De kjernekjemi Det er studiet av endringene i materie og dens egenskaper som et resultat av fenomenene som finner sted i atomene til atomene; studerer ikke måten elektronene samhandler på, eller deres bånd til andre atomer av samme eller forskjellige element.
Denne grenen av kjemi fokuserer deretter på kjernene og energiene som frigjøres når de tilfører eller mister noen av partiklene. som kalles nukleoner, og som for kjemiske formål hovedsakelig består av protoner og nøytroner.
Mange kjernefysiske reaksjoner består av en endring i antall protoner og / eller nøytroner, som har som konsekvens transformasjonen av ett element til et annet; eldgamle drømmer om alkymister, som forgjeves prøvde å gjøre blymetall til gull.
Dette er kanskje det mest overraskende kjennetegnet ved kjernefysiske reaksjoner. Imidlertid frigjør slike transformasjoner enorme mengder energi, så vel som akselererte partikler som klarer å trenge gjennom og ødelegge saken rundt dem (for eksempel DNA i cellene våre) avhengig av deres tilknyttede energi..
Det vil si at i en atomreaksjon frigjøres forskjellige typer stråling, og når et atom eller en isotop frigjør stråling, sies det å være radioaktivt (radionuklider). Noe stråling kan være ufarlig, og til og med godartet, brukt til å bekjempe kreftceller eller studere farmakologisk effekt av visse legemidler ved radioaktiv merking..
Andre strålinger er derimot ødeleggende og dødelige ved minimumskontakt. Dessverre har flere av de verste katastrofene i historien med seg symbolet på radioaktivitet (radioaktiv kløver, toppbilde).
Fra atomvåpen til Tsjernobyl-episodene og ulykken med radioaktivt avfall og dets innvirkning på dyrelivet, er det mange katastrofer utløst av kjernekraft. Men på den annen side vil kjernekraft garantere uavhengighet fra andre energikilder og forurensningsproblemene de forårsaker..
Det ville (sannsynligvis) være ren energi, i stand til å drive byer i all evighet, og teknologien ville overstige sine jordiske grenser.
For å oppnå alt det til de laveste menneskelige (og planetariske) kostnadene er det nødvendig med vitenskapelige, teknologiske, økologiske og politiske programmer og innsats for å "temme" og "etterligne" kjernekraft på en trygg og gunstig måte for menneskeheten og dens energiske vekst.
Artikkelindeks
Etter å ha forlatt alkymistene og deres filosofstein tidligere (selv om deres innsats har båret frukt av vital betydning for forståelsen av kjemi), ble kjernekjemi født da det som kalles radioaktivitet først ble oppdaget..
Det hele startet med oppdagelsen av røntgenbilder av Wilhelm Conrad Röntgen (1895), ved universitetet i Würzburg. Han studerte katodestråler da han la merke til at de stammer fra en merkelig fluorescens, selv når enheten er slått av, i stand til å trenge gjennom det ugjennomsiktige svart papiret som dekket rørene eksperimentene ble utført i..
Henri Becquerel, motivert av oppdagelsene av røntgenstråler, designet sine egne eksperimenter for å studere dem fra fluorescerende salter, som mørknet fotografiske plater, beskyttet av svart papir, når de ble begeistret av sollys..
Det ble funnet ved et uhell (siden været i Paris var overskyet på den tiden), at uransalter skjulte fotografiske plater, uavhengig av lyskilden som falt på dem. Han konkluderte da med at han hadde funnet en ny type stråling: radioaktivitet.
Becquerels verk fungerte som en inspirasjonskilde for Marie Curie og Pierre Curie til å fordype seg i fenomenet radioaktivitet (et begrep laget av Marie Curie).
Dermed så de etter andre mineraler (i tillegg til uran) som også presenterte denne egenskapen, og fant at mineralet pitchblende er enda mer radioaktivt, og at det derfor må ha andre radioaktive stoffer. Hvordan? Ved å sammenligne de elektriske strømningene som genereres ved ionisering av gassmolekyler rundt prøvene.
Etter år med tøffe ekstraksjoner og radiometriske målinger, ekstraherte han de radioaktive elementene radium (100 mg fra en prøve på 2000 kg) og polonium fra mineralet pitchblende. Curie bestemte også radioaktiviteten til elementet thorium.
Dessverre begynte de skadelige effektene av slik stråling å bli oppdaget..
Radioaktivitetsmålinger ble tilrettelagt med utviklingen av Geiger-telleren (med Hans Geiger som medoppfinner av gjenstanden).
Ernest Rutherford observerte at hver radioisotop hadde sin egen forfallstid, uavhengig av temperatur, og at den varierte med kjernens konsentrasjon og egenskaper..
Han demonstrerte også at disse radioaktive forfallene adlyder førsteordens kinetikk, hvis halveringstid (t1/2), er fortsatt veldig nyttige i dag. Dermed har hvert stoff som avgir radioaktivitet forskjellige t1/2, som spenner fra sekunder, dager, til millioner av år.
I tillegg til alt det ovennevnte foreslo han en atommodell basert på resultatene av eksperimentene hans som bestrålte et veldig tynt gullark med alfapartikler (heliumkjerner). Arbeidet igjen med alfapartikler, oppnådde han transmutasjon av nitrogenatomer til oksygenatomer; det vil si at han hadde klart å konvertere ett element til et annet.
Ved å gjøre det ble det med en gang vist at atomet ikke var udelelig, og enda mindre da det ble bombardert av akselererte partikler og "sakte" nøytroner..
De som bestemmer seg for å bli en del av kjernekjemi-spesialistene, kan velge mellom ulike studieretninger eller forskningsfelt, samt forskjellige arbeidsfelt. Som mange vitenskapsgrener kan de vies til praksis, eller teori (eller begge deler samtidig) i deres tilsvarende felt.
Et filmeksempel ses i superheltfilmer, der forskere får et individ til å tilegne seg superkrefter (som Hulk, de fantastiske fire, Spiderman og Doctor Manhattan).
I det virkelige liv (i det minste overfladisk), prøver kjernefysiske kjemikere i stedet å designe nye materialer som tåler enorm kjernefysisk motstand..
Disse materialene, som instrumentasjonen, må være tilstrekkelig uforgjengelige og spesielle til å isolere strålingens utslipp og de enorme temperaturene som frigjøres når man starter atomreaksjoner; spesielt kjernefysisk fusjon.
I teorien kan de designe simuleringer for først å estimere muligheten for visse prosjekter og hvordan de kan forbedres til lavest mulig pris og negativ innvirkning; eller matematiske modeller som gjør det mulig å løse de ventende mysteriene til kjernen.
De studerer og foreslår måter å lagre og / eller behandle atomavfall på, siden det tar milliarder år å spalte og er svært forurensende..
Her er en kort liste over typiske jobber som en kjemisk kjemiker kan gjøre:
-Gjennomføre forskning i statlige, industrielle eller akademiske laboratorier.
-Behandle hundrevis av data gjennom statistiske pakker og multivariat analyse.
-De underviser på universitetene.
-De utvikler trygge radioaktivitetskilder for forskjellige applikasjoner som involverer allmennheten, eller for bruk i romfartsenheter.
-Design teknikker og enheter som oppdager og overvåker radioaktivitet i miljøet.
-De garanterer at laboratorieforholdene er optimale for håndtering av radioaktivt materiale; som de klarer å manipulere selv ved hjelp av robotarmer.
-Som teknikere vedlikeholder de dosimetre og samler radioaktive prøver.
Den forrige delen beskrev generelt hva som er oppgavene til en kjemisk kjemiker på sin arbeidsplass. Nå blir det spesifisert litt mer om forskjellige områder der bruk eller studier av kjernefysiske reaksjoner er til stede..
I radiokjemi studeres selve stråleprosessen. Dette betyr at den tar hensyn til alle radioisotoper i dybden, så vel som deres forfallstid, strålingen de frigjør (alfa, beta eller gamma), deres oppførsel i forskjellige miljøer og deres mulige anvendelser..
Dette er kanskje det området kjernekjemi som har kommet lengst frem i dag sammenlignet med de andre. Han har hatt ansvaret for å bruke radioisotoper og moderate doser stråling på en intelligent og vennlig måte.
I dette området studerer og utformer kjernekjemikere, sammen med forskere fra andre spesialiteter, sikre og kontrollerbare metoder for å dra nytte av kjernekraft produsert ved spaltning av kjerner; det vil si dets fraksjonering.
På samme måte foreslås det å gjøre det samme med kjernefusjonsreaksjoner, som de som vil temme små stjerner som gir energien deres; med hindring av at forholdene er overveldende og at det ikke er noe fysisk materiale som er i stand til å motstå dem (forestill deg å legge solen inn i et bur som ikke smelter på grunn av den intense varmen).
Atomenergi kan enten brukes til veldedige formål, eller til krigsformål, i utviklingen av flere våpen..
Problemet med atomavfall er veldig alvorlig og truende. Det er av denne grunn at de i dette området er dedikert til å utarbeide strategier for å "fange dem" på en slik måte at strålingen de avgir ikke trenger gjennom deres inneslutningsskall; skall, som må tåle jordskjelv, flom, høyt trykk og temperaturer, etc..
Alle transuraniske elementer er radioaktive. De har blitt syntetisert ved hjelp av forskjellige teknikker, inkludert: bombing av kjerner med nøytroner eller andre akselererte partikler.
For dette har man brukt lineære akseleratorer eller syklotroner (som er D-formede). Inne i dem akselereres partiklene til hastigheter nær lysets (300 000 km / s), og kolliderer deretter med et mål.
Dermed ble flere kunstige, radioaktive elementer født, og deres overflod på jorden er null (selv om de kan eksistere naturlig i områder av kosmos).
I noen akseleratorer er kollisjonskraften slik at materie oppløses. Ved å analysere fragmentene, som knapt kan oppdages på grunn av deres korte levetid, har det vært mulig å lære mer om kompendiet til atompartikler..
Bildet over viser to kjøletårn som er karakteristiske for kjernekraftverk, hvis anlegg kan forsyne en hel by med strøm; for eksempel Springfield-anlegget, der Homer Simpson jobber, og som eies av Mr. Burns.
Så kjernekraftverk bruker energien som frigjøres fra atomreaktorer for å tilføre et energibehov. Dette er den ideelle og lovende anvendelsen av kjernekjemi: ubegrenset energi.
Gjennom artikkelen er det implisitt blitt nevnt mange anvendelser av kjernekjemi. Andre applikasjoner som ikke er så åpenbare, men som er tilstede i det daglige, er følgende nedenfor.
En teknikk for å sterilisere kirurgisk materiale er å bestråle det med gammastråling. Dette ødelegger mikroorganismer som de kan huske fullstendig. Prosessen er kald, så visse biologiske materialer, følsomme for høye temperaturer, kan også bli utsatt for disse strålingsdosene..
Den farmakologiske effekten, distribusjonen og eliminasjonen av de nye legemidlene blir evaluert ved bruk av radioisotoper. Med en utsendt strålingsdetektor kan du få et reelt bilde av fordelingen av stoffet i kroppen.
Dette bildet gjør det mulig å bestemme hvor lenge stoffet virker på et bestemt vev; hvis den ikke absorberes ordentlig, eller hvis den forblir innendørs lenger enn tilstrekkelig.
Tilsvarende kan lagret mat bestråles med en moderat dose gammastråling. Dette er ansvarlig for å eliminere og ødelegge bakterier, holde maten spiselig i lengre tid.
For eksempel kan en pakke jordbær holdes fersk etter til og med 15 dagers lagring ved hjelp av denne teknikken. Strålingen er så svak at den ikke trenger inn i jordbærets overflate; og derfor er de ikke forurensede, og de blir heller ikke "radioaktive jordbær".
Inne i røykvarslere er det bare noen få milligram americium (241ER). Dette radioaktive metallet i disse mengdene viser stråling som er ufarlig for mennesker som er tilstede under takene..
De 241Am avgir alfapartikler og gammastråler med lav energi, disse strålene er i stand til å unnslippe detektoren. Alfapartikler ioniserer oksygen og nitrogenmolekyler i luften. Inne i detektoren samler og ordner en spenningsforskjell ionene, og produserer en liten elektrisk strøm..
Ionene havner ved forskjellige elektroder. Når røyk kommer inn i detektorens indre kammer, absorberer den alfapartikler og ionisering av luften forstyrres. Derfor stoppes den elektriske strømmen og en alarm aktiveres.
I landbruket har moderat stråling blitt brukt til å drepe uønskede insekter på avlinger. Dermed unngås bruk av sterkt forurensende insektmidler. Dette reduserer den negative påvirkningen på jord, grunnvann og selve avlingene..
Ved hjelp av radioisotoper kan bestemte objekters alder bestemmes. I arkeologiske studier er dette av stor interesse, ettersom prøvene kan skilles og plasseres i tilsvarende tid. Radioisotopen som brukes til denne applikasjonen er, par excellence, karbon 14 (14C). Hans t1/2 Den er 5700 år gammel, og prøver kan dateres opptil 50 000 år gamle.
Forfallet av 14C har blitt brukt spesielt til biologiske prøver, bein, fossiler osv. Andre radioisotoper, som f.eks 248U, ha en t1/2 på millioner av år. Da måler du konsentrasjonene av 248U i et utvalg av meteoritter, sedimenter og mineraler, kan det bestemmes om det er samme alder som jorden.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.