Radioaktivita – maturitní otázka (2)

 

Otázka: Radioaktivita

Předmět: Chemie

Přidal(a): BaruSHKA

 

Radioaktivita

• = proces, při kterém se nestabilní atomová jádra některých prvků samovolně přeměňují na jádra jiných prvků a zároveň uvolňuje neviditelné záření
• o stabilnosti nuklidu rozhoduje poměr Z a N

 

1.pozorování

• Henry Becquerel 1896 – poprvé pozoroval radioaktivitu podle změny uranu
• M. Curie Sklodowska + Pier Curie → objevitelé Ra, Pa – zkoumali radioaktivitu pouze přirozenou
  • existuje asi 50 přírodních radionuklidů

 

A) PŘIROZENÁ RADIOAKTIVITA

• u nestabilních radionuklidů v přírodě
• α –tvořeno jádry  ⁴ ₂He, částice α kladně nabitá, z 2p⁺ a 2n⁰
  • velmi těžké → malá délka doletu 2,6 – 11,5 cm
  • lze ho zachytit listem papíru/tenkou al. folii
  • rychlost 1/10 rychlosti světla
• β – tvořeno proudem záporně nabitých částic β^– =elektrony
  • → vznikají při přeměně ₀ ¹n⁰ → ¹ ₁p + _-1 ⁰e^–
  • až 90% rychlosti světla
• γ –elektromagnetické vlnění → bez náboje či hmoty
  • vysoká energie, nejpronikavější
  • zpravidla doprovází záření α a β^–
  • využití v lékařství – rentgen
  • zastaví ho olovo – asi 1,3 tlustá vrstva olova pohltí asi 50% záření
  • vlastnostmi se podobá rentgenovému záření

 

RADIOAKTIVNÍ ROZPADY

• 1) Rozpad α = ₂ ⁴α
  • podléhají mu těžké kovy o relat.at.hm. ≥210
  • z jádra je vymrštěna částice α a vzniká jiný prvek s proton. číslem o 2 menším
    a A o 4 menším
  • ^A_ZX  ->  ^A-4_Z-2Y + ⁴₂He

• 2) Rozpad β = β^–
  
  • pokud je částice lehká píšeme nahoru 0
  • u jader prvků majících větší počet neutronů než protonů
  • neutron → elektron (opouští jádro v podobě záření β ) +  proton (zůstává
    v jádře)
  • nový prvek má Z o 1 větší
  • _-1 ⁰β^–  ~ _-1 ⁰e^–
  • ₀ ¹n → ₁ ¹p + _-1 ⁰e^–

^A_ZX  ->  ^A_Z+1Y + _-1 ⁰e

• 3) Rozpad γ
  • =žádný rozpad neprobíhá – pouze doprovází α a β
  • nově vzniklé jádro se tímto způsobem zbavuje přebytečné energie

 

B) UMĚLÁ RADIOAKTIVITA

• = působením jiných částic nebo zářením na stabilní nuklidy se mohou získat umělé radionuklidy
• =samovolný rozpad umělých radionuklidů
• objevitelé –Irena Joliot – Curie + Frederik Joliot –Curie → zjistili, že ozařováním radioaktivního Al částicemi α vznikl radioaktivní fosfor:
  • • ₄ ²α + ₁₃ ²⁷Al → ₁₅ ³⁰P* + ₀ ¹n
  • →radioaktivní P se dále samovolně rozpadá za současného uvolnění rad. záření β⁺
    • ₁₅ ³⁰P* → ₁ ⁰β⁺ + ₁₄ ³⁰Si
• u umělé radioaktivity se vyskytuje záření β⁺
  • →pozitrony = proud kladně nabitých částic
  • vznik přeměnou protonů na neutrony a pozitrony
  • značení: ₁ ⁰β⁺  ~ ₁ ⁰e^–

₁ ¹p⁺ → ₁ ⁰e⁺ + ₀ ¹n

 

VYUŽITÍ RADIOAKTIVNÍHO ZÁŘENÍ

• tepelný efekt (z 1g Ra se rozpadem získá stejné mn. tepla jako při spálení 500kg č. uhlí)
• lékařství (radioterapie, ozařování nádorů)
• věda (výzkumy)
• atomové elektrárny (pomalý atomový rozpad)
• atomové bomby (rychlý atomový rozpad)

 

OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM

• při rentgenování používat ochranné zástěry, límce z olova, hlásit těhotenství
• aplikace barytové omítky (z BaSO₄ ) –pohlcuje rad. záření
• nechat si změřit rad. záření v domě

 

ŘÍZENÁ REAKCE

• v jaderných elektrárnách
• jako palivo se užívají nuklidy ²³⁹Pu a ²³⁵U
• ²³⁵U – zisk z uranové rudy=smolinec : UO₂ . 2 UO₃ ~ U₃O₈
• →neutrony n⁰  → rozpadá se na Ba + Kr + 2-3n⁰  → neutrony takto vzniklé mohu dále „bombardovat“ další nuklidy uranu → proto se v jaderných elektrárnách volné neutrony zpomalují (moderátory – grafit ) a ty nadbytečné se zachycují pomocí regulačních tyčí vyrobených z karbidu boru nebo slitin kadmia

235 92U + 10n → 140 56Ba + 93 36Kr  + 2-3 1 0n0 + energie

 

POLOČAS ROZPADU –  Ƭ ½

• = doba za kterou se rozpadne právě polovina přítomných jader radioaktivních nuklidů
• po uplynutí desetinásobku → látka = „vymřelá“
• u každé látky se Ƭ ½ liší – jsou tím charakteristické
• ²⁴² ₈₄Po ( Ƭ ½ = 3. 10^-4 s)
• ²³² ₉₀Th ( Ƭ ½ = 13,9 mld. let)
• ²³⁸ ₉₂U ( Ƭ ½ = 4,5 mld. let)
• ²³⁵ ₉₂U (Ƭ ½ = 710 mld. let)
• ¹⁴ ₆C (Ƭ ½ = 5 730 let) → jediný radioakt. uhlík (zjišťování paleontologických vykopávek)
• →určování stáří archeologických nálezů radiouhlíkovou metodou:
• za 5730 let dojde v 1g ¹⁴ ₆C k 8 rozpadům za minutu→ pokud tedy zjistíme, že v 1g C obsaženém ve zbytcích kostry proběhnou 4 rozpady za minutu, stáří kostry bude 11 460 let (dvojnásobek, čím je kostra starší, tím méně proběhne rozpadů)

 

RADIOAKTIVNÍ ROZPADOVÉ ŘADY

• = rozpadem výchozím radionuklidů se zahájí řetězec přeměn, v jehož průběhu postupně
  vzniká řada rad. nuklidů ,která je zakončena stabilními nuklidy olova
• a) přírodní  
  • 1) thorinová ²³² ₉₀Th → 12 členů → ²⁰⁸ ₈₂Pb
  • 2) uranová ²³⁵ ₉₂U → 14 čl. → ²⁰⁷ ₈₂Pb
  • 3) aktinouranová ²³⁸ ₉₂U → 17 čl. → ²⁰⁶ ₈₂Pb
• b) umělá
  • = výchozí látka je uměle vytvořený radionuklid neptunium
  • ²³⁷Np* → 14 čl. → ²³⁹ ₈₃Bi  = neptunová řada – končí stabilním izotopem bismutu