Magkémia

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 2 of 47 A radioaktivitás Alfa részecskék, : –He atomok magjai, 4 He 2+. –Kis áthatolóképesség, már egy papírlap is megállítja U Th 90 4 He A tömegszámok összegének mindkét oldalon meg kell egyezniük. A rendszámok összegének mindkét oldalon meg kell egyezniük.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 3 of 47 Béta részecskék, - Az atommagból nukleáris bomlás által származó elektronok. Legegyszerűbb folyamat a szabad neutron bomlása: 1 n 1 p Th Pa

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 4 of 47 Pozitronok, + Legegyszerűbb folyamat a szabad proton bomlása: Gyakran találkozhatunk vele mesterségesen előállított, kis rendszámú elemek bomlásakor: 1 p 1 n P Si

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 5 of 47 Elektronbefogás és Gamma sugárzás Az elektron befogás ugyanazt okozza, mint a pozitron emisszió. 202 Ti Hg Gamma sugárzás. –Nagy áthatolóképességű, nagy energiájú fotonok. 238 U Th 90 4 He Th Th Hg 80 + X-ray

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 6 of 47 Kijutás az atommagból

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 7 of 47 A természetben előforduló radioaktív izotópok 238 U Th 90 4 He Th Pa Pa U A leánymagok a radioaktív bomlás során képződött magok.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 8 of 47 Az 238 U bomlási sora 92

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 9 of 47 Marie Sklodowska Curie Megosztott Nobel Díj 1903 A radioaktív sugárzás tanulmányozásáért Nobel Díj 1911 A Po és Ra felfedezéséért.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 10 of 47 Magreakciók és a mesterséges radioaktivitás Rutherford N 7 17 O 8 4 He 2 + 1H1H 1 + Irene Joliot-Curie. 24 Al P 15 4 He 2 + 1n1n P Si Megosztott Nobel Díj 1938

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 11 of 47 A transzurán elemek U 1 0 n U 239 Np U Cf 15 7 N U n

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 12 of 47 Ciklotron

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 13 of 47 A radioaktív bomlás sebessége A radiokatív anyag bomlási sebessége, amelyet aktivitásnak nevezünk, A, egyenesen arányos az atomok számával. ln NtNt N0N0 = -λt

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 14 of 47 Egy feltételezett 31 P minta bomlási görbéje

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 15 of 47 Table 26.1 Some Representative Half- Lives

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 16 of 47 Radiokarbon kormeghatározás A felső légkörben a 14 C állandó sebességgel képződik: N 1 0 n 6 C 1 1 H T ½ = 5730 év C N Az élő szervezetben a 14 C/ 13 C egyensúlyban van. A halál után 14 C nem kerül a szervezetbe és az arány megváltozik. Meghatározzuk az arányt és a halál óta eltelt idő kiszámítható.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 17 of 47 Az ásványok kormeghatározása Az 206 Pb / 238 U aránya jellemző az adott ásvány korára. A teljes bomlási sor (14 lépés) a következő: A legrégebbi ismert földi ásvány körülbelül 4,5 milliárd éves. –Ez az ásvány megszilárdulása óta eltelt idő. 238 U Pb 82 4 He

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 18 of 47 A magreakciók energiaviszonyai E = mc 2 Minden energiaváltozást tömegváltozás kísér (m). –Kémiai reakciókban ΔE túl kicsi, hogy tömegváltozást észleljünk. –Magreakciókban ΔE elég nagy a tömegváltozás észleléséhez. 1 MeV = 1,6022x J Ha m = 1,0 u akkor ΔE =1,4924x J vagy 931,5 MeV

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 19 of 47 Kötési energia a magban

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 20 of 47 Az átlagos kötési energia a rendszám függvényében

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 21 of 47 A magok stabilitása Héjelmélet

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 22 of 47 A neutron-proton arány

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 23 of 47 A maghasadás

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 24 of 47 Maghasadás Enrico Fermi –Transzurán elemek keresése közben az U-t neutronokkal bombázták. – emissziót észleltek a képződött anyagban. Otto Hahn, Lisa Meitner és Fritz Stassman –92-nél nem nagyobb rendszám. –Ra-t, Ac-t, Th-t és Pa-t találtak a mintákban. –Az atom kettéhasadt.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 25 of 47 Maghasadás 235 U 92 1n1n n1n Hasadási fragmentek x J Az energiafelszabadulás 8,2x10 7 kJ/g U. Ez megfelel 3 tonna szén elégetésekor felszabaduló energiának

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 26 of 47 Nukleáris reaktorok

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 27 of 47 A reaktor mag

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 28 of 47 Nucleáris Balesetek Three Mile Island – a reaktormag részleges leolvadása a hűtőanyag hiánya miatt. Csernobil – Az operátorok hibájából, akik felelőtlenül kísérleteztek. Franciaország – Az ország energiaszükségletének 2/3-át adják atomerőművek.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 29 of 47 Tenyészreaktorok 238 U 92 n U U Np Np Pu 94

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 30 of 47 Magfúzió A magfúzió adja a Nap energiáját. A legígéretesebb folyamat a Földön a következő lenne: A plazma hőmérséklete 40,000,000 K önfenntartó reakcióhoz. (Ma még nem megvalósítható). Lítiumot használnak tríciumforrásként, valamint hőcserélőként – kezelési problémák. Ha egyszer megvalósul, korlátlan energia áll rendelkezésre. H He n 1 0 H 2 1

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 31 of 47 Tokomak

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 32 of 47 A sugárzás hatása az anyagra Ionizáló sugárzás. –A sugárzás energiáját ionpár per cm sugárzási útban adják meg. P > P > P –A radioaktív részecske által létrehozott primer elektronok elég energiával rendelkezhetnek szekunder ionizáció kiváltásához.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 33 of 47 Ionizáló sugárzás

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 34 of 47 Geiger-Müller Számláló

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 35 of 47 Radiation Dosage 1 rad (radiation absorbed dose) = J/kg matter 1 rem (radiation equivalent for man) = rad Q Q = relative biological effectiveness

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 36 of 47 Table 26.4 Radiation Units

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 37 of 47 A radioaktív izotópok alkalmazása Rákterápia. –Kis dózisban az ionizáló sugárzás rákot okoz. –Nagy dózisban szétroncsolja a sejteket. A ráksejtek gyorsan osztódnak és érzékenyebbek a sugárzásra, mint a normál sejtek. Ugyanez érvényes a kemoterápiás módszerekre is.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 38 of 47 Radioaktív nyomjelzés Molekulákat vagy fémeket radiokatív jelöléssel látunk el és követjük a pozíciójukat időben. –A növényeket radioaktív foszforral tápláljuk. –Az iparban a katalizátorokba radioaktív atomokat építenek be, hogy jelezni tudják, ha valahol elvész a katalizátor. –Jód alapú nyomjelzőket használnak a pajzsmirigy működésének vizsgálatához.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 39 of 47 Szerkezetek és mechanizmusok Radiojelzett (vagy csak tömeg jelzett) atomokat építünk a molekulába. Ezen atomok pontos helyzete betekintést enged a reakció mechanizmusába.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 26Slide 40 of 47 Focus On Radioactive Waste Disposal