第二节 核化学的产生与发展

实现的人工核反应。
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He N O H
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3.原子核质子—电子模型的建立
• 1919年，居里夫人根据原子中有电子、
原子核中有质子的事实，提出了质子----电
子模型。她认为：原子核是由质子和电子
组成的，电子中和了一部分质子的电荷，
而原子序数则是原子核内未被中和的质子
数目。
分裂各种同位素以及合成新的同
位素，并研究同位素在现代科学 技术中的应用。 重水 (D2O)
2.超铀元素化学
• 自从1940年，美国的艾贝尔生和
麦克米伦合成了超铀元素镎；1942年 又合成了钚以后；从1944-1984年的
40年里，人类合成了95-109号的铀后
元素。
超铀元素化学
• • • • • 超铀元素化学主要是指用现代方法研 究人工合成的重元素的化学性质。
1.在医学上的应用
• 发射性早期主要应用于医疗方
面，如放射性测试；用放射性的射 线照射癌细胞-----放疗，可延缓癌细
胞的病变，或消灭癌细胞。
2.在军事的应用
• 核化学的一个突出成果，
就是在军事上----原子武器，也
称核武器。
(1) 原子武器的提出
•
1939年8月，由爱因斯坦出面，几位美 国科学家共同写信给美国总统罗斯福，说明， 铀裂变可以制成威力空前的炸弹，并指出德 Fra Baidu bibliotek法西斯也在研制这种武器，希望美国能抓 紧研制，以防止这种威力强大的武器首先落 在德国法西斯手里。
门新的化学学科----核化学就真正问世
了。
(二) 核化学的发展
• 1932年以前，人们总共了解到 26种核反应，发现了大约40种同位 素。此后，核化学就进入了蓬勃发 展时期。
1.粒子加速器的研制
• 1932年，人类研制出粒子加速器，这一实验 工具极大地促进了核化学的发展。 • 利用这些有利条件，在1934-1937年间制出 了200多种同位素，到1939年底，人类研究 过的核反应已达200多种，所以说，核化学 的真正发展时期应该是20世纪30年代。
• (四) 核化学各分支的建立和发展
(一) 核化学的产生
• 核化学(nuclear chemistry) 用化学方法或化学与物理相结合 的方法研究原子核及核反应的学
科。
1.核化学的起源
• 核化学起始于 1898年 M.居里和 P.居 里对钋和镭的分离和鉴定。 • 1910年，为了证实原子核质变的可能
(2) 原子武器研制开始
• 1942年夏天，美国总统罗斯福采 取积极行动，任命著名物理学家奥本
海默来领导原子弹的研制计划，并把
这一计划称为“曼哈顿计划”。
(3) 原子武器研制成功
•
奥本海默是一位杰出的科学家和管理人 才，他集中了理论物理、实验技术、数学、 辐射化学、冶金、爆炸工程、精密测量等各 方面的专家，以及分散在美、英、加拿大等 许多实验室和研究机构，进行了大规模、多 学科的协同研制。终于在1945年7月16日试 验成功第一颗原子弹。
里等人发现，一个铀核裂变，就可以 放出200兆伏特的能量，并证明铀核的 每次裂变中，放出二三个中子，这基 本搞清了铀裂变的链式反应机理。
结 论
• 核化学的进一步发展，
逐步打开了核反应应用的渠
道，在医疗、能源和军事上 逐步被广泛应用。
(三) 原子能的开发和利用
• 核化学打开了原子能的 大门，开拓了利用原子能的 广阔领地。
化学分支学科。放射化学与原子核物
理对应地关联和交织在一起，成为核
科学技术的两个兄弟学科。
4.辐射化学
• 1895年、1896年，X射线和放射性发现后，辐 射化学就开始了。 • 1899年，居里夫人研究镭辐射时，发现空气中 有臭氧生成，并注意到，射线能使玻璃和瓷器 着色，这些都是辐射引起的化学变化。
发展中的一种分化趋势，但同时，这些学科
又都与原子核的变化有密切关系，又都可以
统一在核化学的体系之中，这又是核化学高 度综合的一面。化学科学本身也在分化和综 合的交替中不断前进。
核电站处于快速发展时期。
(四) 核化学各分支的建立和发展
• 20世纪30年代以后，核化学和
各分支学科也都发展起来了，主要 有同位素化学、放射化学、辐射化
学、超铀元素化学等等。
1.同位素化学
• 1910年同位素假说提出以后， • 1914年发现了同位素，从而开创 了同位素化学。
同位素化学
• 同位素化学主要侧重于鉴定、
1945年8月6日和9日，美国先后把
一枚铀弹和一枚钚弹投在日本的广岛
和长崎，造成了人类战争史上最大的
(5) 我国核武器的研制
• 1964年10月16日， 成功进行了原子弹试验。 • 1967年6月18日，
成功进行了氢弹试验。
3.核电站的建立和发展
• 1954年，前苏联采用石墨冷反应堆(以石墨为
减速剂，普通水为冷却剂)，建成了第一座小
型原子能发电站。
• 1956年，英国建成了第一座天然铀石墨气冷
发电和产钚两用堆。
• 1957年，美国建成了实验型压水堆核电站。
核电站的发展历程
• 20世纪50年代，核电站处于实验阶段； • 20世纪70年代，核电站的发电成本已经 低于火力发电，只是核废料的处理面临 一定困难。
• 20世纪80年代以后，这些问题都解决了，
2.裂变反应的发现
• 1938年，约里奥-居里夫妇用中子照射
铀以后，发现了与镧的化学性质一样的放
射性元素。1939年，哈恩确定是钡的同位
素。这一实验证据证明：在核化学的反应
类型上，人们不仅认识了轻核结合成重核
的聚变反应，同时又认识了重核分裂成轻
核的裂变反应。
3.核反应机理的研究
•
在对铀裂变的研究中，约里奥-居
和方式，卢瑟福做了开创性的工作。
2.质子的发现
• 1919年，卢瑟福用粒子轰击氮时， 在这个反应中，原子的核发生了质的变 发现产生一种新的、射程很长、质量很小 化，一种化学元素变成了另一种化学元素， 的带正电的微粒。经研究证明，这种带正 从而实现了古代炼金术们的幻想，所以，有 电的微粒就是氢原子核，他把这种带正电 人把核化学称为“20世纪的炼金术”。 的粒子称为质子。这是人类历史上第一次
第二节
核化学的产生与发展
•
随着人类对原子结构的深入了解 和认识，人们从原子的外部，深入到
原子的内部；从懂得原子之间相互作
用发生质变，进而懂得了原子核发生
质变的问题。这样，就逐步建立起研
究原子核质变的化学-----核化学。
本节内容
• (一) 核化学的产生
• (二) 核化学的发展 • (三) 原子能的开发和利用
(4) 原子弹的灾难
原子弹爆炸的强烈光波，使成千上万人双目失明； 10 亿度的高温，
•
把一切都化为灰烬；放射雨使一些人在以后 20 年中缓慢地走向死亡； 冲击波形成的狂风，又把所有的建筑物摧毁殆尽。处在爆心极点影响下 的人和物，象原子分离那样分崩离析。离中心远一点的地方，可以看到 在一霎那间被烧毁的男人和女人及儿童的残骸。更远一些的地方，有些 人虽侥幸还活着，但不是被严重烧伤，就是双目被烧成两个窟窿。在 16 公里以外的地方，人们仍然可以感到闷热的气流。 当时广岛人口为 34 万多人，靠近爆炸中心的人大部分死亡，当日 惨案，杀死了数以万计的无辜平民。 死者计 8.8 万余人，负伤和失踪的为 5.1 万余人，以上数字不含军人 （据估计军人伤亡在4万人左右）；全市 7.6 万幢建筑物全被毁坏的有 4.8 万幢，严重毁坏的有 2.2 万幢。
• 1900年，吉泽尔观察到在放射性作用下，碱金 属的卤化物会改变颜色，镭化合物的水溶液也 会产生爆鸣声，这是水的辐射分解造成的。
辐射化学
•
就是系统研究辐射作用引起
化学变化规律的一门学科。包括：
分解、氧化、还原、聚合、交联、
相变等特殊行为。
总结
•
总之，在核化学产生之后，它的各个分
支学科都相应地发展起来了。这是化学科学
• 1930年，博特用钋的粒子轰击铍时，发现 一种穿透力非常强的粒子。1932年，查德威 克证实，这种粒子就是卢瑟福预言的中子。
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Be He C n
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这样，原子核另一成分------中子被发现了。
6.核化学的建立
• 20世纪20年代末到30年代初，其
它几个典型的人工核反应也实现了， 从而奠定了核反应的基础，至此，一
研究工作较好的：
美国西博格领导的研究中心； 原苏联的杜布纳研究室； 原西德的核子研究中心。
3.放射化学
• 居里夫人对钋和镭的研究奠定
了放射化学的基础。“放射性”、
“放射性元素”等术语都是她制订
的，是她首先用化学方法提纯放射
性同位素的。
放射化学
•
放射化学是研究放射性物质，及
与原子核转变过程相关的化学问题的
4.中子假说
•
1920年，卢瑟福提出了中子假说，他认
为：在原子核中，质子和电子相互结合，形
成一种牢固的不带电的微粒，称为中子。并
断言，由于中子不带电，因而它周围没有电
场，所以当它通过气体时应不产生离子；在
穿透物质时，应不受静电的排斥作用，所以
穿透力极强，只有与原子核碰撞时，才会被
弹回或被偏转。
5.中子的发现