Atom promieniotwórczość - Notatki - Chemia, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce
hannibal00
hannibal008 March 2013

Atom promieniotwórczość - Notatki - Chemia, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce

PDF (405.9 KB)
4 strony
409Liczba odwiedzin
Opis
Notatki przedstawiające zagadnienia z zakresu chemii: Atom; promieniotwórczość, układ okresowy pierwiastków,
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 4
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

ATOM – promieniotwórczość

Promieniowanie :

[±²] O trwałości jąder atomowych decydują głównie dwie siły: siły spójności jądra, w których

szczególną rolę pełni para proton-neutron i siły odpychania kulombowskiego jednoimiennych

protonów. Wraz z wzrostem wielkości jądra siły odpychania rosną szybko (skutek

zwiększania ilości protonów), szybciej niż przeciwstawiające się im siły spójności. Dla

ciężkich jąder (o liczbie masowej większej od 100), szczególnie w niekorzystnym dla

trwałości jądra przypadku znacznego nadmiaru ilości neutronów nad protonami, może

dochodzić do samorzutnej przemiany jądrowej (izotopy promieniotwórcze) polegającej na

wyrzuceniu z jądra atomu elektronu ( - ), pozytonu (+), cząstki  (jądro helu) - czemu

towarzyszy elektromagnetyczne promieniowanie . Niektóre izotopy promieniotwórcze

lżejszych atomów otrzymuje się sztucznie, lub, jak np. radioaktywny izotop węgla 14

C,

powstają pod wpływem promieniowania kosmicznego (patrz zegar węglowy).

Rozpad promieniotwórczy jąder atomowych jest reakcją pierwszego rzędu, tzn. że w

reakcji bierze udział jedna cząsteczka, a konsekwencją tego jest stała wartość czasu

połowicznej przemiany. Czas połowicznej przemiany, oznaczany jako t0,5 jest to czas, w

którym przemianie ulegnie dokładnie połowa wyjściowej ilości substancji. Zatem po czasie

połowicznej przemiany pozostanie niezmieniona 1/2 wyjściowej ilości promieniotwórczego

izotopu, po dwóch okresach t0,5 pozostanie 1/2 z 1/2 czyli 1/4, po następnym t0,5 1/8 itd. Czas

połowicznej przemiany przyjmuje wartości w bardzo szerokim zakresie - od paru sekund do

tysięcy lat. Znając wartość t0,5 konkretnej reakcji rozpadu jądra możemy oznaczyć jego ilość

w czasie przeszłym A (zasada obliczania czasu "zegarem węglowym") lub obliczyć jego ilość

po pewnym czasie (Ax). Do obliczeń stosujemy wzór:

Promieniowanie  stanowią cząstki o liczbie masowej 4 i ładunku +2 (jądra helu). Ze względu na swą olbrzymią masę i rozmiary, cząstki mają zasięg niewielki (liczony

w centymetrach) i równie niewielką przenikliwość (nawet kartka papieru może być skuteczną

zasłoną przed tym promieniowaniem). Pierwiastki -promieniotwórcze groźne są szczególnie

wtedy, gdy dostaną się do organizmu, zostaną wbudowane w tkanki i tym sposobem przed

długi czas będą oddziaływać niekorzystnie na organizm.

Jądro emitując cząstkę  zmienia się w pierwiastek o liczbie atomowej o 2 mniejszej, w

izotop o liczbie masowej o 4 mniejszej od wyjściowego atomu.

Promieniowanie - stanowią elektrony. Zasięg mają znacznie większy niż  (liczony w metrach) i również większą przenikliwość (lecz osłona z pleksi [szkła

organicznego] stanowi już dostateczne zabezpieczenie). Groźne są w sposób analogiczny do

pierwiastków -promieniotwórczych.

Jądro emitując cząstkę - zmienia się w pierwiastek o liczbie atomowej o 1 większej, gdyż

wyrzucając elektron z jądra zamienia jeden neutron w proton. Otrzymany izotop ma liczbę

docsity.com

masową identyczną z atomem wyjściowym.

Promieniowanie + stanowią pozytony (dodatnie elektrony). Właściwości analogicznie jak 

Jądro emitując cząstkę  + zmienia się w pierwiastek o liczbie atomowej o 1 mniejszej od

wyjściowego atomu, gdyż wyrzucając dodatni elektron z jądra zamienia jeden proton w

neutron. Otrzymany izotop ma liczbę masową identyczną z atomem wyjściowym.

Promieniowanie  stanowią fale elektromagnetyczne o dużej energii. Tym sposobem jądro "reguluje" różnice energetyczne między energią wyjściowego atomu a sumą

energii promieniowania korpuskularnego (masowego ,) i atomu potomnego.

Jądro emitując promieniowanie  nie zmienia ani liczby atomowej ani masowej.

Jest to promieniowanie o dużej przenikliwości (skuteczną osłoną są grube warstwy ciężkich

metali) i dalekim zasięgu. Pochłonięcie przez organizm żywy większej dawki

promieniowania prowadzi do zmian genetycznych, zwiększenia zachorowalności na choroby

nowotworowe, wystąpienia choroby popromiennej, a przy szczególnie dużych dawkach do

szybkiego zgonu. Tę zdolność do niszczenia materii żywej (szczególnie młodych komórek

w etapie wzrostu) wykorzystano do niszczenia komórek nowotworowych, które ze względu

na swą fazę rozwoju są szczególnie podatne na niszczące działanie promieniowania

jonizującego.

Czas połowicznej przemiany, okres półtrwania, okres połowicznej przemiany - czas, w którym ulegnie przemianie (reakcji) połowa wyjściowej ilości substratu. W przypadku

przemiany promieniotwórczej, przebiegającej według równania reakcji pierwszego rzędu,

czas połowicznej przemiany jest stały, niezależny od ilości (zawartości) promieniotwórczego

izotopu, co pozwala obliczyć pozostałość po upływie n okresów połowicznej przemiany jako

0,5 n , np. po 4 t0,5 pozostanie 0,5

4 czyli 1/16 (około 6%) początkowej ilości substratu (izotopu

promieniotwórczego). Zależność tę wykorzystuje się w procesie obliczania wieku niektórych

przedmiotów na podstawie tzw. zegara węglowego.

Zegar węglowy to określenie na sposób obliczania wieku przedmiotów wykonanych z tworzyw będących niegdyś materią ożywioną.

Azot zawarty w atmosferze ziemskiej jest bombardowany przez elektrony promieniowania

kosmicznego i pod ich wpływem przechodzi w -promieniotwórczy izotop węgla 14C

14N + e- ——> 14C

bowiem elektron "zobojętnia" jeden proton w jądrze i 7N przechodzi w 6C.

Przy założeniu, że w oznaczanym okresie ilość azotu w atmosferze i natężenie

promieniowania kosmicznego nie ulegało znaczącym zmianom, można przyjąć, że również

stężenie izotopu 14

C w przyrodzie jest stałe. Ponieważ związki zawierające węgiel 14

C,

analogicznie jak związki z węglem 12

C, krążą w przyrodzie i są pobierane przez organizmy

żywe, również w przyrodzie ożywionej stężenie 14

C jest stałe, tak długo jak długo żyją

organizmy (np. drzewo, jak długo pobiera CO2 z atmosfery). W momencie wyłączenia

danego organizmu z łańcucha obiegu węgla w przyrodzie (ścięcie drzewa, lnu, konopi itp.)

zawarty w nich węgiel 14

C, jako pierwiastek promieniotwórczy, już tylko zanika powoli

ze stałym okresem półtrwania wynoszącym 5570 lat. Zakładając, że stężenie izotopu 14

C

w momencie ścięcia drzewa było identyczne jak obecnie i określając na podstawie pomiaru

natężenia promieniowania aktualne stężenie węgla 14

C w badanym materiale można, znając

docsity.com

okres półtrwania, obliczyć czas jaki upłynął np. od momentu ścięcia drzewa, z którego

wykonano przedmiot.

ATOM - układ okresowy pierwiastków

W bardzo dużym uproszczeniu można powiedzieć, że chemiczne właściwości pierwiastków zależą od dwóch czynników - ilości elektronów walencyjnych i ilości powłok elektronowych w danym pierwiastku. Pamiętając, że kolejne orbitale zapełniają się zgodnie z regułą Hunda, a ilość orbitali na danej powłoce determinowana jest główną liczbą kwantową, nie trudno przewidzieć, że po zapełnieniu niższej powłoki następne pierwiastki zaczną zapełniać wyższą powłokę, powtarzając konfiguracje elektronów walencyjnych. Pierwiastki o podobnej konfiguracji elektronów walencyjnych będą miały podobne właściwości chemiczne (a czasem i fizyczne), lecz ze względu na inną energie tych elektronów (większa odległość od jądra atomowego) właściwości te będą ulegać systematycznie niewielkim zmianom w zależności od liczby atomowej. Poniżej przedstawiono przykładową grupę fluorowców i jej konfiguracje elektronowe:

Powłoka12345 właściwości

orbitalsspspdspdfspdf

Konfiguracja

elektronowa

2 25 F2; fluor, gaz, silny utleniacz, wartościowość –1,

z wodorem tworzy związek o charakterze kwasu

2 2 6 25 Cl2; chlor, gaz, utleniacz; wartościowość –1 do

+6; reszta j.w.

2 2 6 2 6 10 25 Br2; brom, ciecz, reszta j.w.

2 2 6 2 6 10 2 6 10 25 I2; jod, sublimujące ciało stałe; reszta j.w.

Układ okresowy pierwiastków, jest to uporządkowany zbiór wszystkich znanych

pierwiastków. Pierwiastki są pogrupowane w okresy (poziome rzędy tablicy), zgodnie z

rosnąca liczbą atomową. Pierwiastki o takiej samej strukturze elektronów walencyjnych

zebrane są w grupy (kolumny tablicy). Właściwości chemiczne i fizykochemiczne

pierwiastków zmieniają się dość systematyczne wzdłuż okresów (zmiana konfiguracji

powłoki walencyjnej) i grup (zmiana głównej liczby kwantowej). Ponieważ głównym

"motorem" aktywności chemicznej atomów jest chęć uzyskania oktetu elektronowego na

powłoce walencyjnej i związana z tym elektroujemność pierwiastka, podstawowe

właściwości chemiczne pierwiastków zmieniają się głównie wzdłuż okresów (wartościowość,

elektroujemność i charakter metaliczny, zdolności utleniania, itp.), zaś w obrębie grupy te

same właściwości zmieniają się w sposób łagodniejszy. Ponieważ jednak zmiany te

przebiegają i wzdłuż okresów i w obrębie grupy, dość często mówimy, że zmieniają się one

"po przekątnej" układu (np. elektroujemność).

Grupy układu okresowego podzielone są na trzy bloki: blok s (dwie pierwsze grupy, tzw. I i II

grupa główna, elektrony walencyjne znajdują się wyłącznie na orbitalu s), blok p (sześć

ostatnich grup układu, tzw. III-VIII grupa główna, elektrony walencyjne wypełniają orbitale

typu p) oraz blok d. Temu ostatniemu musimy teraz poświecić nieco więcej uwagi.

docsity.com

W obrębie pierwszych trzech okresów, okresowość związana jest z liczba atomową w sposób

nie budzący żadnych wątpliwości. Elektrony systematycznie wypełniają poszczególne

orbitale, przechodząc na wyższy po zapełnieniu niższego. Od czwartego okresu ta idealna

okresowość zaczyna ulegać pewnym zakłóceniom. Trzeci okres charakteryzuje się

występowaniem orbitali typu d, które - zgodnie z dotychczasowym przebiegiem wypełniania

orbitali - powinny wypełniać się po zapełnieniu orbitali 3p. W rzeczywistości jest nieco

inaczej. Dwa pierwsze pierwiastki czwartego okresu, pozostawiając niezapełnione orbitale

3d, przechodzą do zapełniania orbitalu 4s (potas i wapń) i dopiero następny skand (Sc)

zaczyna wypełnianie orbitali 3d. Kolejne pierwiastki wypełniające orbital d niższej powłoki,

przy zapełnionym orbitalu s wyższej, tworzą blok d. Dzieje się tak ze względu na energie

charakteryzujące poszczególne orbitale. W okresie 6 i 7 dodatkowe komplikacje wprowadza

konieczność wypełniania orbitali f, które pojawiają się już w atomach pierwiastków okresu 4.

Zatem w bloku d pojawiają się dwie dodatkowe grupy pierwiastków, od nazw pierwszych

pierwiastków w nich występujących nazwane grupą lantanowców (uzupełniają 4f) i

aktynowców (uzupełniają 5f).

Ze względu na istnienie nieobsadzonych (lub obsadzonych tylko częściowo) orbitali,

pierwiastki bloku d, zwane niekiedy pierwiastkami przejściowymi, charakteryzują się dużą

zmiennością swych właściwości chemicznych. Często występują na kilku różnych stopniach

utlenienia (np. chrom od +3 w wodorotlenku do +6 w chromianach, czy mangan od +2 do +7)

i dość łatwo tworzą związki kompleksowe o dość skomplikowanej strukturze. W wielu

przypadkach nie da się tu prosto przewidzieć właściwości konkretnego pierwiastka - często

trzeba się ich nauczyć na pamięć.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome