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热原子化学

归档日期:08-17       文本归类:反冲      文章编辑:爱尚语录

  热原子化学,是指研究核衰变、核反应及核裂变等原子核转变过程的化学效应的核化学分支学科,也称核转变化学。自从1934年发现了齐拉特-查尔默斯效应以来,已有了50多年的历史。

  热原子化学hotatomchemistry:研究核衰变核反应过程中产生的激发原子及其与周围介质产生化学效应的放射化学分支学科。

  例如,用中子照射液体碘乙烷C2H5127I时,稳定的127I俘获中子后进行核反应,放出电磁波并形成激发的反冲热原子128I,它具有比一般分子中化学键能高得多的能量,因此可破坏原有C-I之间的化学键而以游离态或无机离子态形式存在,使比较复杂的同位素(127I与128I)分离问题,成为了普通化学分离不同化合物C2H5127I与128I2,128I-的问题。

  研究核衰变、核反应及核裂变等原子核转变过程的化学效应的核化学分支学科,也称核转变化学。自从1934年发现了齐拉特-查尔默斯效应以来,已有了50多年的历史。

  在研究核转变时发现, 在生成核或子核的过程中, 同时还发生着有关分子的化学变化。 例如, 利用酞菁铜Cu(C6H4C2N2)4作为靶化合物,在中子的照射之下发生63Cu (n,γ)64Cu核反应,生成的放射性同位素铜64多数以无机的离子态形式存在,而只有少数保留在原来的络合分子酞菁铜里。原因是生成核铜64具有比化学键能大几十倍的反冲能量,这么巨大的反冲能量破坏了酞菁铜分子中的铜-氮键,而使大多数的铜64原子离开了酞菁铜分子。这种带有很高能量的反冲原子,称为热原子,研究这类反冲原子与周围化学环境所起的化学变化,就是热原子化学的研究范围。

  除了将高能反冲原子称为热原子以外,在核转变过程中,尤其是在核衰变过程中,生成核虽然反冲能量很小,但经常带有好几个正电荷。这种高度电离的激发原子,也同样被称为热原子。例如,131Xem经同质异能跃迁后,子体131Xe原子平均带有7.9个电荷。显然,这种带有几个正电荷的热原子与邻近的原子发生强烈的库仑相斥,也能使化学键断裂而发生化学变化。

  热原子化学的研究范围很广,涉及周期表中绝大多数元素。曾研究了(n,γ)、(n,p)、(n,α)、(n,2n)、(n,f)、(γ,n)、(γ,γ′)等核反应的化学效应,以及β衰变、α衰变、同质异能跃迁、K电子俘获、内转换等各种核衰变的化学效应。从物态角度看,有气相和液相体系的热原子化学,也有专门研究固相的热原子化学(固相热原子化学)。

  在研究方法方面,近年来注意采用新的物理方法,如分子束技术,以补充化学方法的不足;在理论计算方面,重视了计算机的使用。过去研究的重点比较集中于观察各种体系的复杂的热原子化学现象,由此对化学反应机理和模型进行理论性的探讨。现在出现了将热原子化学的基础研究逐步地与分子生物学、医学等实际问题相结合的趋势。[1]

  对核转变过程中高能热原子逐步丢失能量的过程及发生化学反应的历程的描述。它是热原子化学理论研究的一个主要课题。核转变过程中生成的反冲热原子,具有远远超过化学键能的动能。这样的高能热原子,不经过相当程度的冷却,是不能形成新的化学键而结合为新化合物的,只有在失掉相当多的能量之后,才能形成新的化合物。

  1947年美国放射化学家利比,W.F.对热原子的冷却过程提出了著名的台球模型。他假定反冲热原子是刚性的弹子球,与周围介质分子中的原子,做无序的弹性碰撞。每做一次碰撞,就丢失一部分能量,直到丢失了大部分能量而接近于分子热运动的能量时,才与四周的分子碎片结合成一个放射性标记的分子。

  1.真热反应反冲热原子只经过少数几次碰撞,丢失了一部分能量后,在较高能量下发生的直接反应。

  2.超热能反应热原子冷却到能量高于周围介质的热能,约相当于化学键能的二﹑三倍时所发生的反应。

  3.热能反应热原子冷却到与周围介质达到热平衡之后,在较低能量下与分子碎片发生的复合反应。

  50年代以来,在大量的实验基础上,不断地提出了一些描述热原子化学反应过程的理论模型,其中有些模型已能对一些简单的气相体系的热原子反应机理作些定量的描述。

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