WYKŁAD

Z CHEMII OGÓLNEJ I FIZYCZNEJ

dr Sylwester A. Stępniak

Katedra Chemii, SGGW

Zakład Chemii Żywności

Budynek nr 23, pok. 0100

http://sylwester_stepniak.users.sggw.pl

Jakie są kryteria trwałości jądra atomowego?

N

Z20

A = Z + N

Z

E 56Fe (8,79 MeV/nukleon)

239U (7,6 MeV/nukleon)

2H (1,12 MeV/nukleon)

1 MeV = 1,6 ·10-13 J

Z N Liczba trwałych izotopów

p p 164

p np 55

np p 50

np np 4

Liczby magiczne: 2, 8,

20, 28, 50, 82, 126, 184

p - parzyste, np – nieparzyste

Co to są tzw. "liczby magiczne”?

Teorie struktury jądra atomowego:

1. Model powłokowy

2. Model kroplowy

Jakie znamy rodzaje przemian jądrowych?

N/Z

Jak wykorzystuje się regułę przesunięć Soddego - Fajansa w równaniach

opisujących przemiany jądrowe?

Emisja neutronów ( o1n):

3687Kr --> 36

86Kr + 01n

Emisja promieniowania β–:

01n --> 1

1p + -10e + ν

614C --> 7

14N + -10e + ν

56141Ba --> 57

141La --> 58141Ce --> 59

141Pr

18` 3,7h 28d

N

Z20

A = Z + N

τ1/2 =

Przemiany jądrowe

+

e

e

n

p

01n --> 1

1p + -10e + ν

-

n

3687Kr --> 36

86Kr + 01n

11p --> 0

1n + 10e + ν

+

11p + -1

0e --> 01n + ν + X

WK

α

-24He

= h∙

N/Z

N/Z

N/Z Emisja promieniowania β+:

11p --> 0

1n + 10e + ν

1019Ne --> 9

19F + 10e + ν

Wychwyt K:

11p + -1

0e --> 01n + ν + X

47Be + -1

0e --> 37Li + ν + X

1940K + -1

0e --> 1840Ar + ν + X

Emisja promieniowania α i energii (γ):

92238U --> 90

234Th +24He + γ

53131I --> 53

131I + γ

N

Z20

A = Z + N

6,190

144587,1

92

146

Izotopy promieniotwórcze występujące w przyrodzie:

1940K (0,0118) τ1/2 = 1,27·109 y

3787Rb (27,85) τ1/2 = 5,7·1010 y

90238Th (100) τ1/2 = 1,39·1010 y

92238U (99,27) τ1/2 = 4,51·109 y

49In, 57La, 58Ce, 60Nd, 62Sn, 64Gd, 75Re, 78Pt

Co nazywa się "defektem masy" (Δm)?

Δm = Σ(produktów) - Σ(substratów) < 0

Reakcje jądrowe:

- Rozszczepienie jądrowe

- Synteza termojądrowa

E = Δm ∙ c2

Z

E 56Fe (8,79 MeV/nukleon)

239U (7,6 MeV/nukleon)

2H (1,12 MeV/nukleon)

1 MeV = 1,6 ·10-13 J+ ++ + + ε

+

+

n

+ +

Przemiana jądrowa

12H + 1

2H --> 13H + 1

1H

12H + 1

2H --> 24He + γ

12H + 1

2H --> 23He + 0

1n

- Synteza termojądrowa

Reakcje jądrowe:

- Rozszczepienie jądrowe

92235U + 0

1n --> 54139Xe + 38

95Sr + 2 01n

92235U + 0

1n --> 56143Ba + 36

90Kr + 3 01n

92235U + 0

1n --> 53135I + 39

97Y + 4 01n

Energia uzyskana z 1 kg deuteru wynosi

ok. 7 ·1016 JEnergia uzyskana z 1 kg U wynosi ok. 8,23 ·1013 J

E 56Fe (8,79 MeV/nukleon)

239U (7,6 MeV/nukleon)

2H (1,12 MeV/nukleon)

1 MeV = 1,6 ·10-13 J

Z

- Zegar archeologiczny

- Otrzymywanie nuklidów

714N + 0

1n --> 614C + 1

1p 714N (n,p) 6

14C

614C --> 7

14N + -10e + ν

614C/6

12C = const.

714N (α, p) 8

17O

1123Na (p,n) 12

23Mg

48113Cd (n,γ) 48

114Cd

Ciężkie jądra (α; 612C; 10Ne , n; p; α) Transuranowce

- Reakcja jądrowa:

- Przemiana jądrowa:

Zadanie

Okres połowicznego rozpadu 131I τ1/2 = 8,7 [d]. Po jakim czasie aktywność

radiochemiczna tego izotopu zmniejszy się do 5% wartości początkowej?

Rozwiązanie:N = No · e-λt

Logarytmując, otrzymuje się:

λ = 1/t · ln (No/N)ln (N/No) = - λ·t

Gdy N = 1/2 No, t = τ1/2τ1/2 = (ln2)/λ λ = (ln2)/ τ1/2

Obliczanie stałej rozpadu promieniotwórczego 131I (λ):

λ = (ln2)/8,7 = 0,693/8,7 = 0,0797 [d-1]

Aktywność radiochemiczna izotopu 131I osiągnie wartość 5% aktywności początkowej

N/No = 0,05, czyli No/N = 20.

t = 1/λ · ln(No/N)A zatem wstawiając do wzoru:

otrzymuje się: t = (ln20)/0,0797 = 37,59 dnia