Hodnota Q (jaderná věda) - Q value (nuclear science)

v nukleární fyzika a chemie, Q hodnota pro reakce je množství energie absorbované nebo uvolněné během jaderné reakce. Hodnota se vztahuje k entalpie chemické reakce nebo energie produktů radioaktivního rozpadu. To lze určit z množství reaktantů a produktů. Q hodnoty ovlivňují reakční rychlosti. Obecně platí, že čím větší je pozitivní Q hodnota reakce, tím rychleji reakce probíhá, a tím je pravděpodobnější, že reakce "zvýhodní" produkty.

${ displaystyle Q = (m_ {r} -m_ {p}) cdot 931 ; { text {MeV}}}$

kde jsou masy atomové hmotnostní jednotky. Také obojí ${ displaystyle m_ {r}}$ a ${ displaystyle m_ {p}}$ jsou součty hmotností reaktantu a produktu.

Definice

Zachování energie mezi počáteční a konečnou energií jaderného procesu (${ displaystyle E _ { text {i}} = E _ { text {f}}}$), umožňuje obecnou definici Q založeno na ekvivalence hmotnost-energie. Pro jakýkoli rozpad radioaktivních částic bude rozdíl kinetické energie dán vztahem:

${ displaystyle Q = K _ { text {f}} - K _ { text {i}} = (m _ { text {i}} - m _ { text {f}}) c ^ {2}}$

kde K. označuje kinetickou energii hmoty mReakce s pozitivem Q hodnota je exotermické, tj. má čisté uvolnění energie, protože kinetická energie konečného stavu je větší než kinetická energie počátečního stavu. reakce s negativním Q hodnota je endotermický, tj. vyžaduje čistý energetický vstup, protože kinetická energie konečného stavu je menší než kinetická energie počátečního stavu.^[1] Pozorujte, že chemická reakce je exotermická, pokud má a negativní entalpie reakce, naopak pozitivní Q hodnota v jaderné reakci.

The Q hodnotu lze vyjádřit také pomocí vazebné energie jaderných druhů jako:

${ displaystyle Q = B_ {f} -B_ {i}}$

Důkaz: Počet nukleonů je v jaderné reakci zachován. Proto celkové reaktanty protonů = protony celkového produktu a celkové neutrony reaktantů = neutrony celkového produktu. Součet vazebné energie a klidové energie energie jader reaktantu i produktů je tedy stejný. Jinými slovy, ${ displaystyle B_ {i} + m_ {i} c ^ {2} = B_ {f} + m_ {f} c ^ {2}}$. Použití prvního vztahu (${ displaystyle Q = (m _ { text {i}} - m _ { text {f}}) c ^ {2}}$), tento důkaz je kompletní.

Aplikace

Chemikálie Q hodnoty se měří v kalorimetrie. Exotermické chemické reakce bývají spontánnější a mohou vyzařovat světlo nebo teplo, což vede k zpětné vazbě (tj. Exploze).

Q hodnoty jsou také uvedeny v částicová fyzika. Například, Sargentovo pravidlo uvádí, že slabé reakční rychlosti jsou úměrné Q⁵. The Q hodnota je Kinetická energie uvolní se v klidu v klidu. Kvůli rozpadu neutronů část hmoty zmizí, když se neutrony přeměňují na proton, elektron a antineutrino:^[2]

${ displaystyle Q = (m _ { text {n}} - m _ { text {p}} - m _ { mathrm { overline { nu}}} -m _ { text {e}}) c ^ { 2} = K _ { text {p}} + K _ { text {e}} + K _ { overline { nu}} = 0,782 ~ { text {MeV}} ~,}$

kde m_n je hmotnost neutron, m_p je hmotnost proton, m_ν je hmotnost elektronové antineutrino, a m_E je hmotnost elektron; a K. jsou odpovídající kinetické energie. Neutron nemá žádnou počáteční kinetickou energii, protože je v klidu. V beta rozpadu, typické Q je kolem 1 MeV.

Energie rozpadu je rozdělena mezi produkty v kontinuální distribuci pro více než 2 produkty. Měření tohoto spektra umožňuje najít hmotnost produktu. Experimenty studují emisní spektra za účelem hledání neutrinového rozpadu a neutrinové hmoty; to je princip probíhajícího KATRIN experiment.

Viz také

• Vazebná energie
• Kalorimetr (částicová fyzika)
• Energie rozpadu
• Faktor energie z fúzní energie
• Pandemoniový efekt

Poznámky a odkazy

externí odkazy

• Údaje o jaderné struktuře a rozpadu - IAEA s dotazem na rozpady Q-hodnoty
• jednoduše předvede ekvivalenci hmoty a energie

Tento chemie související článek je a pahýl. Wikipedii můžete pomoci pomocí rozšiřovat to.

Tento nukleární fyzika nebo atomová fyzika –Vztahující se článek je pahýl. Wikipedii můžete pomoci pomocí rozšiřovat to.

Tento částicová fyzika –Vztahující se článek je pahýl. Wikipedii můžete pomoci pomocí rozšiřovat to.