Такие химические соединения, как взрывчатые вещества, отличаются недостаточно прочными связями между атомами. Молекулы взрывчатых веществ неустойчивы и могут распадаться, образуя более простые, но более устойчивые вещества.
Следовательно, при химических реакциях энергия в одних случаях выделяется при образовании сложных веществ из более простых (такая реакция называется синтезом или реакцией соединения), а в других случаях — наоборот, при распаде неустойчивых сложных веществ (такая реакция называется реакцией разложения).
Подобные явления наблюдаются и при ядерных процессах, только, энергия, освобождающаяся при этом на 1 г вещества, в миллионы раз превосходит величину химической энергии, приходящейся на 1 г вещества, вступающего в химическую реакцию.
При делении некоторых тяжелых ядер (например, урана, плутония) выделяется огромное количество энергии. Известны случаи, когда энергия выделяется при образовании сложных ядер из более простых или из протонов и нейтронов, например, внутри Солнца и звезд или при взрыве термоядерных бомб.
Несколько примеров ядерных реакций синтеза, при которых выделяются огромные количества энергии, приведено в табл. 2.
Таблица 2
| Выделение энергии при образовании некоторых элементов из нуклонов | |||
|---|---|---|---|
| Число нуклонов | Название элемента, атом которого образуется | Выделение энергии на каждый грамм вещества в млрд. кал | |
| протонов | нейтронов | ||
| 2 | 2 | Гелий | 165 |
| 1 | 1 | Дейтерий | 25 |
| 3 | 4 | Литий | 128 |
| 42 | 54 | Молибден | 198 |
| 50 | 70 | Олово | 198 |
| 92 | 143 | Уран 235 | 177 |
Из этой таблицы видно, что ядра урана являются менее устойчивыми, чем ядра молибдена или олова. Малоустойчивые ядра могут распадаться, образуя ядра более устойчивых элементов. Ядра урана, например, могут распадаться на ядра бария и криптона или на ядра олова и молибдена. Так как при синтезе ядер атомов олова и молибдена выделяется 198 млрд. кал, а при синтезе урана — 177 млрд. кал на 1 г вещества, то при образовании олова и молибдена в результате распада урана выделится согласно закону сохранения энергии: 198–177=21 млрд. кал на 1 г вещества. Примерно такое же количество энергии освобождается при делении 1 г плутония.
Подобные расчеты могут быть выполнены с помощью кривой, изображенной на рис. 11, где показано, сколько энергии выделяется на каждый грамм вещества при образовании из протонов и нейтронов элементов периодической системы Д. И. Менделеева. На горизонтальной оси отложены массовые числа, а на вертикальной оси слева — энергия в миллиардах калорий, выделяющаяся на каждый грамм образовавшегося элемента.
Пользуясь этой кривой, легко определить, сколько энергии выделяется или поглощается при любых ядерных реакциях. Предположим, например, что нам нужно определить, сколько выделяется энергии при ядерной реакции водорода с литием, которая идет по уравнению:
Как показывает уравнение, при этой реакции из каждого ядра водорода и семи нуклонов, составляющих ядро лития с атомным весом 7, образуются два ядра гелия с атомным весом 4. Следовательно, при этой реакции из 1 г водорода и 7 г лития образуется 8 г гелия.