第二節(jié)核化學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展

第二節(jié)核化學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一隨著人類對原子結(jié)構(gòu)的深入了解和認(rèn)識，人們從原子的外部，深入到原子的內(nèi)部；從懂得原子之間相互作用發(fā)生質(zhì)變，進(jìn)而懂得了原子核發(fā)生質(zhì)變的問題。這樣，就逐步建立起研究原子核質(zhì)變的化學(xué)-----核化學(xué)。第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一本節(jié)內(nèi)容

(一)核化學(xué)的產(chǎn)生(二)核化學(xué)的發(fā)展

(三)原子能的開發(fā)和利用

(四)核化學(xué)各分支的建立和發(fā)展

第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(一)核化學(xué)的產(chǎn)生核化學(xué)(nuclearchemistry)用化學(xué)方法或化學(xué)與物理相結(jié)合的方法研究原子核及核反應(yīng)的學(xué)科。第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一1.核化學(xué)的起源核化學(xué)起始于1898年M.居里和P.居里對釙和鐳的分離和鑒定。1910年，為了證實(shí)原子核質(zhì)變的可能和方式，盧瑟福做了開創(chuàng)性的工作。第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)

1919年，盧瑟福用粒子轟擊氮時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生一種新的、射程很長、質(zhì)量很小的帶正電的微粒。經(jīng)研究證明，這種帶正電的微粒就是氫原子核，他把這種帶正電的粒子稱為質(zhì)子。這是人類歷史上第一次實(shí)現(xiàn)的人工核反應(yīng)。

在這個(gè)反應(yīng)中，原子的核發(fā)生了質(zhì)的變化，一種化學(xué)元素變成了另一種化學(xué)元素，從而實(shí)現(xiàn)了古代煉金術(shù)們的幻想，所以，有人把核化學(xué)稱為“20世紀(jì)的煉金術(shù)”。第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.原子核質(zhì)子—電子模型的建立

1919年，居里夫人根據(jù)原子中有電子、原子核中有質(zhì)子的事實(shí)，提出了質(zhì)子----電子模型。她認(rèn)為：原子核是由質(zhì)子和電子組成的，電子中和了一部分質(zhì)子的電荷，而原子序數(shù)則是原子核內(nèi)未被中和的質(zhì)子數(shù)目。第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一4.中子假說

1920年，盧瑟福提出了中子假說，他認(rèn)為：在原子核中，質(zhì)子和電子相互結(jié)合，形成一種牢固的不帶電的微粒，稱為中子。并斷言，由于中子不帶電，因而它周圍沒有電場，所以當(dāng)它通過氣體時(shí)應(yīng)不產(chǎn)生離子；在穿透物質(zhì)時(shí)，應(yīng)不受靜電的排斥作用，所以穿透力極強(qiáng)，只有與原子核碰撞時(shí)，才會(huì)被彈回或被偏轉(zhuǎn)。第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一5.中子的發(fā)現(xiàn)1930年，博特用釙的粒子轟擊鈹時(shí)，發(fā)現(xiàn)一種穿透力非常強(qiáng)的粒子。1932年，查德威克證實(shí)，這種粒子就是盧瑟福預(yù)言的中子。這樣，原子核另一成分------中子被發(fā)現(xiàn)了。第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一6.核化學(xué)的建立

20世紀(jì)20年代末到30年代初，其它幾個(gè)典型的人工核反應(yīng)也實(shí)現(xiàn)了，從而奠定了核反應(yīng)的基礎(chǔ)，至此，一門新的化學(xué)學(xué)科----核化學(xué)就真正問世了。第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(二)核化學(xué)的發(fā)展

1932年以前，人們總共了解到26種核反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了大約40種同位素。此后，核化學(xué)就進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時(shí)期。第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一1.粒子加速器的研制1932年，人類研制出粒子加速器，這一實(shí)驗(yàn)工具極大地促進(jìn)了核化學(xué)的發(fā)展。利用這些有利條件，在1934-1937年間制出了200多種同位素，到1939年底，人類研究過的核反應(yīng)已達(dá)200多種，所以說，核化學(xué)的真正發(fā)展時(shí)期應(yīng)該是20世紀(jì)30年代。第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2.裂變反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)

1938年，約里奧-居里夫婦用中子照射鈾以后，發(fā)現(xiàn)了與鑭的化學(xué)性質(zhì)一樣的放射性元素。1939年，哈恩確定是鋇的同位素。這一實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明：在核化學(xué)的反應(yīng)類型上，人們不僅認(rèn)識了輕核結(jié)合成重核的聚變反應(yīng)，同時(shí)又認(rèn)識了重核分裂成輕核的裂變反應(yīng)。第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.核反應(yīng)機(jī)理的研究

在對鈾裂變的研究中，約里奧-居里等人發(fā)現(xiàn)，一個(gè)鈾核裂變，就可以放出200兆伏特的能量，并證明鈾核的每次裂變中，放出二三個(gè)中子，這基本搞清了鈾裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理。第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一結(jié)論

核化學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，逐步打開了核反應(yīng)應(yīng)用的渠道，在醫(yī)療、能源和軍事上逐步被廣泛應(yīng)用。第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(三)原子能的開發(fā)和利用核化學(xué)打開了原子能的大門，開拓了利用原子能的廣闊領(lǐng)地。第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一1.在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用發(fā)射性早期主要應(yīng)用于醫(yī)療方面，如放射性測試；用放射性的射線照射癌細(xì)胞-----放療，可延緩癌細(xì)胞的病變，或消滅癌細(xì)胞。第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2.在軍事的應(yīng)用核化學(xué)的一個(gè)突出成果，就是在軍事上----原子武器，也稱核武器。第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(1)原子武器的提出

1939年8月，由愛因斯坦出面，幾位美國科學(xué)家共同寫信給美國總統(tǒng)羅斯福，說明，鈾裂變可以制成威力空前的炸彈，并指出德國法西斯也在研制這種武器，希望美國能抓緊研制，以防止這種威力強(qiáng)大的武器首先落在德國法西斯手里。第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(2)原子武器研制開始

1942年夏天，美國總統(tǒng)羅斯福采取積極行動(dòng)，任命著名物理學(xué)家奧本海默來領(lǐng)導(dǎo)原子彈的研制計(jì)劃，并把這一計(jì)劃稱為“曼哈頓計(jì)劃”。第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(3)原子武器研制成功

奧本海默是一位杰出的科學(xué)家和管理人才，他集中了理論物理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、數(shù)學(xué)、輻射化學(xué)、冶金、爆炸工程、精密測量等各方面的專家，以及分散在美、英、加拿大等許多實(shí)驗(yàn)室和研究機(jī)構(gòu)，進(jìn)行了大規(guī)模、多學(xué)科的協(xié)同研制。終于在1945年7月16日試驗(yàn)成功第一顆原子彈。第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(4)原子彈的災(zāi)難

1945年8月6日和9日，美國先后把一枚鈾彈和一枚钚彈投在日本的廣島和長崎，造成了人類戰(zhàn)爭史上最大的慘案，殺死了數(shù)以萬計(jì)的無辜平民。

原子彈爆炸的強(qiáng)烈光波，使成千上萬人雙目失明；10億度的高溫，把一切都化為灰燼；放射雨使一些人在以后20年中緩慢地走向死亡；沖擊波形成的狂風(fēng)，又把所有的建筑物摧毀殆盡。處在爆心極點(diǎn)影響下的人和物，象原子分離那樣分崩離析。離中心遠(yuǎn)一點(diǎn)的地方，可以看到在一霎那間被燒毀的男人和女人及兒童的殘骸。更遠(yuǎn)一些的地方，有些人雖僥幸還活著，但不是被嚴(yán)重?zé)齻?，就是雙目被燒成兩個(gè)窟窿。在16公里以外的地方，人們?nèi)匀豢梢愿械綈灍岬臍饬?。?dāng)時(shí)廣島人口為34萬多人，靠近爆炸中心的人大部分死亡，當(dāng)日死者計(jì)8.8萬余人，負(fù)傷和失蹤的為5.1萬余人，以上數(shù)字不含軍人（據(jù)估計(jì)軍人傷亡在4萬人左右）；全市7.6萬幢建筑物全被毀壞的有4.8萬幢，嚴(yán)重毀壞的有2.2萬幢。第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(5)我國核武器的研制1964年10月16日，成功進(jìn)行了原子彈試驗(yàn)。1967年6月18日，成功進(jìn)行了氫彈試驗(yàn)。第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.核電站的建立和發(fā)展1954年，前蘇聯(lián)采用石墨冷反應(yīng)堆(以石墨為減速劑，普通水為冷卻劑)，建成了第一座小型原子能發(fā)電站。1956年，英國建成了第一座天然鈾石墨氣冷發(fā)電和產(chǎn)钚兩用堆。1957年，美國建成了實(shí)驗(yàn)型壓水堆核電站。第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一核電站的發(fā)展歷程20世紀(jì)50年代，核電站處于實(shí)驗(yàn)階段；20世紀(jì)70年代，核電站的發(fā)電成本已經(jīng)低于火力發(fā)電，只是核廢料的處理面臨一定困難。20世紀(jì)80年代以后，這些問題都解決了，核電站處于快速發(fā)展時(shí)期。第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(四)核化學(xué)各分支的建立和發(fā)展

20世紀(jì)30年代以后，核化學(xué)和各分支學(xué)科也都發(fā)展起來了，主要有同位素化學(xué)、放射化學(xué)、輻射化學(xué)、超鈾元素化學(xué)等等。第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一1.同位素化學(xué)1910年同位素假說提出以后，1914年發(fā)現(xiàn)了同位素，從而開創(chuàng)了同位素化學(xué)。第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一同位素化學(xué)同位素化學(xué)主要側(cè)重于鑒定、分裂各種同位素以及合成新的同位素，并研究同位素在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。重水(D2O)第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2.超鈾元素化學(xué)自從1940年，美國的艾貝爾生和麥克米倫合成了超鈾元素镎；1942年又合成了钚以后；從1944-1984年的40年里，人類合成了95-109號的鈾后元素。第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一超鈾元素化學(xué)超鈾元素化學(xué)主要是指用現(xiàn)代方法研究人工合成的重元素的化學(xué)性質(zhì)。

研究工作較好的：美國西博格領(lǐng)導(dǎo)的研究中心；原蘇聯(lián)的杜布納研究室；原西德的核子研究中心。第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.放射化學(xué)居里夫人對釙和鐳的研究奠定了放射化學(xué)的基礎(chǔ)?！胺派湫浴?、“放射性元素”等術(shù)語都是她制訂的，是她首先用化學(xué)方法提純放射性同位素的。第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一放射化學(xué)

放射化學(xué)是研究放射性物質(zhì)，及與原子核轉(zhuǎn)變過程相關(guān)的化學(xué)問題的化學(xué)分支學(xué)科。放射化學(xué)與原子核物理對應(yīng)地關(guān)聯(lián)和交織在一起，成為核科學(xué)技術(shù)的兩個(gè)兄弟學(xué)科。第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一4.輻射化學(xué)1895年、1896年，X射線和放射性發(fā)現(xiàn)后，輻射化學(xué)就開始了。1899年，居里夫人研究鐳輻射時(shí)，發(fā)現(xiàn)空氣中有臭氧生成，并注意到，射線能使玻璃和瓷器著色，這些都是輻射引起的化學(xué)變化。1900年，吉澤爾觀察到在放射性作用下，堿金屬的鹵化物會(huì)改變顏色，鐳化合物的水溶液也會(huì)產(chǎn)生爆鳴聲，這是水的輻射分解造成的。第33頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一輻射化學(xué)