Q-verdi

Q-verdi i kjernefysikk og -kjemi er mengden energi absorbert eller frigitt under en kjernereaksjon. Verdien relaterer seg til entalpien av en kjemisk reaksjon eller energien til radioaktive nedbrytningsprodukter. Den kan bli bestemt fra massene av reaktantene og produktene. Q-verdien har en effekt på reaksjonsraten. Generelt vil en mere positiv Q-verdi for en reaksjon gi en høyere hastighet på reaksjonen, og gjøre slik at en likevekt vil «favorisere» produktene^[1].

En generell formel for Q-verdien er:

$Q(MeV)=-931,5\Delta M(u)$

Minusverdien foran konstanten er slik at Q-verdien er positiv for spontane reaksjoner^[2].

α-henfall rediger

α-henfall er ofte observert for grunnstoffer tyngre enn bly^[2]. Den generelle formellen for α-henfall er:

${\ce {^{A}_{Z}X -> ^{A-4}_{Z-2}X + ^4_2H}}$

Q-verdien for en slik reaksjon blir dermed:

$Q_{\alpha }=-931,5(M_{Z-2}^{A-4}+M_{He}-M_{Z}^{A})$

Fra ligningen ovenfor sees det at mindre masse vil frigi energi.

β⁻-henfall rediger

β⁻-henfall kan bli skrevet som^[2]:

${\ce {^{A}_{Z}X->_{Z{+1}}^{A}X{}+{}_{-1}^{0}\beta +{\bar {\upsilon }}}}$

Derimot om en tar hensyn til elektroner, vil det nøytrale moratomet ha Z elektroner i sin orbital, men datteratomet, men kjerneladning Z+1 må dermed fange ett elektron fra omgivelsene for å forbli nøytral.

${\ce {^{A}_{Z{+1}}X {}+ e- -> ^{A}_{Z{+1}}X}}$

Dermed blir formelen for å beregne Q-verdien:

$Q_{\beta ^{-}}=-931.5(M_{Z{+1}}-M_{Z})$

β⁺-henfall rediger

β⁺-henfall kan bli skrevet som^[2]:

${\ce {^{A}_{Z}X -> ^{A}_{Z{-1}}X^- {}+ {}^0_{+1}\beta + \upsilon ->^{A}_{Z{-1}}X {}+ {}^0_{-1}e^- +{}^0_{+1}\beta + \upsilon}}$

Elektronmassene som er assosiert med positron partikkelen gjør det slik at vi må inkludere to elektronmasser når Q-verdien kalkuleres:

$Q_{\beta ^{+}}=-931.5(M_{Z{-1}}^{A}+2M_{e}-M_{Z}^{A})$

Elektroninnfanging rediger

Elektroninnfanging kan generelt bli skrevet som^[2]:

${\ce {{}^{A}_{Z}X ->[EC] {}^{A}_{Z{-1}}+X + \upsilon}}$

Følgende ligning beskriver Q -erdien

$Q_{EC}=-931.5(M_{Z{-1}}^{A}-M_{Z}^{A})$

Referanser rediger

^ Krane, Kenneth S. (1988). Introductory nuclear physics. New York: Wiley. s. 381. ISBN 047180553X. OCLC 15628946.
^ ^a ^b ^c ^d ^e Choppin, Gregory R. (2013). Radiochemistry and nuclear chemistry (4. utg.). Oxford: Academic Press. s. 89, 90 og 95. ISBN 9780123978684. OCLC 859381735.

[1] Krane, Kenneth S. (1988). Introductory nuclear physics. New York: Wiley. s. 381. ISBN 047180553X. OCLC 15628946.

[:0-2] Choppin, Gregory R. (2013). Radiochemistry and nuclear chemistry (4. utg.). Oxford: Academic Press. s. 89, 90 og 95. ISBN 9780123978684. OCLC 859381735.

[1]

[2]