15}}.{{A}^{\frac{1}{3}}}m\]
Trong đó: R là bán kính hạt nhân
A là số khối
Ví dụ:
- Bán kính hạt nhân H : \[R=1,{{2.10}^{-15}}m\]
- Bán kính hạt nhân Al : \[R=3,{{6.10}^{-15}}m\]
4,Lực hạt nhân
-Hạt nhân được cấu tạo bởi hạt mang điện và không mang điện nhưng chúng vô cùng bền vững, chứng tỏ rằng các nuclon liên kết với nhau bởi lực rất mạnh, gọi là lực hạt nhân.
-Lực hạt nhân có bản chất khác với lực hấp dẫn, lực Culong, lực từ,… đồng thời mạnh hơn rất nhiều so với các lực đó.
-Lực hạt nhân có bán kính tác dụng trong phạm vi hạt nhân nguyên tử ( khoảng \[{{10}^{-15}}\]m).
5,Đồng vị
- Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton (Z), nhưng khác số notron (N) dẫn tới khác số nuclon (A).
Ví dụ : Hidro có ba đồng vị : \[{}_{1}^{1}H\], \[{}_{1}^{2}H\], \[{}_{1}^{3}H\]
-Các đồng vị thường có tính chất hóa học tương tự nhau và được xếp cùng một ô trong bảng tuần hoàn.
-Có hai loại đồng vị :
+, Đồng vị bền là đồng vị mà hạt nhân của nó không có một biến đổi tự phát nào trong suốt quá trình tồn tại. Trong thiên nhiên có khoảng 300 đồng vị bền.
+, Đồng vị phóng xạ ( không bền ) là đồng vị mà hạt nhân của nó tự động phát ra những tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân của nguyên tố khác. Có khoảng vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo.
6. Khối lượng nguyên tử, khối lượng hạt nhân
-Trong vật lí hạt nhân người ta đưa ra khái niệm khối lượng nguyên tử
-Khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u và có giá trị bằng \[\frac{1}{12}\] khối lượng đồng vị cacbon \[{}_{6}^{12}C\] ( vì vậy, đôi khi đơn vị này còn gọi là đơn vị cacbon)
\[1u=\frac{1}{12}.\frac{12}{{{N}_{A}}}g=\frac{1}{12}.\frac{12}{6,{{0221.10}^{23}}}g\approx 1,{{66055.10}^{-27}}kg\]
►Chú ý:
-Một nguyên tử có khối lượng xấp xỉ bằng số khối A khi tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử u.
Ví dụ: \[{}_{13}^{27}Al\]có khối lượng nguyên tử xấp xỉ 27u.
-Năng lượng có trong \[1u=m{{c}^{2}}\Rightarrow 1u.{{c}^{2}}\approx 931,5MeV\]
Từ đó ta có: \[\]
7.Độ hụt khối
-Khi một hạt nhân \[{}_{Z}^{A}X\]tạo thành từ Z hạt proton và N hạt notron thì tổng khối lượng của các hạt nuclon riêng rẽ tạo thành hạt nhân là : \[{{m}_{o}}={{Z}_{{{m}_{p}}}}+{{N}_{{{m}_{n}}}}\]
-Tuy nhiên, các phép đo chính xác đã chứng tỏ rằng , khi hạt nhân tạo thành thì khối lượng của hạt nhân là m luôn nhỏ hơn \[{{m}_{o}}\] một đại lượng \[\vartriangle m\]. Lượng này xác định bởi
\[\vartriangle m={{m}_{o}}-m={{Z}_{{{m}_{p}}}}+{{N}_{{{m}_{n}}}}-m\Rightarrow \]
II,Các ví dụ minh họa
|
Ví dụ 1 : So với hạt nhân \[{}_{13}^{27}Al\], hạt nhân \[{}_{20}^{40}Ca\]có nhiều hơn; A.6 notron, 6 proton B.8 notron, 7 proton C.6 notron, 7 proton D.7 notron, 8 proton |
Hướng dẫn
Số proton của Al là 13, của Ca là 20. Vậy Ca nhiều hơn Al là 20-13=7 proton
Số khối của Al là 27 suy ra số notron của Al là 14, của Ca là 20
Vậy Ca nhiều hơn Al 20-14=6 notron
Đáp án C
|
Ví dụ 2 : Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về hạt nhân nguyên tử: A. Nhân mang điện dương vì số hạt dương nhiều hơn hạt âm B. Số nuclon cũng là số khối A C. Tổng số notron= số khối A- bậc số Z D. Hạt nhân nguyên tử chứa Z proton |
Hướng dẫn
A. Sai vì hạt nhân mang điện dương vì hạt nhân gồm các proton mang điện dương và các notron không mang điện, chứ không phải do số hạt dương nhiều hơn số hạt âm. Trong hạt nhân không có hạt nào mang điện tích âm.
B. Đúng vì số nuclon là tổng số proton và notron trong hạt nhân và là số khối.
C.Đúng vì N=A-Z
Đáp án A
|
Ví dụ 3 : Biết \[{{m}_{p}}=1,007276u,{{m}_{n}}=1,008665u\]và hai hạt nhân Neon \[_{10}^{20}Ne,{}_{2}^{4}He\]có khối lượng lần lượt \[{{m}_{Ne}}=19,98695u,{{m}_{\alpha }}=4,001506u\]. Chọn câu trả lời đúng: A. Hạt nhân Neon bền hơn hạt \[\alpha \] B. Cả hai hạt nhân Neon và \[\alpha \]đều bền như nhau C. Không thể so sánh độ bền của hai hạt nhân D. Hạt nhân \[\alpha \]bền hơn hạt nhân Neon |
Hướng dẫn
Để so sánh độ bền vững của các hạt nhân, ta so sánh năng lượng liên kết riêng. Ta có năng lương liên kết riêng của He và Ne là
.png)
Vậy hạt nhân Ne bền vững hơn
Đáp án A
|
Ví dụ 4 : Sauk hi được tách ra từ hạt nhân \[{}_{2}^{4}He\], tổng khối lượng của 2 proton và 2 nơ tron lớn hơn khối lượng hạt nhân \[{}_{2}^{4}He\] một lượng là 0,0305u. Nếu 1u=931,5 \[MeV/{{c}^{2}}\], năng lượng ứng với mỗi nuclon, đủ để tách chúng ra khỏi hạt nhân 4 He là bao nhiêu? A. 7,098875 MeV B. \[2,{{745.10}^{15}}J\] C. 28,3955 MeV D. \[0,{{2745.10}^{16}}MeV\] |
Hướng dẫn
Năng lượng cần tìm chính là năng lượng liên kết riêng
\[\vartriangle {{E}_{lkr-He}}=\frac{\vartriangle {{E}_{lk-He}}}{{{A}_{He}}}=\frac{\vartriangle m.{{c}^{2}}}{4}=\frac{0,0305.931}{4}=7,098875(MeV)\]
Đáp án A
|
Ví dụ 5 : Hạt nhân \[_{1}^{2}D\](doteri) có khối lượng m=2,00136 u. Biết\[{{m}_{p}}=1,0073u,{{m}_{n}}=1,0086u\]. Hãy xác định độ hụt khối của hạt nhân D? A. 0,0064u B. 0,001416u C. 0,003u D. 0,01464u |
Hướng dẫn
Độ hụt khối của hạt nhân D là:
\[\vartriangle m={{Z}_{{{m}_{p}}}}+(A-Z){{m}_{n}}-{{m}_{D}}=1,0073+1,0087-2,00136=0,01464u\]
Đáp án D
|
Ví dụ 6 : Hạt nhân \[_{1}^{2}D\](doteri) có khối lượng m=2,00136 u. Biết \[{{m}_{p}}=1,0073u,\]\[{{m}_{n}}=1,0087u,\]\[c={{3.10}^{8}}m/s\]. Hãy xác định năng lượng liên kết của hạt nhân D? A.1,364MeV B.1,643MeV C.13,64MeV D.14,64MeV |
Hướng dẫn
Năng lượng liên kết của hạt nhân D là:
\[\vartriangle {{E}_{lk}}=\vartriangle m{{c}^{2}}=(1,0073+1,0087-2.0,00136).931,5=13,64MeV\]
Đáp án C
|
Ví dụ 7: Hạt nhân \[_{1}^{2}D\](doteri) có khối lượng m=2,00136 u. Biết\[{{m}_{p}}=1,0073u,{{m}_{n}}=1,0086u\]\[;c={{3.10}^{8}}m/s\] . Hãy xác định năng lượng liên kết riêng của hạt nhân D? A. 1,364 MeV/nuclon B. 6,82 MeV/nuclon C. 13,64 MeV/nuclon D. 14,64 MeV/nuclon |
Hướng dẫn
Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân D là:
\[\vartriangle {{E}_{lkr}}=\frac{\vartriangle {{E}_{lk}}}{A}=\frac{(1,0073+1,0087-2,00136).931,5}{2}=6,82MeV\]
Đáp án B
|
Ví dụ 8: Hạt nhân B có bán kính gấp 2 lần bán kính hạt nhân A . Biết rằng số khối của A là 8, hãy xác định số khối của B? A. 70 B. 64 C. 16 D. 32 |
Hướng dẫn
Ta có bán kính hạt nhân xác định bởi \[R=1,{{2.10}^{-15}}m\] nên do đó:
\[\frac{{{R}_{B}}}{{{R}_{A}}}=\sqrt[3]{\frac{{{A}_{B}}}{{{A}_{A}}}}\Leftrightarrow 2=\sqrt[3]{\frac{{{A}_{B}}}{8}}\Leftrightarrow {{A}_{B}}=64\]
Đáp án B
|
Ví dụ 9 : Tính chất hóa học của một nguyên tử phụ thuộc vào: A. Nguyên tử số B. Số khối C. Khối lượng nguyên tử D. Số các đồng vị |
Hướng dẫn
Đáp án A
|
Ví dụ 10 : Khi so sánh hạt nhân \[_{6}^{12}C\] và hạt nhân \[_{6}^{14}C\] , phát biểu nào sau đây đúng? A. Số nuclôn của hạt nhân\[_{6}^{12}C\] bằng số nuclôn của hạt nhân \[_{6}^{14}C\] B. Điện tích của hạt nhân \[_{6}^{12}C\]nhỏ hơn điện tích của hạt nhân \[_{6}^{14}C\] C. Số prôtôn của hạt nhân \[_{6}^{12}C\]lớn hơn số prôtôn của hạt nhân \[_{6}^{14}C\] D. Số nơtron của hạt nhân \[_{6}^{12}C\]nhỏ hơn số nơtron của hạt nhân \[_{6}^{14}C\] |
Hướng dẫn
Số notron của hạt nhân \[_{6}^{12}C\]là 6
Số notron của hạt nhân \[_{6}^{14}C\]là 8
Đáp án D
