11: Ядерна хімія
- Page ID
- 21878
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Більшість хіміків приділяють мало уваги ядру атома, крім того, щоб розглянути кількість протонів, які він містить, оскільки це визначає ідентичність елемента. Однак в ядерній хімії склад ядра і відбуваються там зміни дуже важливі. Застосування ядерної хімії може бути більш поширеним, ніж ви розумієте. Багато людей знають про атомні електростанції та ядерні бомби, але ядерна хімія також має застосування, починаючи від детекторів диму до медицини, від стерилізації їжі до аналізу стародавніх артефактів. У цьому розділі ми розглянемо деякі основні поняття ядерної хімії та деякі ядерні реакції, які важливі в нашому повсякденному житті.
- 11.1: Ядерні реакції
- Ядерні реакції сильно відрізняються від хімічних реакцій. У хімічних реакціях атоми стають більш стабільними, беручи участь у передачі електронів або ділившись електронами з іншими атомами. У ядерних реакціях саме ядро атома набуває стабільності, зазнаючи якихось змін. Енергії, які виділяються в ядерних реакціях, на багато порядків більше енергій, що беруть участь в хімічних реакціях.
- 11.2: Відкриття та природа радіоактивності
- У 1896 році Анрі Беккерель виявив, що сполука урану, розміщена біля фотопластини, зробила зображення на тарілці і аргументував, що з'єднання випромінює якесь випромінювання. Подальші дослідження показали, що випромінювання представляло собою комбінацію частинок і електромагнітних променів, з його кінцевим джерелом як атомне ядро. Ці еманації в кінцевому підсумку називалися, в сукупності, радіоактивністю. Основні типи радіоактивності включають альфа-частинки, бета-частинки та гамма-промені.
- 11.3: Стабільні та нестабільні ізотопи
- У ядерних реакціях саме ядро атома набуває стабільності, зазнаючи якихось змін. Радіоізотоп - це ізотоп елемента, який нестійкий і піддається радіоактивному розпаду. Енергії, які виділяються в ядерних реакціях, на багато порядків більше енергій, що беруть участь в хімічних реакціях. На відміну від хімічних реакцій, на ядерні реакції не відчутно впливають зміни умов навколишнього середовища, такі як температура або тиск.
- 11.4: Ядерний розпад
- Нестабільні ядра мимовільно випромінюють випромінювання у вигляді частинок і енергії. Це, як правило, змінює кількість протонів та/або нейтронів в ядрі, що призводить до більш стабільного нукліду. Одним з видів ядерної реакції є радіоактивний розпад, реакція, при якій ядро мимовільно розпадається на трохи світліше ядро, що супроводжується викидом частинок, енергії або обох.
- 11.5: Радіоактивний період напіврозпаду
- Природні радіоактивні процеси характеризуються періодом напіврозпаду, часом, який потрібен половині матеріалу для радіоактивного розпаду. Кількість матеріалу, що залишився після певної кількості періодів напіврозпаду, можна легко розрахувати.
- 11.6: Іонізуюче випромінювання
- Вплив випромінювання на матерію визначається в першу чергу енергією випромінювання. Неіонізуюче випромінювання є відносно низьким рівнем енергії; коли воно стикається з атомом в молекулі або іоні, більша або вся його енергія може бути поглинена, не викликаючи структурних або хімічних змін. На відміну від цього, іонізуюче випромінювання вище за енергією, і частина його енергії може передаватися одному або декільком атомам, з якими воно стикається при проходженні через речовину.
- 11.7: Виявлення та вимірювання випромінювання
- Раніше ми використовували масу для позначення кількості присутньої радіоактивної речовини. Однак це лише одна з декількох одиниць, що використовуються для вираження кількості випромінювання. Деякі одиниці описують кількість радіоактивних подій, що відбуваються в одиницю часу, а інші виражають величину опромінення людини.
- 11.8: Штучна трансмутація
- Хоча перетворення одного елемента в інший є основою природного радіоактивного розпаду, можливо і штучно перетворити один елемент в інший. Перетворення одного елемента в інший - це процес трансмутації.
- 11.9: Ядерний поділ та ядерний синтез
- Ядерна енергія походить від крихітних масових змін ядер, коли відбуваються радіоактивні процеси. При поділі великі ядра розпадаються і виділяють енергію; при злитті дрібні ядра зливаються разом і виділяють енергію.