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欢乐马1周前
核化学简介续 2、原子结构与核裂变 ⑴、原子基础结构 原子由原子核(质子Z + 中子N)与核外电子e⁻构成。原子核体积仅为原子的几千亿分之一,却集中了99.9%以上的质量。核能即源自打破这个微小核心所释放的巨大能量。 ⑵、核裂变核心定义 重原子核被中子撞击后分裂为两个中等质量的新核,同时释放新生中子与巨大能量,该过程即为核裂变,是核电站与核能源的核心反应。 ⑶、守恒规律与反应方程式 ①两大守恒规则:质量数守恒、电荷数守恒;系统总静质量不守恒,质量亏损转化为核能。 ②通用裂变式:(A,Z)X+(1,0)n→(A₁,Z₁)Y₁+(A₂,Z₂)Y₂+k·(1,0)n+能量。 ③标准铀-235裂变方程:²³⁵₉₂U + ¹₀n → ⁹²₃₆Kr + ¹⁴¹₅₆Ba + 3¹₀n + 200MeV。 ④守恒定量关系:质量数守恒A+1=A₁+A₂+k,电荷数守恒Z=Z₁+Z₂。 ⑷、能量来源:质量亏损与质能方程 裂变前后粒子数目不变,但总静止质量轻微减少,亏损质量Δm依照质能方程E=Δm·c²转化能量。光速c≈3.0×10⁸m/s,极小质量亏损即可释放巨量能量。1kg铀-235理论热当量约2700吨标准煤、2280万度电、1.96万吨TNT当量;电站实际发电(热效率33%)约750万度电。 ⑸、铀-235裂变产物分布特征 热中子轰击铀-235,裂变产物呈典型不对称双峰分布:质量数分布区间A=72~161;裂变产额谷A=115~125,产额极低;轻峰区间(80–110)峰值90–100,典型核素锶-90、锆-95、钌-103;重峰区间(125–155)峰值133–143,典型核素铯-137、钡-137、碘-135;产物覆盖元素范围Z=30~64,涵盖35种元素、300余种核素。主流配比轻核A≈95、重核A≈139,所有裂变产物均中子过剩、强放射性、长半衰期,是核废料的主要来源。 ⑹、关键概念 ①链式反应:裂变释放的新中子持续撞击重核,使反应自持持续进行。 ②可控/不可控裂变:核电站依靠控制棒调控中子数量,实现稳态可控裂变;核武器为瞬时不可控剧烈裂变。 ③临界质量:维持自持链式反应所需的最小裂变材料质量。 ④核废料:以锶-90(β辐射高毒)、铯-137(主要γ辐射源)为代表,放射性强、处置难度高。
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石墨烯是由单层碳原子构成的二维碳材料,其结构可以形象地比喻为一张“原子级的蜂窝状铁丝网”。以下是关于石墨烯结构的详细解析: ⚛️ 基本原子结构 * 二维蜂窝晶格:石墨烯的标志性结构是由碳原子紧密排列成的连续、完美的正六边形网格,类似于蜂巢或铁丝网的结构。 * sp² 杂化成键:每个碳原子通过 sp² 杂化轨道与周围相邻的 3个碳原子 相连,形成强韧的共价键(σ键)。 * 微观参数: * 键长:相邻碳原子之间的距离约为 0.142 纳米(1.42 Å)。 * 键角:碳-碳键之间的夹角为 120度,这种高度对称的结构是其优异性质的基础。 * 厚度:它是真正意义上的二维材料,单层厚度仅约为 0.335 纳米(即人类头发直径的百万分之一)。 🔗 独特电子结构与性质 在石墨烯中,每个碳原子提供3个价电子形成平面内的σ键,而剩余的 1个价电子 则游离在平面外,形成离域的 π键(大π键)。 * 卓越导电性:这些离域的π电子可以像自由电子一样在蜂窝晶格中高速、几乎无阻力地移动,赋予了石墨烯极高的电子迁移率和卓越的导电性。 * 超高机械强度:sp²碳-碳共价键的键能非常大,使得石墨烯成为目前已知强度最高的材料之一(理论强度比优质钢强约200倍),同时又具备极好的柔韧性。 * 高透明度:由于是单原子层结构,它对可见光的吸收率极低(约2.3%),因此非常透明。 📚 广义分类与堆垛方式 虽然严格意义上的石墨烯是单原子层结构,但在实际应用和国家标准中,层数小于10层的石墨结构材料通常也被广义地称为石墨烯。根据层数和堆垛方式的不同,主要分为: * 单层石墨烯 (Graphene):仅由一层碳原子构成。 * 双层及少层石墨烯 (Bilayer / Few-layer):由2到10层碳原子堆垛而成。常见的堆垛方式包括 AA型(原子完全重叠)、ABA型(伯纳尔堆叠,最为常见)以及 ABC型 堆叠等。不同的堆垛方式会显著影响材料的电子结构和物理性质(例如AB型堆叠的双层石墨烯在电场调控下可呈现半导体性质)。
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《原子和分子》 思维导图 千姿百态的世界万物 都是由许许多多肉眼看不见千的微观粒子构成的 分子就是构成物质的一种微粒 分子是可以拆分的 在一定的条件下可被“拆成”更小的微粒--原子 分子和原子是化学世界里的重要成员 我们先了解一下分子 分子是物质中能够单独存在 并有着这一物质一切化学特性的最小微粒 我们日常所见的物质 无论是固体、液体,还是气体 都是由分子组成的 同一物质的每个分子都具有相同的化学性质 对于原子的话 世界上的数百万种物质都是由100多种元素构成的 原子就是保持元素性质的最小微粒 也是化学变化中的最小微粒 科学家们通过研究原子的结构 将一种元素的原子与其他元素的原子区别开来 原子非常小,其直径大约有百万分之一毫米 那么原子是如何组成的呢 原子是由位于中心的原子核和一些围绕原子核运动的微小电子组成的 原子核的体积很小 却集中了差不多整个原子的质量 原子核由质子和中子这两种更小的微粒组成 质子和中子的质量相同,质子带正电 中子不带电 不同类的原子核中含有不同数目的质子和中子 电子带负电,环绕原子核高速运动 原子的相对质量是怎么定的呢 化学家用原子的相对质量来量度原子的质量 而不是以原子的单位质量来表示相对原子质量 1961年以后,碳的相对原子质量被定为12 并以碳原子质量的1/12作为计算其他元素相对原子质量的标准 带电荷的原子叫做离子 原子核外的电子很活跃 当电子能量增加时 电子会在离原子核较远的区域运动 使原子带负电荷,成为阴离子 当电子能量减少时 电子会在离原子核较近的区域运动 使原子带正电荷,成为阳离子 原子和分子有什么关系呢 原子以“键”的方式联在一起形成分子 有时原子会带有相问的电荷 这样每一个原子释放出一个电子来形成这种“键” 这种键称为共价键 有时原子带有不同的电荷 它们之间的“键”就靠静电引力形成 这种键被称为离子键
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