Skip to content

Archives

  • Leden 2022
  • Prosinec 2021
  • Listopad 2021
  • Říjen 2021
  • Září 2021

Categories

  • Žádné rubriky
Trend RepositoryArticles and guides
Articles

Introductory Chemistry – 1st Canadian Edition

On 27 listopadu, 2021 by admin
  • Cíle výuky
  • Příklad 1
  • Příklad 2
  • Klíčové poznatky
  • Cvičení

Cíle výuky

1. Definujte a uveďte příklady hlavních typů radioaktivity.

V kapitole 3 „Atomy, molekuly a ionty“ jsme viděli, že atomy se skládají ze subatomárních částic – protonů, neutronů a elektronů. Protony a neutrony se nacházejí v jádře a zajišťují většinu hmotnosti atomu, zatímco elektrony obklopují jádro ve slupkách a podslupkách a odpovídají za velikost atomu.

V kapitole 3 „Atomy, molekuly a ionty“ jsme se také seznámili se zápisem pro stručné vyjádření izotopu určitého atomu:

612C

Prvkem v tomto příkladu, reprezentovaným symbolem C, je uhlík. Jeho atomové číslo, 6, je index vedle symbolu a vyjadřuje počet protonů v atomu. Hmotnostní číslo, horní index vedle symbolu, je součet počtu protonů a neutronů v jádře tohoto konkrétního izotopu. V tomto případě je hmotnostní číslo 12, což znamená, že počet neutronů v atomu je 12 – 6 = 6 (to znamená, že hmotnostní číslo atomu minus počet protonů v jádře se rovná počtu neuronů). Občas se v tomto zápisu atomové číslo vynechává, protože samotný symbol prvku vyjadřuje jeho charakteristické atomové číslo. Dva izotopy vodíku – 2H a 3H – mají své vlastní názvy a symboly: deuterium (D) a tritium (T).

Atomová teorie v devatenáctém století předpokládala, že jádra mají pevné složení. V roce 1896 však francouzský vědec Henri Becquerel zjistil, že sloučenina uranu umístěná v blízkosti fotografické desky vytváří na desce obraz, i když je sloučenina zabalena v černé látce. Odůvodnil to tím, že uranová sloučenina vyzařuje určitý druh záření, které prochází látkou a exponuje fotografickou desku. Další výzkumy ukázaly, že záření je kombinací částic a elektromagnetického záření, jehož konečným zdrojem je atomové jádro. Tato vyzařování byla nakonec souhrnně nazvána radioaktivitou.

Existují tři hlavní formy radioaktivního vyzařování. První se nazývá částice alfa, která je symbolizována řeckým písmenem α. Částice alfa se skládá ze dvou protonů a dvou neutronů a je stejná jako jádro helia. (Pro označení částice alfa často používáme 24He.) Má náboj 2+. Když radioaktivní atom vyzáří částici alfa, atomové číslo původního atomu se sníží o dva (kvůli ztrátě dvou protonů) a jeho hmotnostní číslo se sníží o čtyři (kvůli ztrátě čtyř jaderných částic). Emisi částice alfa můžeme znázornit chemickou rovnicí – například emise částice alfa uranu-235 vypadá následovně:

92235U → 24He+90231Th

Tuto rovnici nenazýváme rovnicí chemickou, ale rovnicí jadernou, abychom zdůraznili, že ke změně dochází v atomovém jádře. Jak víme, že produktem této reakce je90231Th? Použijeme zákon zachování hmoty, který říká, že hmotu nelze vytvořit ani zničit. To znamená, že na obou stranách jaderné rovnice musíme mít stejný počet protonů a neutronů. Pokud naše jádro uranu ztratí 2 protony, zůstane 90 protonů, což identifikuje prvek jako thorium. Navíc pokud ztratíme 4 jaderné částice z původních 235, zůstane nám 231 částic. Pomocí odečítání tedy identifikujeme izotop atomu Th – v tomto případě 90231Th.

Chemisté často používají názvy mateřský izotop a dceřiný izotop pro označení původního atomu a jiného produktu než částice alfa. V předchozím příkladu je 92235U

rodičovský izotop a 90231Th je dceřiný izotop. Když se jeden prvek tímto způsobem mění na jiný, podléhá radioaktivnímu rozpadu.

Příklad 1

Napište jadernou rovnici, která představuje radioaktivní rozpad radonu-222 emisí částic alfa, a určete dceřiný izotop.

Řešení

Radon má atomové číslo 86, takže mateřský izotop je reprezentován jako Th 86222Rn. Částici alfa představíme jako 24He a pomocí odečítání (222 – 4 = 218 a 86 – 2 = 84) určíme dceřiný izotop jako polonium:

86222Rn → 24He + 84218Po

Vyzkoušejte si

Napište jadernou rovnici, která představuje radioaktivní rozpad polonia-208 emisí částic alfa, a určete dceřiný izotop.

Odpověď

84208Po → 24He + 82204Pb; dceřiný izotop: 82204Pb

Druhý hlavní typ radioaktivní emise se nazývá částice beta, která se symbolizuje řeckým písmenem β. Částice beta je elektron vyvržený z jádra (nikoliv ze slupek elektronů kolem jádra) a má náboj 1-. Částice beta je elektron vyvržený z jádra (nikoliv ze slupek elektronů kolem jádra). Částici beta můžeme také znázornit jako -10e. Čistý účinek emise částic beta na jádro je ten, že se neutron přemění na proton. Celkové hmotnostní číslo zůstává stejné, ale protože se počet protonů zvýší o jeden, atomové číslo se zvýší o jeden. Uhlík-14 se rozpadá vyzářením částice beta:

614C → 714N +-10e

Součet atomových čísel je opět na obou stranách rovnice stejný, stejně jako součet hmotnostních čísel. (Všimněte si, že elektronu je přiřazeno „atomové číslo“ -1, které se rovná jeho náboji.)

Třetím hlavním typem radioaktivního záření není částice, ale velmi energetická forma elektromagnetického záření zvaná záření gama, symbolizovaná řeckým písmenem γ. Záření gama samo o sobě nenese celkový elektrický náboj, ale může vyrazit elektrony z atomů ve vzorku látky a učinit jej elektricky nabitým (pro což se záření gama označuje jako ionizující záření). Například při radioaktivním rozpadu radonu-222 se vyzařuje jak záření alfa, tak záření gama, přičemž záření gama má energii 8,2 × 10-14 J na jedno rozpadlé jádro:

86222Rn → 24He + 84218Po + γ

To se nemusí zdát jako velká energie, ale pokud by se rozpadl 1 mol atomů Rn, energie záření gama by činila 4,2 × 10-14 J.9 × 107 kJ!

Příklad 2

Napsat jadernou rovnici, která představuje radioaktivní rozpad boru-12 emisí částic beta, a určit dceřiný izotop. Současně s částicí beta je emitováno záření gama.

Řešení

Mateřský izotop je 512B, zatímco jeden z produktů je -10e. Aby hmotnostní a atomové číslo mělo na obou stranách stejnou hodnotu, musí být hmotnostní číslo dceřiného izotopu 12 a jeho atomové číslo musí být 6. Z toho vyplývá, že dceřiný izotop má stejnou hmotnost a atomové číslo. Prvek s atomovým číslem 6 je uhlík. Úplná jaderná rovnice tedy vypadá takto:

512B → 612C + -10e + γ

Dceřiným izotopem je uhlík-12.

Vyzkoušejte se

Napsat jadernou rovnici, která představuje radioaktivní rozpad technecia-133 emisí částic beta, a určit dceřiný izotop. Současně s částicí beta je emitováno záření gama.

Odpověď

43133Tc → 44133Ru + -10e + γ; dceřiný izotop: ruthenium-133

Emitace alfa, beta a gama mají rozdílnou schopnost pronikat hmotou. Relativně velká částice alfa je hmotou snadno zastavena (i když může předat hmotě, s níž se setká, značné množství energie). Částice beta pronikají do hmoty nepatrně, maximálně snad několik centimetrů. Paprsky gama mohou proniknout hluboko do hmoty a mohou předat okolní hmotě velké množství energie. Tabulka 15.1 „Tři hlavní formy radioaktivních emisí“ shrnuje vlastnosti tří hlavních typů radioaktivních emisí.

Tabulka 15.1 Tři hlavní formy radioaktivních emisí

.

Charakteristika Částice alfa Částice beta Paprsky gama
symboly α, 24He β, -10e γ
identifikace jádro helia elektron elektromagnetické záření
náboj 2+ 1- žádný
hmotnostní číslo 4 0 0
pronikavá síla minimální (nepronikne kůží) krátký (nepronikne kůží) krátký (pronikne kůží) mírně pronikne kůží a některými tkáněmi) hluboká (pronikne tkáněmi hluboko)

Příležitostně, atomové jádro rozpadne na menší části v radioaktivním procesu zvaném spontánní štěpení (nebo štěpení). Dceřiné izotopy vznikající při štěpení jsou obvykle pestrou směsí produktů, nikoliv konkrétním izotopem jako při emisi částic alfa a beta. Při štěpení často vzniká přebytek neutronů, které se někdy zachytí na jiných jádrech, což může vyvolat další radioaktivní události. Uran-235 podléhá spontánnímu štěpení v malé míře. Jednou z typických reakcí je

92235U → 56139Ba + 3694Kr + 2 01n

kde 01n je neutron. Jako u každého jaderného procesu musí být součty atomových čísel a hmotnostních čísel na obou stranách rovnice stejné. Spontánní štěpení se vyskytuje pouze u velkých jader. Nejmenší jádro, které vykazuje spontánní štěpení, je olovo-208. (Štěpení je radioaktivní proces používaný v jaderných elektrárnách a v jednom typu jaderné bomby.)

Klíčové poznatky

  • Mezi hlavní druhy radioaktivity patří částice alfa, částice beta a záření gama.
  • Štěpení je druh radioaktivity, při kterém se velká jádra samovolně rozpadají na menší jádra.

Cvičení

  1. Definice radioaktivity.

  2. Uveďte příklad radioaktivního prvku. Jak poznáte, že je radioaktivní?

  3. Kolik protonů a neutronů je v jednotlivých izotopech?

a) 511B

b) 1327Al

c) 56Fe

d) 224Rn

4. Jaký prvek je radioaktivní? Kolik protonů a neutronů obsahují jednotlivé izotopy

a) 12H

b) 48112Cd

c) 252Es

d) 40K

5. Jaký je počet protonů v jednotlivých izotopech? Popište částici alfa. Jakému jádru odpovídá

6. Popište částici beta. Jaké subatomární částici odpovídá?

7. Co jsou to paprsky gama?

8. Proč je nevhodné označovat paprsky gama jako „částice gama“?

9. Co je to gama? Plutonium má atomové číslo 94. Jaké je jeho atomové číslo? Napište jadernou rovnici pro emisi částic alfa plutonia-244. Jaký je tento dceřiný izotop?

10. Francium má atomové číslo 87. Napište jadernou rovnici pro emisi alfa částic francia-212. Jaký je dceřiný izotop?

11. Jaký je dceřiný izotop francia? Cín má atomové číslo 50. Napište jadernou rovnici pro emisi částic beta cínu-121. Jaký je dceřiný izotop?

12. Jaký je dceřiný izotop? Technecium má atomové číslo 43. Napište jadernou rovnici pro emisi částic beta technecia-99. Jaký je dceřiný izotop?

13. Jaký je dceřiný izotop? Energie záření gama se obvykle vyjadřují v jednotkách megaelektronvoltů (MeV), kde 1 MeV = 1,602 × 10-13 J. Na základě údajů uvedených v textu vypočítejte energii v megaelektronvoltech záření gama emitovaného při rozpadu radonu-222.

14. Jaká je energie záření gama emitovaného při rozpadu radonu-222? Energie záření gama vyzářeného při rozpadu kyslíku-19 na částici beta je 0,197 MeV. Jaká je jeho energie v joulech? (Definici megaelektronvoltu naleznete ve cvičení 13.)

15. Co je to megaelektronvolt? Co proniká do hmoty hlouběji – částice alfa nebo částice beta? Navrhněte způsoby ochrany před oběma částicemi.

16. Jaké jsou možnosti ochrany před částicemi beta? Která částice proniká hmotou hlouběji – částice alfa nebo záření gama? Navrhněte způsoby, jak se chránit před oběma zářeními.

17. Navrhněte způsoby, jak se chránit před oběma zářeními. Definujte štěpení jádra.

18. Co je to štěpení jádra? Jaká obecná vlastnost je obvykle nutná k tomu, aby jádro prošlo spontánním štěpením.

Odpovědi

Radioaktivita je spontánní emise částic a elektromagnetického záření z jader nestabilních atomů.

a) 5 protonů; 6 neutronů

b) 13 protonů; 14 neutronů

c) 26 protonů; 30 neutronů

d) 86 protonů; 138 neutronů

Částice alfa je soubor dvou protonů a dvou neutronů a odpovídá jádru helia.

Částice gama jsou vysokoenergetické elektromagnetické záření uvolňované při radioaktivním rozpadu.

94244Pu→92240U +24He; dceřiný izotop: 240U

50121Sn→51121Sb + -10e; dceřiný izotop: 121Sb

0,51 MeV

Částice beta pronikají více. K zablokování obou částic stačí silná stěna z inertní hmoty.

Štěpení jádra je rozpad velkých jader na menší jádra, obvykle s uvolněním přebytečných neutronů.

.

Napsat komentář Zrušit odpověď na komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Archivy

  • Leden 2022
  • Prosinec 2021
  • Listopad 2021
  • Říjen 2021
  • Září 2021

Základní informace

  • Přihlásit se
  • Zdroj kanálů (příspěvky)
  • Kanál komentářů
  • Česká lokalizace
  • DeutschDeutsch
  • NederlandsNederlands
  • SvenskaSvenska
  • DanskDansk
  • EspañolEspañol
  • FrançaisFrançais
  • PortuguêsPortuguês
  • ItalianoItaliano
  • RomânăRomână
  • PolskiPolski
  • ČeštinaČeština
  • MagyarMagyar
  • SuomiSuomi
  • 日本語日本語

Copyright Trend Repository 2022 | Theme by ThemeinProgress | Proudly powered by WordPress