21: Ядерна хімія
- Page ID
- 22687
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Хімічні реакції, які ми розглядали в попередніх розділах, передбачають зміни електронної структури задіяних видів, тобто розташування електронів навколо атомів, іонів або молекул. Ядерна структура, кількість протонів і нейтронів всередині ядер задіяних атомів залишаються незмінними під час хімічних реакцій. Ця глава познайомить з темою ядерної хімії, яка почалася з відкриття радіоактивності в 1896 році французьким фізиком Антуаном Беккерелем і набуває все більшого значення протягом ХХ і двадцяти першого століть, забезпечуючи основу для різних технологій, пов'язаних з енергетикою, медициною, геології та багатьох інших напрямках.
- 21.1: Ядерна структура та стабільність
- Атомне ядро складається з протонів і нейтронів, які в сукупності називаються нуклонами. Хоча протони відштовхуються один від одного, ядро міцно утримується між собою невеликою дальністю, але дуже сильною силою, яка називається сильною ядерною силою. Ядро має меншу масу, ніж загальна маса входять до його складу нуклонів. Ця «відсутня» маса - це дефект маси, який був перетворений в енергію зв'язку, яка утримує ядро разом відповідно до рівняння еквівалентності маси та енергії Ейнштейна, E = mc2.
- 21.2: Ядерні рівняння
- Ядра можуть піддаватися реакціям, які змінюють їх кількість протонів, кількість нейтронів або енергетичний стан. У ядерних реакціях може бути залучено безліч різних частинок. Найпоширенішими є протони, нейтрони, позитрони (які є позитивно зарядженими електронами), альфа (α) частинки (які є ядрами гелію високої енергії), бета (β) частинки (які є електронами високої енергії) та гамма (γ) промені (які складають високоенергетичне електромагнітне випромінювання).
- 21.3: Радіоактивний розпад
- Нестабільні ядра піддаються спонтанному радіоактивному розпаду. Найпоширенішими видами радіоактивності є α розпад, β розпад, γ емісія, позитронна емісія та захоплення електронів. Ядерні реакції також часто включають γ промені, а деякі ядра розпадаються шляхом захоплення електронів. Кожен з цих режимів розпаду призводить до утворення нових стабільних ядер іноді через багаторазові розпади, перш ніж закінчуватися стабільним ізотопом. Всі процеси ядерного розпаду слідують кінетиці першого порядку, і кожен радіоізотоп має свій період напіврозпаду.
- 21.4: Трансмутація та ядерна енергія
- Можна виробляти нові атоми, бомбардуючи інші атоми ядрами або високошвидкісними частинками. Продукти цих реакцій трансмутації можуть бути стабільними або радіоактивними. Таким чином було вироблено ряд штучних елементів, включаючи технецій, астатин та трансуранові елементи. Ядерна енергетика, а також детонації ядерної зброї можуть генеруватися шляхом поділу (реакції, в яких важке ядро розщеплюється на два або більше легких ядер і кілька нейтронів).
- 21.5: Використання радіоізотопів
- Сполуки, відомі як радіоактивні трасери, можуть бути використані для відстеження реакцій, відстеження розподілу речовини, діагностики та лікування захворювань, і багато іншого. Інші радіоактивні речовини корисні для боротьби з шкідниками, візуалізації структур, надання попереджень про пожежу та для багатьох інших застосувань. Сотні мільйонів випробувань і процедур ядерної медицини, з використанням широкого спектру радіоізотопів з відносно коротким періодом напіврозпаду, проводяться щороку в США.
- 21.6: Біологічні ефекти радіації
- Ми постійно піддаємося впливу радіації природних і людських джерел. Це випромінювання може впливати на живі організми. Іонізуюче випромінювання особливо шкідливо, оскільки воно може іонізувати молекули або порушувати хімічні зв'язки, що пошкоджує молекули та спричиняє збої в процесах клітин. Види випромінювання відрізняються своєю здатністю проникати в матеріал і пошкоджувати тканини, причому альфа-частинки найменш проникаючі, але потенційно найбільш вражаючі, а гамма-промені найбільш проникаючі.
- 21.E: Ядерна хімія (вправи)
- Це домашні вправи для супроводу TextMap, створеного для «Хімії» OpenStax.