Zgodovina jedrske kemije, področje študija, območja, aplikacije

The jedrska kemija Študij sprememb v materiji in njihovih lastnosti produkt pojavov se je pojavil v jedrih njihovih atomov; Ne preučuje načina, kako njihovi elektroni ali povezave z drugimi atomi istega ali drugačnega elementa medsebojno vplivajo.

Ta veja kemije se nato osredotoči na jedra in energije, ki se sprostijo, ko dodajo ali izgubijo nekatere svoje delce; ki se imenujejo nukleoni in da so za kemične namene v bistvu sestavljeni iz protonov in nevtronov.

Radioaktivna detelja. Vir: Pixabay.

Številne jedrske reakcije so sestavljene iz spremembe števila protonov in/ali nevtronov, kar ima za posledico preoblikovanje enega elementa v drugega; Starodavne sanje alkimistov, ki so svinčeno kovino preizkusili v zlato.

Zgoraj je morda najbolj presenetljiva značilnost jedrskih reakcij. Vendar takšne transformacije sproščajo ogromne količine energije, poleg pospešenih delcev, ki uspejo prodirati in uničiti zadevo okoli njih (na primer DNK naših celic), odvisno od njihove povezane energije.

To pomeni, da se v jedrski reakciji sprostijo različne vrste sevanja in ko atom ali izotop sprosti sevanje, se reče, da je radioaktiven (radionukleidi). Nekatere sevanje je lahko neškodljivo in celo benigno, ki se uporablja za boj proti rakavim celicam ali preučevanje farmakološkega učinka nekaterih zdravil z radioaktivnim označevanjem.

Druge sevanje pa je uničevalno in smrtno za minimalni stik. Na žalost več najhujših katastrof v zgodovini nosi simbol radioaktivnosti (radioaktivna detelja, vrhunska slika).

Od jedrskega orožja, do černobilskih epizod in nesreče radioaktivnih odpadkov in njihovih učinkov na favno, je veliko katastrof, ki jih sproži jedrska energija. Toda po drugi strani bi jedrska energija zagotovila neodvisnost drugih virov energije in težave z onesnaževanjem.

To bi bila (verjetno) čista energija, ki bi lahko hranila mesta za večnost, tehnologija pa bi presegla njene zemeljske meje.

Da bi dosegli vse, kar je treba najmanjši človeški (in planetarni) stroški, znanstveni, tehnološki, ekološki in politični programi potrebni, da "ukrotijo" in "posnemajo" jedrsko energijo varno in koristno za človeštvo in njegovo rast in njegovo energijsko rast.

[TOC]

Zgodovina jedrske kemije

Albore

Zapuščanje alkimistov in njihovega filozofskega kamna v preteklosti (čeprav so se njihova prizadevanja izplačala ključnega pomena za razumevanje kemije), se je jedrska kemija rodila, ko je bilo prvič odkrito tisto, kar je bilo znano po radioaktivnosti.

Vse se je začelo v odkritju x -roys za Wilhelm Conrad Röntgen (1895) na univerzi Wurzburg. Študiral je katodne žarke, ko je opazil, da izvirajo iz čudne fluorescence, tudi z izklopljenjem naprave, ki so sposobni prenesti neprozoren črni papir, ki je pokrival cevi, znotraj katerega so bili razviti poskusi.

Henri Becquerel, motivirana z odkritji X -Rays, je oblikovala lastne poskuse, da bi jih preučevala iz fluorescentnih soli, ki so zatemnile fotografske plošče, zaščitene s črnim papirjem, ko jih je navdušila sončna svetloba.

Po naključju je bilo ugotovljeno (ker je bil takrat v Parizu oblačno), da so uranske soli zatemnile fotografske plošče, ne glede na vir svetlobe. Nato je sklenil, da je našel novo vrsto sevanja: radioaktivnost.

Delovna služba Curie

Becquerelovo delo je služilo kot vir navdiha, da sta se Marie Curie in Pierre Curie poglobila v pojav radioaktivnosti (izraz je skoval Marie Curie).

Vam lahko služi: organske spojine

Tako so iskali druge minerale (poleg tistih iz urana), ki bi predstavili tudi to lastnost in ugotovili, da je ruda pechblenda še bolj radioaktivna, zato je morala imeti druge radioaktivne snovi. Kot? S primerjavo električnih tokov, ki nastanejo z ionizacijo plinastih molekul okoli vzorcev.

Po letih izvlečenih mineralnih pehblenda po letih napornih del radiometričnih ekstrakcij in meritev radio radioaktivni elementi (100 mg vzorca 2000 kg) in Polonio. Curie je določil tudi radioaktivnost elementa Torio.

Na žalost so se do takrat začeli odkrivati ​​škodljive učinke takšnega sevanja.

Meritve radioaktivnosti so bile olajšane z razvojem Geigerjeve računovodje (Hans Geiger kot koinventor artefaktov).

Frakcioniranje jedra

Ernest Rutherford je opazil, da ima vsak radioizotop svoj čas razpadanja, neodvisno od temperature, in da se je spreminjal glede na koncentracijo in značilnosti jeder.

Dokazalo je tudi, da ti radioaktivni odkloni ubogajo kinetiko prvega reda, katerega pol uresničitve (t_1/2), še vedno so zelo koristni. Tako ima vsaka snov radioaktivnost drugačna t_1/2, ki niha od sekund, dni, do milijonov let.

Poleg vsega zgoraj navedenega je atomski model, ki je bil predlagan po rezultatih njegovih poskusov, ki sevajo z alfa delci (helijevi jedri), zelo tanka lista zlata. Ponovno je delal z delci Alfas, dosegel je transmutacijo dušikovih atomov na kisikove atome; to pomeni, da mu je uspelo pretvoriti en element v drugega.

Pri tem je bilo takoj dokazano, da atom ni nedeljiv, še manj pa, ko so ga bombardirali pospešeni delci in "počasni" nevtroni.

Področje študija

Praksa in teorija

Tisti, ki se odločijo, da se bodo predali, da bodo del strokovnjakov za jedrsko kemijo, se lahko odločijo za več študijskih ali raziskav, pa tudi na različna delovna področja. Tako kot številne veje znanosti se lahko tudi na svojih ustreznih področjih posvetijo praksi ali teoriji (ali obe hkrati).

Kinematografski primer si lahko ogledate v filmih o superjunakih, kjer znanstveniki dobijo posameznika za pridobitev super sil (kot so Hulk, Fantastični četverici, Spiderman in dr. Manhattan).

V resničnem življenju (vsaj površinsko) so jedrske kemikalije v nasprotju z oblikovanjem novih materialov, ki se lahko upirajo ogromni jedrski odpornosti.

Ti materiali, tako kot instrumentacija, morajo biti neuničljivi in ​​dovolj posebni, da izolirajo emisijo sevanja in ogromne temperature, ki se sprostijo pri zagonu jedrskih reakcij; Zlasti jedrska fuzija.

V teoriji lahko oblikujejo simulacije, da najprej ocenijo sposobnost preživetja nekaterih projektov in kako jih izboljšati z nižjimi stroški in negativnim vplivom; ali matematične modele, ki omogočajo razkritje čakajočih skrivnosti jedra.

Prav tako študirajo in pozirajo.

Tipična opravila

Spodaj je kratek seznam značilnih del, ki jih lahko izvaja jedrski kemik:

-Usmerjajo raziskave v vladnih, industrijskih ali akademskih laboratorijih.

-Obdelajo na stotine podatkov s statističnimi paketi in multivariatno analizo.

-Poučevanje na univerzah.

-Razvijajo varne vire radioaktivnosti za različne aplikacije, v katerih vključujejo širšo javnost, ali pa se uporabljajo v vesoljskih napravah.

-Oblikovalske tehnike in naprave, ki zaznajo in spremljajo radioaktivnost v okolju.

-Zagotavljajo, da so v laboratorijih pogoji optimalni pri manipulaciji radioaktivnega materiala; ki pridejo na manipulacijo tudi z uporabo robotskih rok.

Vam lahko služi: referenčna elektroda: značilnosti, funkcija, primeri

-Kot tehniki vzdržujejo dozimetre in zbirajo radioaktivne vzorce.

Območja

Prejšnji razdelek je na splošno opisal, kakšne so naloge jedrskega kemika na svojem delovnem mestu. Zdaj je določeno malo več o različnih področjih, na katerih je prisotna uporaba ali preučevanje jedrskih reakcij.

Radiokemija

V radiu se samo po sebi preučuje sevanje. To pomeni, da upošteva vse radioizotope v globino, pa tudi njihov čas razpadanja, sevanje, ki sprošča (alfa, beta ali gama), njihovo vedenje v različnih okoljih in njihove možne aplikacije.

To je morda področje jedrske kemije, ki je danes največ napredovalo glede drugih. Zadolžen je za uporabo radioizotopov in zmernih odmerkov sevanja inteligentno in prijazno.

Nuklearna energija

Na tem področju jedrske kemikalije, skupaj z raziskovalci iz drugih specialitet, preučujejo in oblikujejo varne in nadzorovane metode, da bi izkoristili jedrski energijski produkt cepljenja jeder; to je od njenega frakcioniranja.

Prav tako namerava enako storiti z reakcijami jedrske fuzije, kot so tisti, ki so želeli ukrotiti majhne zvezde, ki prispevajo njihovo energijo; Z oviro, da so pogoji preobsežni in ni fizičnega materiala, ki bi se jim lahko upiral (predstavljajte si, da bi sonce zaklenili v kletko, ki je ne temelji na močni vročini).

Jedrska energija se lahko uporablja v koristne namene ali za vojne, pri razvoju več oborožitve.

Skladiščenje in odpadki

Težava, ki jo predstavljajo jedrski odpadki, je zelo resen in grozeč. Zaradi tega so na tem področju namenjeni oblikovanju strategij, da jih "zaprejo" tako, da sevanje, ki ga oddajajo, ne pregleduje njihove zadrževalne lupine; Coraza, ki se mora upreti potresom, poplavam, visokim pritiskom in temperaturam itd.

Umetna radioaktivnost

Vsi prometni elementi so radioaktivni. Sintetizirali so jih z različnimi tehnikami, vključno z: bombardiranjem jeder z nevtroni ali drugimi pospešenimi delci.

Za to so bili narejeni linearni pospeševalci ali ciklotroni (ki so oblikovani kot d). Znotraj njih se delci pospešijo s hitrostmi blizu svetlobnih (300.000 km/s) in nato trči proti cilju.

Tako se je rodilo več umetnih, radioaktivnih elementov in da je njihova številčnost na zemlji nična (čeprav lahko seveda obstajajo v regijah kozmosa).

V nekaterih pospeševalcih je moč trkov takšna, da se pojavi razpad snovi. Analiza fragmentov, ki jih je komaj zaznati za njihovo kratko življenje.

Prijave

Hladilni stolpi jedrske elektrarne. Vir: Pixabay.

Na zgornji sliki sta prikazani dva značilna hladilna stolpa jedrskih rastlin, katerih rastlina lahko nahrani celotno električno mesto; Na primer, rastlina Springfield, kjer deluje Homero Simpson, in iz katere ima gospod Burns.

Nato jedrske elektrarne porabijo energijo, ki se sprošča iz jedrskih reaktorjev, da oskrbuje energijsko potrebo. To je idealna in obetavna uporaba jedrske kemije: neomejena energija.

V celotnem članku je bilo na impliciten način omembe številnih aplikacij za jedrsko kemijo. Druge aplikacije, ki niso tako očitne, vendar so prisotne v vsakdanjem življenju, so spodaj naslednje.

Zdravilo

Tehnika za sterilizacijo kirurškega materiala je obsevanje z gama sevanjem. To popolnoma uniči mikroorganizme, ki lahko nastanejo. Postopek je hladen, zato so lahko nekateri biološki materiali, občutljivi na visoke temperature.

Vam lahko služi: razvejani alkani

Farmakološki učinek, porazdelitev in izločanje novih zdravil se oceni z uporabo radioizotopov. Z izdanim sevalnim detektorjem lahko resnično podobo porazdelitve zdravil v telesu.

Ta slika omogoča določitev, kako dolgo zdravilo deluje na določeno tkivo; Če ne uspe pravilno absorbirati ali če ostane znotraj pravega časa.

Ohranjanje hrane

Podobno lahko shranjeno hrano sevamo z zmernim odmerkom gama sevanja. To je odgovorno za odpravo in uničevanje bakterij, ki hranijo užitno hrano dlje.

Na primer, jagodni paket je mogoče po petnajstih dneh skladiščenja s to tehniko ohraniti svež. Sevanje je tako šibko, da površina jagod ne prodre; In zato niso onesnaženi, niti ne postanejo "radioaktivne jagode".

Detektorji dima

Znotraj detektorjev dima je le nekaj miligramov Amerike (²⁴¹A.M). Ta radioaktivna kovina v teh količinah kaže neškodljivo sevanje za ljudi, ki so prisotni pod strehami.

On ²⁴¹AM oddaja alfa delce in nizkoenergijske gama žarke, ti žarki pa se lahko izognejo detektorju. Alfas -ionski delci ionizirajo molekule zraka kisika in dušika. Znotraj detektorja se je zbrala razlika v napetosti in naročila ione, ki proizvaja rahel električni tok.

Ioni se končajo v različnih elektrodah. Ko dim vstopi v notranjo komoro detektorja, absorbira alfa delce in zračno ionizacijo prekine. Posledično se električni tok ustavi in ​​aktiviran se alarm.

Izločanje škodljivcev

V kmetijstvu se je zmerno sevanje uporabljalo za uničenje nezaželenih žuželk pridelkov. Tako se izognemo uporabi visoko onesnaženih insekticidov. Na ta način se negativni vpliv na tla, podzemna voda in pridelki zmanjšajo.

Zmenki

S pomočjo radioizotopov lahko določimo starost določenih predmetov. V arheoloških študijah je to zelo zanimivo, saj omogoča ločevanje vzorcev in njihovo namestitev v ustreznih časih. Radioizotop, ki se uporablja za to aplikacijo, je, par odličnost, ogljik 14 (¹⁴C). Njegov t_1/2 To je 5700 let in vzorce lahko dajete do 50.000 let.

Propadanje ¹⁴C se uporablja zlasti za biološke vzorce, kosti, fosile itd. Drugi radioizotopi, kot so ²⁴⁸U, imaš t_1/2 milijone let. Nato merjenje koncentracij ²⁴⁸U V vzorcu meteoritov, sedimentov in mineralov je mogoče določiti, če gre za isto starost zemlje.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). Cengage učenje.
2. Frank Kinard. (2019). Jedrska kemija. Okrevano od: Kemiji.com
3. Jedrska kemija. (s.F.). Okreval od: SAS.Upenn.Edu
4. Mazur Matt. (2019). Časovna premica za zgodovino jedrske kemije. Pred so. Okrevano od: pred.com
5. Sarah e. & Nyssa s. (s.F.). Odkritje radioaktivnosti. Kemija librettexts. Okrevano od: kem.Librettexts.org
6. Scottsdale, Brenda. (s.F.). KAJ JE DELOVA? Delo - Chron.com. Okrevano od: Delo.Chron.com
7. Wikipedija. (2019). Jedrska kemija. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
8. Ameriško kemijsko društvo. (2019). Jedrska kemija. Kemijska kariera. Pridobljeno iz: ACS.org
9. Alan e. Waltar. (2003). Medicinska, kmetijska in industrijska uporaba jedrske tehnologije. Pacific Northwest National Laboratory.