Chemia Liceum Gimnazjum Testy Matura

Powrót

(R) Przemiany promieniotwórcze (poza podstawą programową 3-letnich LO)

Promieniotwórczość (radioaktywność) to zdolność  do samorzutnego rozpadu jąder atomowych niektórych pierwiastków chemicznych (pierwiastki promieniotwórcze). Jądra te rozpadają się ponieważ są nietrwałe. Emitując cząstki przekształcają się w jądra nowych, lżejszych atomów.

Trwałość jąder atomowych zależy od ilości protonów i neutronów.
W przybliżeniu można określić, że stosunek ilości protonów do neutronów jest bliski jedności do 1,6 w trwałych izotopach lekkich pierwiastków (l.at. 1-20).
Powyżej l. at. 210 wszystkie izotopy są nietrwałe.

Przemian promieniotwórczych  nie klasyfikuje się jako przemian fizycznych ani jako reakcji chemiczych - są to reakcje jądrowe.


Przemiana alfa (α)

  • Przemiana alfa polega na wyrzuceniu z jądra atomu cząstki, która składa się z 2 protonów i 2 neutronów (jadra helu). Cząstki te oznacza się: α, 24α , 24He2+
  • Promieniowanie α to inaczej strumień jąder helu poruszający się z bardzo dużą prędkością.
  • Promieniowanie α ma zasięg do 5cm, jest mało przenikliwe,
  • Promieniowaniu α ulegają nuklidy z nadmiarem protonów.

Atom, który uległ przemianie alfa przekształca się w atom innego pierwiastka  o liczbie atomowej mniejszej o 2 i liczbie masowej mniejszej o 4.
Ogólnie: ZA X → Z-2A-4Y +  24α

 Przykłady rozpadów alfa:
92238U → 90234Th + 24α
90232Th → 88228Ra + 24α

Przemianę α można również zapisać z uwzględnieniem elektronów
ZA X → Z-2A-4Y +  24He2+ + 2e

Przemiana beta (β )

  • Przemiana ta polega na rozpadzie neutronu na proton i elektron, co zapisujemy
     01 n → 11p+ +  −10e  (ten elektron to cząstka β )
  • Promieniowanie β to inaczej strumień elektronów o dużej prędkości.
  • Promieniowanie β jest mało przenikliwe może go zatrzyma  osłona aluminiowa o grubości 1cm.
  • Przemianie β towarzyszy promieniowanie gamma i emisja entyneutrina elektronowego
  • Przemianie β ulegają nuklidy z nadmiarem neutronów

Podczas rozpadu β powstaje atom innego pierwiastka mający liczbę atomową większą o 1 (liczba masowa nie zmienia się).
Ogólnie: ZA X  → Z+1AY + −10e− 

Przykłady rozpadów β:
90234Th → 91234Pa +  −10e− 
614C → 714N +  −10e− 

 

Przemiana beta (β+ )

  • Tej przemianie ulegają atomy mające w jądrach nadmiar protonów w stosunku do liczby neutronów.
  • Przemiana ta polega na rozpadzie protonu na neutron i pozyton, co zapisujemy

 11 p+01n0 + 10e+  

Przemianie β+ towarzyszy promieniowanie gamma i emisja neutrina elektronowego
Podczas rozpadu β+ powstaje atom innego pierwiastka mający liczbę atomową mniejszą o 1 (liczba masowa nie zmienia się).
Ogólnie: ZA X  → Z-1AY + 10e+

Przykłady rozpadów β+:
611C → 511B +  10e
1122Na → 1022Ne +  10e


(N) Wychwyt elektronu K

Wychwyt elektronu K - polega na wchłanianiu przez jądro atomowe elektronu z najbliższej powłoki K. Luka powstała na powłoce K jest zapełniana przez przeskok elektronów z wyższych powłok, przy czym emitowane jest promieniowanie rentgenowskie.

Podczas tej przemiany emitowane jest również promieniowanie gamma i powstają neutrina elektronowe.

Przemianę tą zapisujemy:   11p+ +- 10e -> 01 n

Wchłonięcie elektronu przez jądro atomowe zmniejsza jego liczbą atomową o 1.
Ogólnie: ZA X + e → Z-1A

1326Al + e1226Mg
1940K + e1840Ar


(N) Prawo przesunięć Soddy'ego i Fajansa

Określa, jak zmienia się liczba masowa i atomowa na skutek różnych przemian

Przemiana α (przesunięcie w układzie okresowym o 2 miejsca w lewo)
Z → Z - 2
A  → A – 4

Przemiana β  (przesunięcie w układzie okresowym o 1 miejsce w prawo)
Z → Z + 1
A → A

Przemiana β+  (przesunięcie w układzie okresowym o 1 miejsce w lewo)
Z → Z - 1
A → A

Wychwyt elektronu  (przesunięcie w układzie okresowym o 1 miejsce w lewo)
Z → Z - 1
A → A


(N) Promieniowanie gamma (γ)

Podczas rozpadów jader (przemian promieniotwórczych) wydziela się duża ilość energii, a zmniejsza się wtedy energia jądra atomowego.

  • Promieniowanie γ  to promieniowanie elektromagnetyczne.
  • Promieniowanie γ jest bardzo przenikliwe, do ochrony przed nim potrzebne są kilkucentymetrowe osłony z ołowiu lub kilkumetrowe  ściany betonowe.

Okres połowicznego rozpadu (zaniku, półtrwania) ⇒ czas, po którym połowa atomów danego izotopu (nuklidów) ulega rozpadowi.
Okres połowicznego rozpadu (oznaczany jako T ½)  ⇒ wielkość  stała, charakterystyczna dla danego pierwiastka.

Wzór na ilość pierwiastka po czasie t:

czas połowicznego rozpadu
N(t) - ilość pierwiastka po czasie t
N0 -ilość początkowa
t - czas jaki upłynął od początku
T ½ - czas połowicznego rozpadu

Okres połowicznego rozpadu jest bardzo zróżnicowany od 10-16 s do 1020 lat.
Trwałe nuklidy mają długi czas połowicznego rozpadu, u mniej trwałych ten czas jest krótki.
Przykłady:
241Pu – okres połowicznego rozpadu: 14 lat
240Pu – okres połowicznego rozpadu: 6537 lat
Im dłuższy jest okres połowicznego rozpadu, tym bardziej trwały jest nuklid. 


Pierwiastki promieniotwórcze:
- naturalne - występujące w przyrodzie
- sztuczne – otrzymywane w laboratoriach

Promieniotwórczość naturalna 
Promieniowanie pochodzące wyłącznie od naturalnych pierwiastków radioaktywnych występujących w przyrodzie. Aktywność promieniotwórczą wykazują skały, woda, powietrze, gleba a także rośliny, zwierzęta, człowiek.

Pierwiastki promieniotwórcze wytwarzają tzw. naturalne tło promieniotwórcze, w którym największy udział stanowi radon, gaz pochodzacy z rozpadu uranu.

Naturalne pierwiastki promieniotwórcze mogą być rozprzestrzeniane przez człowieka:
- podczas spalania węgla zawierającego pierwiastki promieniotwórcze
- wydobywania rud uranu
- produkcję materiałów budowlanych z surowców zawierających pierwiastki promieniotwórcze


Promieniotwórczość sztuczna  pochodzi od izotopów otrzymanych sztucznie poprzez bombardowanie ich cząstkami (np. protonami, cząstkami α).

Reakcję taką można przedstawić schematem: a+X→Y+b
lub schematem krótkim: X(a, b)Y
interpretacja: cząstka a w wyniku oddziaływania z jądrem X, daje cząstkę b i jądro Y

Przykład 
24He + 147N → 178O + 11H       147N(α,p)178O
11H + 49Be → 36Li + 24He       49Be(p,α)36Li

 
Szereg promieniotwórczy ⇒ szereg pierwiastków, które ulegają rozpadowi (przekształcają się jedne w drugie) a końcowym pierwiastkiem jest trwały izotop nie ulegający już rozpadowi.

Szeregi promieniotwórcze.
Szereg uranowo-radowy zaczyna się od 92238U i kończy trwałym izotopem 82206 Pb
Szereg uranowo-aktynowy zaczyna się od 92235U i kończy trwałym izotopem 82207 Pb

Szereg torowy zaczyna się od 90232Th i kończy trwałym izotopem 82208Pb
Szereg neptunowy zaczyna się od 237Np i kończy trwałym izotopem 209Bi
 

Reakcja jądrowa łańcuchowa ⇒ po zainicjowaniu reakcji wytwarza się ciepło, światło, produkty pośrednie, które powodują, że po pewnym czasie rozwija się ona dalej lawinowo i samorzutnie.

Reakcja jądrowa niekontrolowana − raz zapoczątkowana reakcja rozwija się samorzutnie i nie da się jej zatrzymać aż do całkowitego wyczerpania substratów i produktów pośrednich (np.wybuch bomby jądrowej, przemiany naturalnych izotopów promieniotwórczych w przyrodzie).

Reakcja jądrowa kontrolowana − zapoczątkowuje się reakcję a następnie kontroluje jej przebieg (szybkość). Do kontroli wykorzystywane są chłodziwa (np.woda, dwutlenek węgla), moderatory (np.grafit), substancje pochłaniające cząstki służące do regulacji parametrów reakcji lub awaryjnego zakończenia reakcji (np. bor, kadm). 
Reakcje kontrolowane przeprowadza się w reaktorach jądrowych. 

We wszystkich przemianach jądrowych uczestniczą też elektrony, gdyż są one częścią atomu. Jednak pomijane są one w równaniach ze względu na to, że rozpady promieniotwórcze związane są tylko z trwałością jąder atomowych.

Wykorzystanie zjawiska promieniotwórczości:

− określanie wieku obiektów archeologicznych i próbek geologicznych (naturalna promieniotwórczość 14C)
- medycyna:
   *diagnostyka rentgenowska
   *tomografia komputerowa
   *radioterapia (cez, tantal, jod, fosfor, kobalt)
   *promieniowanie γ w leczeniu nowotworów
- energetyka jądrowa: elektrownie, silniki statków
- wskaźniki promieniotwórcze : do obserwacji wędrówki pierwiastka w środowisku
- sterylizacja produktów żywnościowych czy sprzętu medycznego: promieniowanie zabija drobnoustroje.
- badanie konstrukcji - wykrywanie wad metali i stopów, nieszczelności konstrukcji, tzw. defektoskopia (kobalt)


(N) Ciekawostki

Minęło ponad 30 lat od katastrofy reaktora w Czarnobylu a w jego okolicach nadal jest obecny izotop cez-137 o okresie póltrwania 30 lat. Jest on obecny w glebie, kumuluje się w roślinach i wędruje w łańcuchu pokarmowym. W odległości 200km od reaktora próbki mleka pobrane przez naukowców wykazały zawartość cezu przekraczającą kilkukrotnie limit dla człowieka.
źródło: Wiedza i Życie, nr 8, 2018r

Przekaż darowiznę
Załóż konto | Zaloguj się

Copyright 2011-2019Chem24.pl Ta strona internetowa wykorzystuje pliki cookies. Możesz określić metody zapisywania oraz dostępu do cookies w swojej przeglądarce internetowej lub w konfiguracji usługi.