AZX
A- liczba masowa= liczba protonów+ liczba neutronów
X- symbol pierwiastka
Z- liczba atomowa= liczba protonów= liczba elektronów
Liczba atomowa - wartość charakterystyczna dla każdego pierwiastka
Pierwiastek - substancja, której atomy mają jądra o takiej samej liczbie atomowej
Atom- najmniejsza częstka pierwiastka zachowująca jego chemiczne właściwości
Izotopy- atomy tego samego pierwiastka o różnej liczbie neutronów (różnej liczbie masowej) i tej samej liczbie protonów (takiej samej liczbie atomowej)
Większość pierwiastków występujących w przyrodzie stanowi mieszaniny izotopów.
Nieparzyste Z- maksymalnie 2 izotopy (wyjątek H i K)
Parzyste Z- dużo izotopów
Izotopy wodoru:
• wodór-1 prot 1H
• wodór-2 deuter D 2H
• wodór-3 tryt T 3H
Woda ciężka (D2O lub DHO) - izotopowa odmiana wody , w której jeden lub oba atomy wodoru zostały zastąpione deuterem. Występuje jako nieiwielka domieszka do wód naturalnych, średnio w stosunku 1:7000. Ulega tym samym reakcjom chemicznym co woda zwykła.
Od zwykłej wody różni się właściwościami fizycznymi:
• temperatura topnienia 3,81ºC
• temperatura wrzenia 101,43ºC
• gęstość 1,11 g/cm3 (10,2ºC)
Zastosowanie:
• spowalniacz neutronów (moderator) w reaktorach jądrowych
• badania biologiczne- wskaźnik izotopowy
Podział izotopów ze względu na stabilność:
• trwałe- nieulegające samorzutnej przemianie na izotopy tego samego lub innych pierwiastków
• nietrwałe, promieniotwórcze, radioizotopy- ulegające samorzutnej przemianie na inne izotopy, zazwyczaj innego pierwiastka
- naturalne (występują w przyrodzie)
- sztuczne (otrzymane podczas sztucznych przemian jądrowych)
Radioizotopy (izotopy promieniotwórcze) - atomy ulegające samorzutnym przemianom jądrowym w jądra atomów trwalszych o większej energii wiązania.
Oprócz stabilnych izotopów pierwiastków (ok. 250), znanych jest również około 3000 izotopów promieniotwórczych, o różnych czasach połowicznego zaniku i różnych rodzajach rozpadu promieniotwórczego.
Okres połowicznego rozpadu - średni czas, po którym połowa jąder danego pierwiastka (izotopu) ulegnie przemianie. Okresy połowicznego rozpadu pierwiastków promieniotwórczych wahają się od 10-11 s do 1010 lat.
N=N0e-λt
N0- pierwotna liczba jąder
N- liczba jąder, które nie uległy rozpadowi po upływie czasu t
T1/2- okres połowicznego zaniku
λ- stała zaniku
Pochodzenie radioizotopów:
• naturalne radionuklidy syntezowane są w gwiazdach, szczególnie podczas wybuchów supernowych
• niektóre izotopy (np. 14C) są tworzone podczas zderzeń wysokoenergetycznych cząstek pochodzących z kosmosu (promieniowania chemicznego) z cząstkami atmosfery ziemskiej)
• sztuczne radionuklidy są wytwarzane przez człowieka w reaktorach jądrowych oraz akceleratorach
Radioaktywność (promieniotwórczość) - zdolność jąder atomowych do rozpadu promieniotwórczego, który najczęściej jest związany z emisją cząstek alfa, cząstek beta oraz promieniowania gamma.
Składowe promieniowania:
• rozpad α- strumień jąder helu
• rozpad β-- strumień elektronów
• rozpad β+- strumień pozytonów (dodatnio naładowane elektrony)
• przemiana γ- promieniowanie elektromagnetyczne
Rozpad α: AzX → A-4z-2X + 42He
Przemiana β-: AZX → AZ+1X + 0-1e 10n → 11p + 0-1e
Rozpad gamma - proces promieniotwórczy polegający na emisji wysokoenergetycznych kwantów promieniowania elektromagnetycznego, czyli fotonów. AZX* → AZX + γ
Przenikliwość promieniowania
Szereg promieniotwórczy - łańcuch kolejnych przemian jednych pierwiastków w inne.
Znane są:
• 3 naturalne szeregi promieniotwórcze, ich ostatnim członem jest trwały, niepromieniotwórczy izotop Pb
• 1 sztuczny szereg promieniotwórczy- szereg neptunowy
Zastosowanie izotopów:
• chemia- znakowanie izotopowe, badania mechanizmów reakcji (atom znaczony)
• biochemia i biologia- znaczniki cząsteczek chemicznych, badania przemian pierwiastków, związków w organizmie (procesy metaboliczne, fotosynteza), działania biokatalizatorów, struktur komórkowych i całych narządów
• archeologia- określanie wieku skał, wykopalisk archeologicznych na podstawie zawartości promieniotwórczego izotopu 14C
• medycyna- leczenie nowotworów złośliwych (bomba kobaltowa zawierająca promieniotwórczy kobalt 60Co)
Datowanie radiowęglowe - metoda badania wieku próbek pochodzenia organicznego (zwłok, szkieletów, papirusów, skamielin) oparta na pomiarze proporcji między izotopem promieniotwórczym węgla 14C, a izotopami trwałymi 12C i 13C.
Jeden atom węgla 14C przypada na 1012 atomów węgla 12C.
n + 147N → 146C + 11H
146C → 147N + e- + v-e
Proporcja = ilość 14CO2 / całkowita ilość CO2
Defektoskopia - dział badań nieniszczących zmierzających do wykrycia nieciągłości materiału. Wykrywane są wady materiału takie jak: wtrącenia, ubytki korozyjne, pustki, pęknięcia, odwarstwienia, łuski, szczeliny, braki przetopu itp. Wykorzystuje zjawisko absorbcji promieniowania rentgenowskiego lub promieniowania radioaktywnego przez materiały. Źródłem promieniowania γ jest radioaktywny preparat naturalny (np. rad) lub sztuczny (np. 60Co, 192Ir).
Medycyna nuklearna:
• radiodiagnostyka- zajmuje się diagnozą różnych schorzeń z wykorzystaniem izotopów promieniotwórczych
• radioterapia- wykorzystuje radioizotopy do celów terapeutycznych (chemioterapia radiacyjna)
Scynytygrafia - obrazowa metoda diagnostyczna medycyny nuklearnej polegająca na wprowadzeniu do organizmu farmaceutyków znakowanych radioizotopami, cyfrowej rejestracji ich rozpadu i graficznym przedstawieniu ich rozmieszczenia.
Kryminalistyka: pomiary izotopów stabilnych w kości słoniowej. W próbce określa się za pomocą spektrometru mas proporcje 5 izotopó: węgla, azotu, tlenu, wodoru i siarki.
Trwałość jądra atomowego
Energia wiązania jądra - energia jąką trzeba dostarczyć, żeby rozszczepić jądro na nukleony, lub która zostaje uwolniona przy powstawaniu jądra z pojedynczych nukleonów
Defekt masy: M=Mteo-Meks
Mteo- teoretyczna masa jądra atomowego (suma mas wszystkich nukleonów)
Meks-masa wyznaczona eksperymentalnie
Prawo Einsteina- równoważność masy i energii
E=mc...
Grantz89