普通化学公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

1、核化学介绍 第18 章第1页 1964年10月16日15时,中国在本国西部地域爆炸了一颗原子弹.蘑菇云第2页本章教学要求3了解放射性碳-14测定年代法；2会正确书写核化学方程式；1了解相关放射性核素和放射性衰变 概念；5简单了解人工核反应和超铀元素合成 基本内容。4了解核能和核能利用基本概念；第3页18.1 放射性核素和放射性衰变 Radioactive nuclide and radioactive decay18.2 核能和核能利用 Nuclear energy and use of nuclear energy18.3 人工核反应和超铀元素 合成 Artificial nuclear r

2、eaction and syntheses of transuranium elements第4页18.1.1 放射性衰变和放射系Radioactive decay and radioactivity Series 18.1.2 核化学方程、半衰期和放射性 活度 Nuclear chemical equation half-time and radioactivity18.1.3 放射性碳-14纪年 Radiocarbon- 14 dating 18.1 放射性核素和放射性衰变 Radioactive nuclide and radioactive decay第5页18.1.1 放射性衰变和放

3、射系 放射性衰变(radioactive decay)是一个过程, 在这种过程中, 原来核素(母体)或者变为另一个核素(子体), 或者进入另一个能量状态。第6页 辐射会使细胞生长-调整机制受到伤害，以白血细胞过分生长为特征白血病可能是由辐射造成。第7页衰变衰变衰变 核电荷数降低2意味着子核在元素周期表中位置左移2格, 叫作衰变位移定则。衰变位移定则是，子核在元素周期表中位置右移1格。 放射性衰变 + （高能电子波） + + （电子）第8页 在自然界存在放射性核素大多含有多代母子体衰变关系。母体放射性核素经多代子体放射性核素最终衰变生成稳定核素。 放射系(radioactive series)

4、铀 系钍 系锕 系第9页18.1.2 核化学方程、半衰期和放射性 活度 1. 核化学方程式 书写核化学方程式规则：(a) 方程式两端质量数之和相等；(b) 方程式两端原子序数之和相等。 2. 半衰期 1个半衰期2个半衰期3个半衰期4个半衰期 放射性核素衰变速率用半衰期(half-life) 表示, 符号为t12。 比如, 锶-90衰变反应 半衰期为29 a。第10页Question 1Solution配平以下方程式:(a) + + ?(b) + ?(c) + ?依据配平规则可知：(a) + +(b) +(c) +第11页 放射性核素半衰期短至10-6 s, 长至1015 a。 衰变反应半衰期一

5、个主要特征是, 它不受外界条件(温度、压力等)影响，也不受化合状态影响。 化学方法能够使有毒化学制剂分解为无毒物种，但对放射性造成毒性却无可奈何! 切尔诺贝利4号反应堆爆炸灾难后几年内，乌克兰014岁儿童中甲状腺癌发病人数。第12页 3. 放射性活度及其单位 放射性活度(activity)是经过试验观察得到放射性物质衰变速率。SI单位: 为Bq(贝可)，1 Bq相当于每秒发生1次衰变。旧单位： Ci(居里) ，1 Ci 相当于每秒发生3.71010次衰 变(1 g 镭-226衰变速率)。 1Ci = 3.71010 Bq 比活度：指样品中某核素放射性活度与样品总质量之 比，单位为Bqg-1或m

6、Cig-1等。第13页检测放射性方法盖革计数器(Geiger counter)是依据受辐射气体发生电离而产生离子和电子能传导电流原理设计。每个被放大了电脉冲即代表一次放射性记数 第14页18.1.3 放射性碳-14纪年方 法： 放射性碳-14测定年代法(radiocarbon-14 dating) 依 据： 衰变反应半衰期与反应物起始浓度无关 利 比 ： 取得1960年诺贝尔化学奖假 定 ： 大气中碳-14与碳-12比值是恒定 碳-14以5730 a 半衰期发生衰变 +第15页Question 2 埃及一法老古墓发掘出来木质遗物样品中, 放射性碳-14比活度为432 Bqg-1 即 s-1(g

7、C)-1, 而地球上活体植物组织对应比活度则为756 Bqg-1，试计算该古墓建造年代。Solution 衰变反应是: 依据一级反应速率方程和半衰期公式: lnct( )= -kt lnc0( ) ， t1/2 = 0.693/k得： k = 0.693/t1/2 = 0.693/5730 a = 1.2110-4 a-1 t = ln756 Bqg-1/432 Bqg-1/(1.2110-4 a-1) = 4630 a 即该古墓大约是公元前2625年建造。 第16页18.2 核能和核能利用 Nuclear energy and use of nuclear energy 18.2.1 核素平

8、均结合能 Average binding energy of nuclide18.2.2 核裂变 Nuclear fission18.2.3 核聚变 Nuclear fusion第17页18.2.1 核素平均结合能 核子之间靠核力(nuclear force)结合成原子核，核力是核子之间短程强吸引力，作用范围为2 fm (10-15 m) 。=0.002 389 3u降低质量 质量亏损(mass defect) 用m表示 E = mc2 降低能量即核结合能(nuclear binding energy), 符号用EB 比如, 2H核结合能为:EB(2H) = mc2 = 931.5 MeVu-

9、1 0.002 389 3 u 2.225 6 MeV第18页 平均结合能(average binding energy) 指核子结合为原子核时每个核子平均释放能量(结合能除以质量数）。比如 2H 核值为1.112 8 MeV。 因为重核裂变为较轻核和轻核聚变为较重核过程都是放能反应, 这种趋势就奠定了核能利用基础。 第19页Question 3Solutionm = 59.9529 + 1.00783 58.9332 2.01410 = 0.01343 (g mol-1) E =mc2 = 1.343 10-5 kg mol-1 (3.00 108 m s-1)2 =1.21 109 kJ

10、mol-1 计算反应 + +吸收发射能。 原子量： =58.9332， =2.01410， =59.9529， =1.00783。第20页18.2.2 核裂变 核裂变(nuclear fission)是大核分裂为小核过程. 普通核武器和核电站都依赖于裂变过程产生能量。 1. 铀-235裂变与核武器 发生链反应爆炸35种元素200各种位素同 2 3第21页 足以维持链反应正常进行裂变材料质量叫临界质量(critical mass)。 铀-235 临界质量约为 1 kg，质量超出1 kg 则发生爆炸。 任何有核反应堆国家都不难得到爆炸级裂变材料，原子弹基本设计又如此简单，从而为预防核武器扩散带来了

11、困难。第22页这是美国对日本投掷两颗原子弹疮满目痍全世界第一次知道了什么是原子弹！第23页 2. 核反应堆 经过受控核裂变反应取得核能装置，可使裂变产生中子数等于各种过程消耗中子数, 以形成所谓自持链反应(self-sustaining chain reaction)。 第24页 前苏联于1954建成世界上第一座核电站；至今已经有30多个国家和地域400多座核电站处于运行之中。 右图列出1995年一些国家核电占各自总电力百分率。 第二次世界大战结束后，科学家快速将原子能利用转向和平用途。第25页安全方面担心 核废料处理 核动力发电算得上一个清洁能源 第26页18.2.3 核聚变核聚变(nucl

12、ear fusion) 由两个或多个轻核聚合形成较重核过程。热核武器 以聚变反应为基础核武器 氢弹就是利用装在其内部一个小型铀原子弹爆炸产生高温引爆。 40 000 000 第27页18.3.1 人工核反应 Artificial nuclear reaction 18.3.2 超铀元素合成 Syntheses of transuranium elements18.3 人工核反应和超铀元素合成 Artificial nuclear reaction and syntheses of transuranium elements第28页18.3.1 人工核反应 人工核反应是指原子核受中子、质子、粒子

13、、重粒子(比如原子核 )等轰击而形成新核核嬗变过程(nuclear transmutation) 。通式为:式中X为靶核，a为入射粒子，Y为产物核，b为出射粒子，通常简写为A1X(a,b)A3Y。19卢瑟夫实现了第一个核嬗变反应: 第29页 人工核反应实现, 使科学家在试验室合成已知元素新核素和新化学元素成为可能 。185Hf(1992)、208Hg(1992)、237Th(1993)、239Pa(1995)、175Er(1996)、235Am(1996)、135Gd(1996)、121Ce(1997)、186Hf(1998)、209Hg(1998)、238Th(1999)、125Nd(199

14、9)、128Pm(1999)、129Sm(1999)、139Dy(1999)、139Tb(1999)和137Gd(1999)。 我国科学家合成19种新核素： 90Ru(1991)和202Pt(1992) 分别由中国原子能科学研究院（北京）和上海原子核研究所合成。第30页18.3.2 超铀元素合成第31页第一个“超铀元素”（transuranium elements)合成1940年1970年2. 第一个“超锕系元素”（transactinide elements)合成合成困难： 伴随质子数越来越多，质子间库仑引力越来越大，原子核也越来越不稳定。 + + + + +4第32页放射性应用射线疗法 射

15、线疗法(radiation therapy)是指用高能射线治疗疾病方法，它是人类战胜癌症一个主要武器。32P60Co90Sr125I131I14.3 d5.26 a28.8 a60.25 d8.06 d137Cs192Ir198Au222Ra226Rn30 a74.2 d2.7 d3.82 d1 622 a辐射源半衰期 辐射源 半衰期第33页 放射性示踪剂以某种化合物形式给药.诊疗是依据这些放射性化合物进入人体特定部位并在那些部位浓集能力。 131I59Fe32P99Tc23Na 8.1 d45.1 d14.3 d6.0 h14.8 h 甲状腺红血细胞眼, 肝, 瘤心脏, 骨,肝,肺循环系统辐射源半衰期检验部位第34