Nükleer Bağlanma Enerjisi

Hesaplanan ve deneysel olarak ölçülen kütleler arasındaki fark, atomun kütle eksikliği olarak bilinir. Helyum-4 durumunda, kütle eksikliği 4,0331 amu – 4,0026 amu = 0,0305 amu kütlesinde bir ‘kayıp’ olduğunu gösterir. Protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan bir atomun oluşumuna eşlik eden kütle kaybı, bu kütlenin atom oluştuğunda evrimleşen enerjiye dönüştürülmesinden kaynaklanmaktadır. Nükleer bağlanma enerjisi, atomların nükleonları birbirine bağlandığında üretilen enerjidir; bu aynı zamanda bir çekirdeği kurucu protonlarına ve nötronlarına ayırmak için gereken enerjidir. Nükleer reaksiyonlarla ilişkili enerji değişimleri, kimyasal reaksiyonlardan çok daha büyüktür.

Kütle ve enerji arasındaki dönüşüm, Albert Einstein tarafından belirtildiği gibi kütle-enerji eşdeğerliği denklemi ile tanımlanabilir: E = mc², E‘nin enerji olduğu, m dönüştürülen maddenin kütlesi ve c vakumdaki ışık hızıdır. Bu kütle–enerji denklik denklemini kullanarak, bir çekirdeğin nükleer bağlanma enerjisi kütle eksikliğinden hesaplanabilir. Elektron voltları (eV) dahil olmak üzere nükleer bağlanma enerjileri için yaygın olarak çeşitli birimler kullanılır; 1 eV, bir elektronun yükünü 1 voltluk bir elektrik potansiyeli farkı boyunca hareket ettirmek için gereken enerji miktarına eşittir: 1,602 × 10^–19 J.

Kütle eksikliğinden bağlanma enerjisini hesaplamak için, önce kütle eksikliğini g/mol cinsinden ifade edin. Bu, amu ve mol birimlerinin tanımlarından kaynaklanan atomik kütle (amu) ve molar kütlenin (g/mol) sayısal eşdeğerliği göz önüne alındığında kolayca yapılır. Bu nedenle He-4 için kütle eksiği 0,0305 g / mol’dür. Kütle-enerji denklemindeki diğer terimlerin birimlerini yerleştirmek için, kütle 1 J = 1 kg m²/s² olduğundan kilogram cinsinden ifade edilmelidir. Gramları kilograma dönüştürmek, 3,05 × 10^–5 kg/mol kütle eksikliği verir. Bu miktarın kütle-enerji denklik denklemine yerleştirilmesi:

Tek bir çekirdek için bağlanma enerjisi, Avogadro sayısı kullanılarak molar bağlanma enerjisinden hesaplanır:

1 eV = 1,602 × 10^–19 J. olduğunu hatırlayın. Hesaplanan bağlama enerjisini kullanarak:

Bir çekirdeğin göreceli kararlılığı, çekirdek başına bağlama enerjisi, çekirdek için toplam bağlama enerjisi ile çekirdekteki çekirdek sayısına bölünür. Örneğin, helyum-4 çekirdeği için bağlama enerjisi 28,4 MeV’dir. Bu nedenle, helyum-4 çekirdeği için çekirdek başına bağlama enerjisi:

Çekirdek başına bağlama enerjisi, kütle sayısı yaklaşık 56 olan nüklidler için en büyüktür.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 21.1: Nuclear Structure and Stability.