Seoseenergia keemilistes reaktsioonides
Alustame jälle keemiast. Mitmetes keemilistes reaktsioonides toimub energia vabanemine, osakeste kineetiline energia on pärast reaktsiooni suurem kui enne reaktsiooni. Üks niisugune keemiline reaktsioon on meile hästi tuttav igapäevasest elust, kus seda esineb vahel isegi liiga sageli. See on tavaline põlemine – süsiniku ja hapniku ühinemine, mille võime sümboolselt kirjutada kujul
C + O2 → CO2 + 4 eV,
kus energia 4 eV vabaneb soojuse ja valguse näol (vt joonis).
Energiat ei tule aga niisama ei tea kust kohast. Looduses kehtib kõikjal energia jäävuse seadus, see on range raamatupidamise reegel, millele alluvad ka keemilised reaktsioonid. Vabanev energia tekib millegi arvel ja täpselt nii, et energia kogubilanss oleks tasakaalus.
Selleks energiaks on seoseenergia. Juhul kui reaktsiooni käigus tekib kahest või enamast osakesest (aatom või molekul) keerulisem liitosake, siis selle moodustumisel teevad osakestevahelised jõud tööd, millest tulebki vabanev energia (vt joonis).
Kui me nüüd tahaksime liitosakese ära lõhkuda, s.t esialgse olukorra taastada, peame kulutama täpselt niisama palju energiat, kui palju me liitosakese moodustumisel saime (vt joonis).
Tulud ja kulud on võrdsed ning arvepidamine korras! Seda energiat me nimetamegi seoseenergiaks.
Liitosakese seoseenergia on võrdne minimaalse tööga, mis kulub selle liitosakese lahutamiseks (lõhkumiseks) koostisosadeks.
Seoseenergia vabaneb liitosakese moodustumisel osakestevaheliste jõudude tööna. Keemilistes reaktsioonides on see laetud osakeste vaheliste jõudude, s.t elektriliste jõudude töö. Mida suurem on seoseenergia, seda tugevam on seos, seda rohkem peame kulutama energiat liitosakese lõhkumiseks. Keemiliste seoste energiad on elektronvoldi murdosast mõne elektronvoldini.
1. Mis on seoseenergia?
Seoseenergia tuumareaktsioonides
Energia vabanemine toimub ka paljudes tuumareaktsioonides, tuumade ja osakeste kineetiline energia on pärast reaktsiooni suurem kui enne reaktsiooni. Ka siin vabaneb energia seoseenergia arvelt ja energia kogubilanss on tasakaalus. Tuumareaktsioonides on aga peamiseks tuumajõud, mis on elektriliste jõudude poolt tekitatud molekulaarjõududest mitmeid suurusjärke suuremad ja seetõttu on seoseenergiad kümnetes ja isegi tuhandetes megaelektronvoltides. Tabelis on toodud mõnede tuumade seoseenergiad.
Tuum | Seoseenergia (MeV) | Seoseenergia tuumaosakese kohta (MeV/os) |
2H (≡d) | 2,2 | 1,1 |
3H (≡t) | 8,5 | 2,8 |
3He | 7,7 | 2,6 |
4He (≡α) | 28,3 | 7,1 |
....... | ....... | ....... |
62Ni | 492,2 | 8,8 |
....... | ....... | ....... |
238U | 1801,6 | 7,6 |
....... | ....... | ....... |
Mõnede tuumade seoseenergiad. Deuteeriumi tuuma nimetatakse deutroniks (tähis d) ja triitiumi tuuma triitoniks (tähis t).
Tuumade korral antakse tavaliselt ühe tuumaosakese kohta tulev seoseenergia (vt joonis).
Tuuma enda seoseenergia saame, korrutades ühe osakese kohta tuleva seoseenergia massiarvuga (osakeste arvuga tuumas). Joonisel toodud graafik on huvitav selle poolest, et alustades kergetest tuumadest, kasvab osakese kohta tulev seoseenergia ja omandab maksimumi (8,8 MeV/osake) nikli korral, seejärel aga hakkab ühtlaselt kahanema. Enamikul tuumadest jääb ühe osakese kohta tulev seoseenergia 7 MeV ja 9 MeV vahele. Tuumajõudude ja tuumade seoseenergia omapärane olenevus massiarvust viib selleni, et
tuumareaktsioonidest on võimalik suuremal hulgal energiat saada kahes piirkonnas – kergete tuumade (väikese massiarvuga tuumade) ühinemisel (tuumade sünteesil) ja raskete tuumade (suure massiarvuga tuumade) lõhustumisel.
Neid kahte võimalust vaatame järgmistes alapunktides eraldi, sest sellel baseerub tuumaenergia kasutamine nii rahumeelsetel eesmärkidel kui ka tuumapommides.
2. Milliste tuumareaktsioonidega võib saada tuumaenergiat?
