The jaderná chemie Jedná se o studium změn hmoty a jejích vlastností v důsledku jevů, ke kterým dochází v jádrech jejích atomů; nezkoumá způsob, jakým jeho elektrony interagují, ani jejich vazby s jinými atomy stejného nebo odlišného prvku.
Toto odvětví chemie se poté zaměřuje na jádra a energie uvolněné, když přidají nebo ztratí některé ze svých částic; které se nazývají nukleony a které se pro chemické účely v zásadě skládají z protonů a neutronů.
Mnoho jaderných reakcí spočívá ve změně počtu protonů a / nebo neutronů, což má za následek transformaci jednoho prvku na jiný; dávný sen alchymistů, kteří se marně pokoušeli proměnit olověný kov ve zlato.
To je možná nejpřekvapivější charakteristika jaderných reakcí. Takové transformace však uvolňují obrovské množství energie, stejně jako zrychlené částice, které dokážou proniknout a zničit hmotu kolem nich (například DNA našich buněk) v závislosti na jejich přidružené energii..
To znamená, že při jaderné reakci se uvolňují různé typy záření, a když atom nebo izotop uvolňuje záření, říká se, že je radioaktivní (radionuklidy). Určité záření může být neškodné a dokonce i benigní a používá se k boji proti rakovinovým buňkám nebo ke studiu farmakologického účinku určitých léků radioaktivním značením..
Jiná záření jsou naopak při minimálním kontaktu destruktivní a smrtící. Je smutné, že několik nejhorších katastrof v historii nese s sebou symbol radioaktivity (radioaktivní jetel, horní obrázek).
Od jaderných zbraní po epizody v Černobylu a neštěstí radioaktivního odpadu a jeho dopady na divokou zvěř - jaderná energie vyvolává mnoho katastrof. Na druhé straně by však jaderná energie zaručovala nezávislost na jiných zdrojích energie a problémy se znečištěním, které způsobují..
Byla by to (pravděpodobně) čistá energie schopná napájet města na věčnost a technologie by překročila své pozemské limity.
K dosažení toho všeho při nejnižších lidských (a planetárních) nákladech je zapotřebí vědeckých, technologických, ekologických a politických programů a snah o „zkrocení“ a „napodobení“ jaderné energie bezpečným a prospěšným způsobem pro lidstvo a jeho energetický růst.
Rejstřík článků
Ponecháním alchymistů a kamene jejich filozofů v minulosti (i když jejich úsilí přineslo ovoce zásadního významu pro porozumění chemii), se zrodila jaderná chemie, když byla poprvé detekována radioaktivita..
Všechno to začalo objevem rentgenových paprsků Wilhelma Conrada Röntgena (1895) na univerzitě ve Würzburgu. Studoval katodové paprsky, když si všiml, že pocházejí z podivné fluorescence, i když je zařízení vypnuté a schopné pronikat neprůhledným černým papírem, který zakrývá trubice, ve kterých byly experimenty prováděny..
Henri Becquerel, motivovaný objevy rentgenových paprsků, navrhl vlastní experimenty, aby je studoval z fluorescenčních solí, které zatemňovaly fotografické desky chráněné černým papírem, když byly vzrušeny slunečním světlem..
Bylo náhodně zjištěno (protože v té době bylo v Paříži zamračené počasí), že uranové soli zakrývaly fotografické desky bez ohledu na světelný zdroj, který na ně dopadal. Poté dospěl k závěru, že našel nový typ záření: radioaktivitu.
Becquerelova práce sloužila jako zdroj inspirace pro Marie Curie a Pierre Curie, aby se ponořily do fenoménu radioaktivity (termín vytvořený Marie Curie).
Hledali tedy další minerály (kromě uranu), které také představovaly tuto vlastnost, a zjistili, že minerál pitchblende je ještě více radioaktivní, a že proto musí obsahovat další radioaktivní látky. Jak? Porovnáním elektrických proudů generovaných ionizací molekul plynu kolem vzorků.
Po letech náročné těžby a radiometrických měření extrahoval radioaktivní prvky radium (100 mg ze vzorku o hmotnosti 2 000 kg) a polonium z minerální smoly. Curie také určila radioaktivitu thoria prvku.
Bohužel se v té době začaly objevovat škodlivé účinky takového záření..
Měření radioaktivity bylo usnadněno vývojem Geigerova počitadla (spolu s Hansem Geigerem jako spoluautorem artefaktu).
Ernest Rutherford poznamenal, že každý radioizotop má svůj vlastní čas rozpadu, nezávisle na teplotě, a že se mění s koncentrací a charakteristikami jader..
Ukázal také, že tyto radioaktivní rozpady se řídí kinetikou prvního řádu, jejíž poločasy (t1/2), jsou i dnes velmi užitečné. Každá látka, která emituje radioaktivitu, se tedy liší t1/2, který se pohybuje od sekund, dnů až po miliony let.
Kromě všeho výše uvedeného navrhl atomový model založený na výsledcích svých experimentů ozařujících velmi tenkou vrstvu zlata částicemi alfa (jádra helia). Při opětovné práci s alfa částicemi dosáhl transmutace atomů dusíku na atomy kyslíku; to znamená, že se mu podařilo převést jeden prvek na jiný.
Přitom se najednou ukázalo, že atom není nedělitelný, a ještě méně, když byl bombardován zrychlenými částicemi a „pomalými“ neutrony..
Ti, kteří se rozhodnou stát se součástí specialistů na jadernou chemii, si mohou vybrat z různých studijních nebo výzkumných oborů i z různých pracovních oborů. Stejně jako mnoho jiných vědních oborů se mohou věnovat praxi nebo teorii (nebo oběma současně) v příslušných oborech.
Filmový příklad lze spatřit ve filmech o superhrdinech, kde vědci získají jednotlivce, aby získal supervelmoc (například Hulk, fantastická čtyřka, Spiderman a Doctor Manhattan)..
V reálném životě (alespoň povrchně) se jaderní chemici místo toho snaží navrhnout nové materiály schopné odolat obrovskému jadernému odporu..
Tyto materiály, stejně jako přístroje, musí být dostatečně nezničitelné a speciální, aby izolovaly emise záření a enormní teploty uvolněné při zahájení jaderných reakcí; zejména jaderné fúze.
Teoreticky mohou navrhnout simulace, aby nejprve odhalily proveditelnost určitých projektů a jak je zlepšit s nejnižšími náklady a negativním dopadem; nebo matematické modely, které umožňují rozluštit čekající tajemství jádra.
Rovněž studují a navrhují způsoby skladování a / nebo zpracování jaderného odpadu, protože jeho rozklad trvá miliardy let a je vysoce znečišťující..
Zde je krátký seznam typických prací, které může jaderný chemik dělat:
-Provádějte výzkum ve vládních, průmyslových nebo akademických laboratořích.
-Zpracovávejte stovky dat prostřednictvím statistických balíčků a analýzy s více proměnnými.
-Učí na univerzitách.
-Vyvíjejí bezpečné zdroje radioaktivity pro různé aplikace zahrnující širokou veřejnost nebo pro použití v leteckých zařízeních.
-Navrhujte techniky a zařízení, která detekují a monitorují radioaktivitu v prostředí.
-Zaručují, že laboratorní podmínky jsou optimální pro manipulaci s radioaktivním materiálem; se kterými se jim podaří manipulovat i pomocí robotických paží.
-Jako technici udržují dozimetry a shromažďují radioaktivní vzorky.
Předchozí část obecně popisovala, jaké jsou úkoly jaderného chemika na jeho pracovišti. Nyní je uvedeno trochu více o různých oblastech, ve kterých je přítomno použití nebo studium jaderných reakcí..
V radiochemii je studován samotný radiační proces. To znamená, že bere v úvahu všechny radioizotopy do hloubky, stejně jako jejich dobu rozpadu, záření, které uvolňují (alfa, beta nebo gama), jejich chování v různých prostředích a jejich možné aplikace..
To je možná oblast jaderné chemie, která dnes nejvíce pokročila ve srovnání s ostatními. Měl na starosti inteligentní a přátelské používání radioizotopů a mírných dávek záření.
V této oblasti jaderní chemici spolu s výzkumníky z jiných specializací studují a navrhují bezpečné a kontrolovatelné metody, jak využít jadernou energii produkovanou štěpením jader; tj. jeho frakcionace.
Podobně se navrhuje udělat totéž s reakcemi jaderné fúze, jako jsou ty, které by chtěly zkrotit malé hvězdy, které dodávají jejich energii; s překážkou, že podmínky jsou ohromující a neexistuje žádný fyzický materiál, který by jim dokázal odolat (představte si, že uzavřete slunce v kleci, která se nerozpouští kvůli intenzivnímu teplu).
Jaderná energie může být použita buď pro charitativní účely, nebo pro válečné účely, při vývoji více zbraní..
Problém, který představuje jaderný odpad, je velmi vážný a hrozivý. Z tohoto důvodu se v této oblasti věnují vymýšlení strategií „uvěznění“ takovým způsobem, aby záření, které vydávají, nepronikalo jejich zadržovací skořápkou; skořápka, která musí být schopna odolat zemětřesení, povodním, vysokým tlakům a teplotám atd..
Všechny transuranové prvky jsou radioaktivní. Byly syntetizovány pomocí různých technik, včetně: bombardování jader neutrony nebo jinými zrychlenými částicemi.
K tomu byly použity lineární urychlovače nebo cyklotrony (které mají tvar písmene D). V nich se částice zrychlují na rychlosti blízké rychlosti světla (300 000 km / s) a poté se srazí s cílem.
Tak se zrodilo několik umělých, radioaktivních prvků a jejich hojnost na Zemi je nulová (i když v oblastech vesmíru mohou přirozeně existovat).
U některých urychlovačů je síla srážek taková, že dochází k rozpadu hmoty. Analýzou fragmentů, které lze jen stěží detekovat kvůli jejich krátké životnosti, bylo možné se dozvědět více o kompendiu atomových částic..
Obrázek výše ukazuje dvě chladicí věže charakteristické pro jaderné elektrárny, jejichž elektrárna může zásobovat celé město elektřinou; například závod Springfield, kde pracuje Homer Simpson, a který je ve vlastnictví pana Burnse.
Jaderné elektrárny tedy využívají energii uvolněnou z jaderných reaktorů k zajištění energetické potřeby. Toto je ideální a slibná aplikace jaderné chemie: neomezená energie.
V celém článku jsou implicitně zmíněny četné aplikace jaderné chemie. Níže jsou uvedeny další aplikace, které nejsou tak zřejmé, ale jsou přítomny v každodenním životě.
Jednou technikou sterilizace chirurgického materiálu je jeho ozařování gama zářením. To zcela ničí mikroorganismy, které mohou uchovávat. Proces je studený, takže těmto dávkám záření mohou být vystaveny také určité biologické materiály citlivé na vysoké teploty..
Farmakologický účinek, distribuce a eliminace nových léčiv se hodnotí pomocí radioizotopů. S detektorem emitovaného záření můžete mít skutečný obraz o distribuci léčiva v těle.
Tento obrázek umožňuje určit, jak dlouho lék působí na určitou tkáň; pokud nedokáže správně absorbovat nebo pokud zůstane v interiéru déle než přiměřeně.
Obdobně lze skladované potraviny ozařovat mírnou dávkou gama záření. To je zodpovědné za eliminaci a zničení bakterií a udržení potravin jedlých po delší dobu.
Například balíček jahod lze touto technikou uchovat čerstvý i po 15 dnech skladování. Záření je tak slabé, že nepronikne na povrch jahod; a proto nejsou kontaminovány ani se z nich nestávají „radioaktivní jahody“.
Uvnitř detektorů kouře je jen několik miligramů americium (241DOPOLEDNE). Tento radioaktivní kov v těchto množstvích vykazuje záření neškodné pro lidi přítomné pod střechami..
The 241Am emituje alfa částice a nízkoenergetické gama paprsky, přičemž tyto paprsky jsou schopné uniknout z detektoru. Alfa částice ionizují molekuly kyslíku a dusíku ve vzduchu. Uvnitř detektoru se napěťový rozdíl sbírá a objednává ionty a vytváří slabý elektrický proud..
Ionty končí na různých elektrodách. Když kouř vstupuje do vnitřní komory detektoru, absorbuje alfa částice a ionizace vzduchu je narušena. Následně se zastaví elektrický proud a aktivuje se alarm.
V zemědělství se k zabíjení nežádoucího hmyzu na plodinách používalo mírné záření. Je tak zamezeno použití vysoce znečišťujících insekticidů. To snižuje negativní dopad na půdu, podzemní vodu a samotné plodiny..
Pomocí radioizotopů lze určit věk určitých objektů. V archeologických studiích je to velmi zajímavé, protože to umožňuje oddělit vzorky a umístit je v odpovídajících časech. Radioizotopem použitým pro tuto aplikaci je par excellence uhlík 14 (14C). Jeho t1/2 Je starý 5700 let a vzorky lze datovat až do 50 000 let.
Rozpad 14C se používá zejména pro biologické vzorky, kosti, fosilie atd. Jiné radioizotopy, jako např 248U, mít t1/2 milionů let. Do té doby měření koncentrací 248U ve vzorku meteoritů, sedimentů a minerálů lze určit, zda je ve stejném věku jako Země.
Zatím žádné komentáře