رابطه کنکوری بین جرم و انرژی دو واکنش هسته ای درون ستارگان – شیمی دهم

آموزش رابطه های مهم شیمی کنکور دکتر مهدی نباتی

فرمول ها و تکنیک های کنکوری شیمی استاد دکتر مهدی نباتی

دانش آموزان عزیزم، یکی از مباحث بسیار مهم در شیمی دهم فصل اول، مبحث واکنش های هسته ای در فضای درون ستاره های ملتهب می باشد که این واکنش ها به دلیل دمای بسیار بالای درون ستاره ها انجام می گیرد.

 

اصولا دو نوع واکنش کلی درون ستارگان انجام می گیرد:

الف: واکنش های ترکیب: عناصر سبک تر با هم ترکیب شده و عناصر سنگین تر را ایجاد می کنند.

ب: واکنش های تجزیه: عناصر سنگین تر در اثر دمای بالا تجزیه شده و عناصر سبک تر را ایجاد می کنند.

 

تفاوت واکنش های هسته ای با واکنش های شیمیایی

عمده ترین تفاوتی که در واکنش های هسته ای با واکنش های شیمیایی وجود دارد این است که در واکنش های هسته ای بر خلاف واکنش های شیمیایی، قانون پایستگی جرم وجود ندارد و همیشه جرم فراورده ها کمتر از جرم واکنش دهنده ها است. و همیشه مقداری افت جرمی را شاهد خواهیم بود. این مقدار اختلاف جرم بین فراورده ها و واکنش دهنده ها تبدیل به انرژی خواهد شد.

بنابراین به جای قانون پایستگی جرم، در واکنش های هسته ای این قانون وجود دارد: مجموع جرم و انرژی واکنش دهنده ها با مجموع جرم و انرژی فراورده ها برابر است.

 

تبدیل جرم به انرژی

همان طور که توضیح داده شد، در واکنش های هسته ای درون ستاره ای، همیشه افت جرمی وجود داشته و این مقدار جرم به انرژی تبدیل می شود.

رابطه بین جرم و انرژی از فرمول معروف انیشتین به دست می آید:

 

E = mC²

در این فرمول:

انرژی با نماد E و واحد ژول (j) یا kg.m²/s²

اختلاف جرم بین فراورده ها و واکنش دهنده ها با نماد m و واحد کیلوگرم kg

سرعت نور با واحد متر بر ثانیه (m/s) و نماد C که همیشه عددی ثابت است: ۱۰^۸ × ۳ متر بر ثانیه

 

توجه: از صحبت زیاد در رابطه با فرمول انیشتین در اینجا خودداری می کنم، زیرا در یک مقاله جداگانه به تمام نکات کنکوری واکنش های هسته ای، فرمول انیشتین و مسائل مربوطه پرداخته شده است.

اما هدف اصلی که در این مقاله قرار است بدان بپردازیم، رابطه بین جرم و انرژی در دو واکنش هسته ای است…

 

رابطه بین جرم و انرژی در دو واکنش هسته ای

با نوجه به اینکه طبق فرمول انیشتن، مقدار انرژی آزاد شده به نوع ماده بستگی نداشته و تنها به میزان جرم ماده از دست رفته وابسته است که این رابطه بین جرم و انرژی یک رابطه مستقیم می باشد.

 

بنابراین برای مقایسه میزان انرژی حاصل از دو واکنش هسته ای متفاوت، رابطه زیر برقرار است:

E₂ / E₁ = m₂ / m₁

 

برای فهم دقیق این رابطه، سوال زیر را با هم حل می کنیم:

 

تست تالیفی شیمی دهم کنکور

در اثر دمای بالا درون ستارگان، دو واکنش هسته ای زیر انجام می گیرد. در هر واکنش، حدود ۸۰۰ گرم از ماده اولیه وارد واکنش شده و در انتهای واکنش اول و دوم به ترتیب ۷۹۸ و ۷۹۶ گرم از محصولات تولید می شود. نسبت انرژی آزاد شده در واکنش دوم به واکنش اول چقدر است؟

A  →   B + E₁

C  →   D + E₂

الف: ۴

ب: ۳

ج: ۲

د: ۱

 

پاسخ:

خب دانش آموزان عزیزم به راحتی می توانیم از رابطه گفته شده استفاده کنیم:

E₂ / E₁ = m₂ / m₁

m₁ = 800 – 798 = 2 g

m₂ = 800 – 796 = 4 g

⇓

E₂ / E₁ = 4 / 2

⇓

E₂ / E₁ = 2

 

گزینه صحیح:

بنابراین با توجه به استفاده از رابطه کنکوری گفته شده در بالا و محاسبات انجام شده، گزینه ج جواب صحیح می باشد.

 

دکتر مهدی نباتی

 

 

 

تدریس خصوصی و گروهی شیمی کنکور و المپیاد در تهران