Rozdiel medzi jadrovými reakciami a chemickými reakciami. Aký je rozdiel medzi atómovou bombou a termonukleárnou bombou? „Kid“: čierny humor alebo cynizmus strýka Sama

Podľa správ sa Severná Kórea vyhráža testom vodíková bomba nad Tichým oceánom. V reakcii na to prezident Trump uvaluje nové sankcie na jednotlivcov, spoločnosti a banky, ktoré s krajinou obchodujú.

„Myslím si, že by to mohol byť test vodíkovej bomby na bezprecedentnej úrovni, možno v tichomorskej oblasti,“ povedal tento týždeň severokórejský minister zahraničných vecí Ri Yong Ho počas stretnutia na Valnom zhromaždení OSN v New Yorku. Rhee dodal, že „to závisí od nášho vodcu“.

Atómová a vodíková bomba: rozdiely

Vodíkové bomby alebo termonukleárne bomby sú silnejšie ako atómové alebo štiepne bomby. Rozdiely medzi vodíkovými bombami a atómovými bombami začínajú na atómovej úrovni.

Atómové bomby, podobne ako tie, ktoré sa použili na devastáciu japonských miest Nagasaki a Hirošima počas druhej svetovej vojny, fungujú tak, že rozdeľujú jadro atómu. Keď sa neutróny alebo neutrálne častice v jadre rozdelia, niektoré vstúpia do jadier susedných atómov a rozdelia ich tiež. Výsledkom je vysoko výbušná reťazová reakcia. Podľa Zväzu vedcov padli bomby na Hirošimu a Nagasaki s výťažnosťou 15 kiloton a 20 kiloton.

Naproti tomu prvý test termonukleárnej zbrane alebo vodíkovej bomby v USA v novembri 1952 vyústil do výbuchu asi 10 000 kiloton TNT. Fúzne bomby začínajú rovnakou štiepnou reakciou, ktorá poháňa atómové bomby – ale väčšina uránu alebo plutónia v atómových bombách sa v skutočnosti nepoužíva. V termonukleárnej bombe znamená krok navyše väčšiu výbušnú silu z bomby.

Po prvé, horľavý výbuch stlačí guľu plutónia-239, materiálu, ktorý sa potom štiepi. Vo vnútri tejto jamy plutónia-239 je komora plynného vodíka. Vysoké teploty a tlaky vytvorené štiepením plutónia-239 spôsobujú, že sa atómy vodíka spájajú. Tento proces fúzie uvoľňuje neutróny, ktoré sa vracajú do plutónia-239, čím sa rozdeľuje viac atómov a zvyšuje sa štiepna reťazová reakcia.

Pozrite si video: Atómové a vodíkové bomby, čo je silnejšie? A aký je ich rozdiel?

Jadrové testy

Vlády na celom svete používajú globálne monitorovacie systémy na odhaľovanie jadrových testov ako súčasť úsilia o presadenie Zmluvy o všeobecnom zákaze jadrových skúšok z roku 1996. Táto zmluva má 183 zmluvných strán, ale je neúčinná, pretože ju neratifikovali kľúčové krajiny vrátane Spojených štátov.

Od roku 1996 uskutočnili jadrové testy Pakistan, India a Severná Kórea. Zmluva však zaviedla seizmický monitorovací systém, ktorý dokáže rozlíšiť jadrový výbuch od zemetrasenia. Súčasťou medzinárodného monitorovacieho systému sú aj stanice, ktoré detegujú infrazvuk, zvuk, ktorého frekvencia je príliš nízka na to, aby ľudské uši zachytili výbuchy. Osemdesiat rádionuklidových monitorovacích staníc po celom svete meria spad, čo môže dokázať, že výbuch detekovaný inými monitorovacími systémami bol v skutočnosti jadrový.

Na otázku: Ako sa líšia jadrové reakcie od chemických reakcií? daný autorom Yoabzali Davlatov najlepšia odpoveď je Chemické reakcie prebiehajú na molekulárnej úrovni a jadrové reakcie prebiehajú na atómovej úrovni.

Odpoveď od Bojové vajce[guru]
Pri chemických reakciách sa niektoré látky premieňajú na iné, ale k premene niektorých atómov na iné nedochádza. Počas jadrových reakcií sa atómy jedného chemického prvku premieňajú na iný.

Odpoveď od Zvagelski michael-michka[guru]
Jadrová reakcia. - proces premeny atómových jadier, ku ktorému dochádza pri ich interakcii s elementárnymi časticami, gama lúčmi a medzi sebou navzájom, čo často vedie k uvoľneniu obrovského množstva energie. Spontánne (prebiehajúce bez vplyvu dopadajúcich častíc) procesy v jadrách – napríklad rádioaktívny rozpad – sa zvyčajne neklasifikujú ako jadrové reakcie. Na uskutočnenie reakcie medzi dvoma alebo viacerými časticami je potrebné, aby sa interagujúce častice (jadrá) priblížili na vzdialenosť rádovo 10 až mínus 13 cm, čo je charakteristický polomer pôsobenia jadrových síl. Jadrové reakcie sa môžu vyskytnúť pri uvoľňovaní aj absorpcii energie. Reakcie prvého typu, exotermické, slúžia ako základ jadrovej energie a sú zdrojom energie pre hviezdy. Reakcie, ktoré zahŕňajú absorpciu energie (endotermické), môžu nastať len vtedy, ak je kinetická energia zrážaných častíc (v systéme ťažiska) nad určitou hodnotou (prah reakcie).

Chemická reakcia. - premena jednej alebo viacerých východiskových látok (činidiel) na látky (produkty reakcie), ktoré sa od nich líšia chemickým zložením alebo štruktúrou - chemické zlúčeniny. Na rozdiel od jadrových reakcií sa počas chemických reakcií nemení celkový počet atómov v reagujúcom systéme, ako aj izotopové zloženie chemických prvkov.
Chemické reakcie vznikajú pri zmiešaní alebo fyzikálnom kontakte činidiel samovoľne, zahriatím, účasťou katalyzátorov (katalýza), pôsobením svetla (fotochemické reakcie), elektrického prúdu (elektródové procesy), ionizujúceho žiarenia (radiačne-chemické reakcie), mechanického pôsobenia (mechanochemické reakcie), v nízkoteplotnej plazme (plazmochemické reakcie) atď. Transformácia častíc (atómov, molekúl) sa uskutočňuje za predpokladu, že majú energiu dostatočnú na prekonanie potenciálnej bariéry oddeľujúcej počiatočný a konečný stav systému ( aktivačná energia).
Chemické reakcie sú vždy sprevádzané fyzikálnymi účinkami: absorpcia a uvoľňovanie energie, napríklad vo forme prenosu tepla, zmena stavu agregácie činidiel, zmena farby reakčnej zmesi atď. podľa týchto fyzikálnych účinkov sa často posudzuje postup chemických reakcií.

Príroda sa dynamicky vyvíja, živá a inertná hmota neustále prechádza procesmi transformácie. Najdôležitejšie premeny sú tie, ktoré ovplyvňujú zloženie látky. Vznik hornín, chemická erózia, zrod planéty či dýchanie cicavcov, to všetko sú pozorovateľné procesy, ktoré zahŕňajú zmeny iných látok. Napriek rozdielom majú všetky niečo spoločné: zmeny na molekulárnej úrovni.

Počas chemických reakcií prvky nestrácajú svoju identitu. Tieto reakcie zahŕňajú iba elektróny vo vonkajšom obale atómov, zatiaľ čo jadrá atómov zostávajú nezmenené.
Reaktivita prvku na chemickú reakciu závisí od oxidačného stavu prvku. Pri bežných chemických reakciách sa Ra a Ra 2+ správajú úplne inak.
Rôzne izotopy prvku majú takmer rovnakú chemickú reaktivitu.
Rýchlosť chemickej reakcie veľmi závisí od teploty a tlaku.
Chemická reakcia môže byť zvrátená.
Chemické reakcie sú sprevádzané relatívne malými zmenami energie.

Jadrové reakcie

Počas jadrových reakcií sa jadrá atómov menia, a preto vznikajú nové prvky.
Reaktivita prvku na jadrovú reakciu je prakticky nezávislá od oxidačného stavu prvku. Napríklad ióny Ra alebo Ra 2+ v Ka C 2 sa správajú podobným spôsobom pri jadrových reakciách.
Pri jadrových reakciách sa izotopy správajú úplne inak. Napríklad U-235 sa štiepi ticho a ľahko, ale U-238 nie.
Rýchlosť jadrovej reakcie nezávisí od teploty a tlaku.
Jadrovú reakciu nemožno vrátiť späť.
Jadrové reakcie sú sprevádzané veľkými zmenami energie.

Rozdiel medzi chemickou a jadrovou energiou

Potenciálna energia, ktorá sa môže pri vytváraní väzieb premeniť na iné formy, predovšetkým teplo a svetlo.
Čím silnejšia je väzba, tým väčšia je premenená chemická energia.

Jadrová energia nezahŕňa tvorbu chemických väzieb (ktoré sú spôsobené interakciou elektrónov)
Môže sa premeniť na iné formy, keď dôjde k zmene v jadre atómu.

K jadrovej zmene dochádza vo všetkých troch hlavných procesoch:

Jadrové štiepenie
Spojenie dvoch jadier za vzniku nového jadra.
Uvoľnenie vysokoenergetického elektromagnetického žiarenia (gama žiarenie), čím sa vytvorí stabilnejšia verzia toho istého jadra.

Porovnanie premeny energie

Množstvo chemickej energie uvoľnenej (alebo premenenej) pri chemickom výbuchu je:

5 kJ na každý gram TNT
Množstvo jadrovej energie v uvoľnenej atómovej bombe: 100 miliónov kJ na každý gram uránu alebo plutónia

Jeden z hlavných rozdielov medzi jadrovými a chemickými reakciami súvisí s tým, ako prebieha reakcia v atóme. Zatiaľ čo jadrová reakcia prebieha v jadre atómu, elektróny v atóme sú zodpovedné za chemickú reakciu, ku ktorej dochádza.

Chemické reakcie zahŕňajú:

Prestupy
Straty
Získať
Zdieľanie elektrónov

Podľa atómovej teórie sa hmota vysvetľuje preskupením za vzniku nových molekúl. Látky zapojené do chemickej reakcie a pomery, v ktorých vznikajú, sú vyjadrené v zodpovedajúcich chemických rovniciach, ktoré tvoria základ pre vykonávanie rôznych typov chemických výpočtov.

Jadrové reakcie sú zodpovedné za rozpad jadra a nemajú nič spoločné s elektrónmi. Keď sa jadro rozpadne, môže sa presunúť na iný atóm v dôsledku straty neutrónov alebo protónov. Pri jadrovej reakcii interagujú protóny a neutróny v jadre. Pri chemických reakciách elektróny reagujú mimo jadra.

Výsledok jadrovej reakcie možno nazvať akýmkoľvek štiepením alebo fúziou. Nový prvok vzniká pôsobením protónu alebo neutrónu. V dôsledku chemickej reakcie sa látka pôsobením elektrónov mení na jednu alebo viac látok. Nový prvok vzniká pôsobením protónu alebo neutrónu.

Pri porovnávaní energie chemická reakcia zahŕňa iba malú zmenu energie, zatiaľ čo jadrová reakcia má veľmi vysokú zmenu energie. Pri jadrovej reakcii sú zmeny energie o veľkosti 10^8 kJ. To je pri chemických reakciách 10 - 10^3 kJ/mol.

Zatiaľ čo niektoré prvky sa v jadre premieňajú na iné, v chemikálii zostáva počet atómov nezmenený. Pri jadrovej reakcii reagujú izotopy odlišne. Ale v dôsledku chemickej reakcie reagujú aj izotopy.

Hoci jadrová reakcia nezávisí od chemických zlúčenín, chemická reakcia je vysoko závislá od chemických zlúčenín.

Zhrnutie

Chemické reakcie zahŕňajú prenos, stratu, zisk a zdieľanie elektrónov bez zapojenia jadra do procesu. Jadrové reakcie zahŕňajú rozpad jadra a nemajú nič spoločné s elektrónmi.
Pri jadrovej reakcii reagujú protóny a neutróny vo vnútri jadra, pri chemických reakciách elektróny interagujú mimo jadra.
Pri porovnávaní energií chemická reakcia využíva iba nízku zmenu energie, zatiaľ čo jadrová reakcia má veľmi vysokú zmenu energie.

Ak chcete presne odpovedať na otázku, budete sa musieť vážne ponoriť do takého odvetvia ľudského poznania, akým je jadrová fyzika – a pochopiť jadrové/termonukleárne reakcie.

Izotopy

Z kurzu všeobecnej chémie si pamätáme, že hmota okolo nás pozostáva z atómov rôznych „druhov“ a ich „druh“ presne určuje, ako sa budú správať pri chemických reakciách. Fyzika dodáva, že sa to deje vďaka jemnej štruktúre atómového jadra: vo vnútri jadra sú protóny a neutróny, ktoré ho tvoria - a elektróny sa neustále „rútia“ po „obežných dráhach“. Protóny poskytujú kladný náboj jadru a elektróny poskytujú záporný náboj, ktorý ho kompenzujú, a preto je atóm zvyčajne elektricky neutrálny.

Z chemického hľadiska „funkcia“ neutrónov „zrieďuje“ uniformitu jadier rovnakého „typu“ jadrami s mierne odlišnou hmotnosťou, pretože chemické vlastnosti ovplyvní iba náboj jadra (cez počet elektrónov, vďaka ktorým môže atóm vytvárať chemické väzby s inými atómami). Z hľadiska fyziky sa neutróny (ako protóny) podieľajú na zachovaní atómových jadier vďaka špeciálnym a veľmi silným jadrovým silám – inak by sa jadro atómu okamžite rozletelo v dôsledku Coulombovho odpudzovania rovnako nabitých protónov. Práve neutróny umožňujú existenciu izotopov: jadier s identickým nábojom (teda rovnakými chemickými vlastnosťami), ale rozdielnou hmotnosťou.

Je dôležité, že nie je možné vytvárať jadrá z protónov/neutrónov ľubovoľným spôsobom: existujú ich „magické“ kombinácie (v skutočnosti tu nie je žiadna mágia, fyzici sa práve dohodli nazývať obzvlášť energeticky výhodné súbory neutrónov/protónov tak), ktoré sú neuveriteľne stabilné – ale „odchádzajúc z nich môžete získať rádioaktívne jadrá, ktoré sa samy „rozpadnú“ (čím ďalej sú od „magických“ kombinácií, tým je pravdepodobnejšie, že sa časom rozložia ).

Nukleosyntéza

O niečo vyššie sa ukázalo, že podľa istých pravidiel je možné „konštruovať“ atómové jadrá a vytvárať z protónov/neutrónov čoraz ťažšie jadrá. Jemnosť je v tom, že tento proces je energeticky priaznivý (teda prebieha s uvoľňovaním energie) len do určitej hranice, po ktorej je potrebné vynaložiť viac energie na vytvorenie čoraz ťažších jadier, ako sa uvoľňuje pri ich syntéze a sami sa stávajú veľmi nestabilnými. V prírode sa tento proces (nukleosyntéza) vyskytuje vo hviezdach, kde monštruózne tlaky a teploty „zhutňujú“ jadrá tak tesne, že niektoré z nich splývajú, vytvárajú ťažšie a uvoľňujú energiu, vďaka ktorej hviezda žiari.

Konvenčný „limit účinnosti“ prechádza syntézou jadier železa: syntéza ťažších jadier je energeticky náročná a železo v konečnom dôsledku hviezdu „zabíja“ a ťažšie jadrá vznikajú buď v stopových množstvách v dôsledku zachytávania protónov/neutrónov, alebo hromadne v čase smrti hviezdy v podobe katastrofického výbuchu supernovy, kedy toky žiarenia dosahujú skutočne obludné hodnoty (v momente výbuchu typická supernova vyžaruje toľko svetelnej energie ako naše Slnko viac ako miliardu rokov svojej existencie!)

Jadrové/termonukleárne reakcie

Takže teraz môžeme uviesť potrebné definície:

Termonukleárna reakcia (známa aj ako fúzna reakcia alebo v angličtine jadrovej fúzie) je typ jadrovej reakcie, pri ktorej sa ľahšie atómové jadrá vplyvom energie svojho kinetického pohybu (tepla) spájajú do ťažších.

Reakcia jadrového štiepenia (tiež známa ako reakcia rozkladu alebo v angličtine jadrové štiepenie) je typ jadrovej reakcie, pri ktorej sa jadrá atómov spontánne alebo pod vplyvom častíc „zvonku“ rozpadajú na fragmenty (zvyčajne dve alebo tri ľahšie častice alebo jadrá).

V zásade sa pri oboch typoch reakcií uvoľňuje energia: v prvom prípade v dôsledku priameho energetického prínosu procesu a v druhom prípade energia, ktorá bola vynaložená počas „smrti“ hviezdy na vznik atómov. uvoľňuje sa ťažší ako železo.

Podstatný rozdiel medzi jadrovými a termonukleárnymi bombami

Jadrová (atómová) bomba sa zvyčajne nazýva výbušné zariadenie, kde sa hlavný podiel energie uvoľnenej pri výbuchu uvoľní v dôsledku jadrovej štiepnej reakcie a vodíková (termonukleárna) bomba je taká, kde sa hlavný podiel energie vyrába. prostredníctvom termonukleárnej fúznej reakcie. Atómová bomba je synonymom pre jadrovú bombu, vodíková bomba je synonymom pre termonukleárnu bombu.

V médiách môžete často počuť hlasné slová o jadrových zbraniach, ale veľmi zriedka sa špecifikuje deštrukčná schopnosť konkrétnej výbušnej nálože, preto spravidla termonukleárne hlavice s kapacitou niekoľkých megaton a atómové bomby zhodené na Hirošimu a Nagasaki. na konci druhej svetovej vojny sú na rovnakom zozname, ktorých sila bola len 15 až 20 kiloton, teda tisíckrát menej. Čo je za touto kolosálnou medzerou v ničivých schopnostiach jadrových zbraní?

Je za tým iná technológia a princíp nabíjania. Ak zastarané „atómové bomby“, ako napríklad tie, ktoré boli zhodené na Japonsko, fungujú na čistom štiepení jadier ťažkých kovov, potom sú termonukleárne nálože „bombou v bombe“, ktorej najväčší účinok vzniká syntézou hélia a rozpadom. jadier ťažkých prvkov je iba rozbuškou tejto syntézy.

Trochu fyziky: ťažké kovy sú najčastejšie buď urán s vysokým obsahom izotopu 235 alebo plutónium 239. Sú rádioaktívne a ich jadrá nie sú stabilné. Keď sa koncentrácia takýchto materiálov na jednom mieste prudko zvýši na určitú hranicu, dôjde k sebestačnej reťazovej reakcii, keď nestabilné jadrá, ktoré sa rozpadajú na kúsky, vyvolajú rovnaký rozpad susedných jadier so svojimi fragmentmi. Tento rozpad uvoľňuje energiu. Veľa energie. Takto fungujú výbušné náplne atómových bômb, ale aj jadrových reaktorov jadrových elektrární.

Čo sa týka termonukleárnej reakcie či termonukleárneho výbuchu, kľúčové miesto má úplne iný proces, a to syntéza hélia. Pri vysokých teplotách a tlaku sa stáva, že pri zrážke jadier vodíka sa zlepia a vznikne ťažší prvok – hélium. Zároveň sa uvoľňuje aj obrovské množstvo energie, čoho dôkazom je aj naše Slnko, kde táto syntéza neustále prebieha. Aké sú výhody termonukleárnej reakcie:

Po prvé, neexistuje žiadne obmedzenie možnej sily výbuchu, pretože závisí výlučne od množstva materiálu, z ktorého sa syntéza uskutočňuje (najčastejšie sa ako taký materiál používa deuterid lítny).

Po druhé, neexistujú žiadne produkty rádioaktívneho rozpadu, teda práve tie fragmenty jadier ťažkých prvkov, čo výrazne znižuje rádioaktívnu kontamináciu.

No, po tretie, pri výrobe výbušného materiálu neexistujú žiadne kolosálne ťažkosti, ako v prípade uránu a plutónia.

Existuje však nevýhoda: na spustenie takejto syntézy sú potrebné obrovské teploty a neuveriteľný tlak. Na vytvorenie tohto tlaku a tepla je potrebná detonačná nálož, ktorá funguje na princípe obyčajného rozpadu ťažkých prvkov.

Na záver by som chcel povedať, že vytvorenie výbušnej jadrovej nálože jednou alebo druhou krajinou najčastejšie znamená „atómovú bombu“ s nízkou spotrebou energie a nie skutočne hroznú termonukleárnu bombu, ktorá je schopná vymazať z tváre veľkú metropolu. zeme.