Historia chemii nuklearnej, dziedzina studiów, obszary, zastosowania

Chemia nuklearna Jest to badanie zmian materii i ich właściwości iloczynu zjawisk, które wystąpiły w jądrach ich atomów; Nie bada sposobu, w jaki ich elektrony lub powiązania z innymi atomami tego samego lub innego elementu oddziałują.

Ta gałąź chemii koncentruje się następnie na jądrach i energii uwalnianych, gdy dodają lub tracą część swoich cząstek; które nazywane są nukleonami i które do celów chemicznych w istocie składają się z protonów i neutronów.

Radioaktywna koniczyna. Źródło: Pixabay.

Wiele reakcji jądrowych składa się ze zmiany liczby protonów i/lub neutronów, co powoduje transformację jednego elementu w drugi; Starożytny sen alchemików, którzy próbowali bezużytecznie przekształcić metal ołowiu w złoto.

Powyższe jest prawdopodobnie najbardziej zaskakującą cechą reakcji jądrowych. Jednak takie transformacje uwalniają ogromne ilości energii, oprócz przyspieszonych cząstek, które udaje się penetrować i niszczyć wokół nich materię (takie jak DNA naszych komórek) w zależności od związanej z nimi energii.

Oznacza to, że w reakcji jądrowej Różne rodzaje promieniowania są uwalniane, a gdy atom lub izotop uwalnia promieniowanie, mówi się, że jest to radioaktywne (radionukleidy). Niektóre promieniowanie może być nieszkodliwe, a nawet łagodne, stosowane do zwalczania komórek rakowych lub zbadania efektu farmakologicznego niektórych leków przez oznaczenie radioaktywne.

Inne promieniowanie są jednak destrukcyjne i śmiertelne dla minimalnego kontaktu. Niestety, kilka najgorszych katastrof w historii niosą symbol radioaktywności (koniczyna radioaktywna, obrazy).

Od broni nuklearnej, po epizody Czarnobylu i nieszczęścia odpadów radioaktywnych i ich wpływu na faunę, istnieje wiele katastrof wywołanych energią jądrową. Ale z drugiej strony energia jądrowa zagwarantuje niezależność innych źródeł energii i problemy z zanieczyszczeniem.

Byłoby (prawdopodobnie) czystą energią, zdolną do karmienia miast na wieczność, a technologia przekroczyłaby jej ziemskie granice.

Aby osiągnąć to wszystko przy najmniejszych celach ludzkich (i planetarnych), naukowe, technologiczne, ekologiczne i polityczne są potrzebne, aby „oswoić” i „naśladować” energię jądrową bezpiecznie i korzystną dla ludzkości oraz jej wzrostu i jej wzrostu energetyki.

[TOC]

Historia chemii nuklearnej

Albores

Opuszczając alchemików i ich kamień filozofa w przeszłości (chociaż ich wysiłki opłaciły istotne znaczenie dla zrozumienia chemii), nuklearna chemia narodziła.

Wszystko zaczęło się od odkrycia X -Kray dla Wilhelma Conrad Röntgen (1895) na Uniwersytecie Wurzburga. Badał promienie katodowe, gdy zauważył, że powstały dziwna fluorescencja, nawet z wyłączonym aparatem, zdolnym do przeniesienia nieprzezroczystego czarnego papieru, który obejmował rurki, w których opracowano eksperymenty.

Henri Becquerel, zmotywowany odkryciami z okazji X, zaprojektował własne eksperymenty, aby zbadać je z soli fluorescencyjnych, które zaciemniły płyty fotograficzne, chronione czarnym papierem, kiedy były podekscytowane światłem słonecznym.

Znaleziono go przypadkowo (ponieważ czas w Paryżu był wówczas pochmurny), że sole uranu zaciemniły płytki fotograficzne, niezależnie od źródła światła, które na nich wpłynęło. Doszedł wtedy do wniosku, że znalazł nowy rodzaj promieniowania: radioaktywność.

Curie Hoins 'Prace

Praca Becquerela była źródłem inspiracji dla Marie Curie i Pierre Curie do zagłębiania się w zjawisko radioaktywności (termin wymyślony przez Marie Curie).

Może ci służyć: związki organiczne

W ten sposób szukali innych minerałów (oprócz uranu), które również przedstawiłyby tę własność, stwierdzając, że ruda Pechblenda jest jeszcze bardziej radioaktywna, a zatem musiała posiadać inne substancje radioaktywne. Jak? Porównując prądy elektryczne wytwarzane przez jonizację cząsteczek gazowych wokół próbek.

Z mineralnej Pechblenda wyodrębnionej, po latach żmudnych prac radiometrycznych i pomiarów, radioaktywne radio (100 mg próbki 2000 kg) i Polonio. Curie określił również radioaktywność elementu Torio.

Niestety, do tego czasu zaczęły być wykryte szkodliwe skutki takiego promieniowania.

Pomiary radioaktywności ułatwiono rozwój księgowego Geigera (mając Hansa Geigera jako artefaktowego monety).

Frakcjonowanie jądra

Ernest Rutherford zaobserwował, że każdy radioizotop miał swój własny czas rozpadu, niezależnie od temperatury i że zmienia się wraz ze stężeniem i charakterystyką jąder.

Wykazało również, że te radioaktywne spadki są posłuszne kinetyce pierwszego zamówienia, którego czasy połowy (T_1/2), nadal są bardzo przydatne. Zatem każda substancja emituje radioaktywność ma inną T_1/2, który oscyluje od sekund, dni, do milionów lat.

Oprócz wszystkich powyższych, model atomowy zaproponowany po wynikach jego eksperymentów promieniujących z cząstkami alfa (jądra helu) bardzo cienki arkusz złota. Ponownie pracując z cząstkami Alfas, osiągnął transmutację atomów azotu na atomy tlenu; to znaczy udało mu się przekonwertować jeden element na drugi.

W ten sposób wykazano od razu, że atom nie był niepodzielny, a tym bardziej, gdy został bombardowany przez przyspieszone cząstki i „wolne” neutrony.

Kierunek studiów

Praktyka i teoria

Ci, którzy decydują się na poddanie się, aby być częścią specjalistów chemii nuklearnej, mogą wybrać kilka dziedzin badań lub badań, a także różnych dziedzin pracy. Podobnie jak wiele gałęzi nauki, mogą poświęcić się praktyce lub teorii (lub oba jednocześnie) na odpowiednich dziedzinach.

Przykład kinematograficzny można zobaczyć w filmach o superbohaterach, w których naukowcy zdobywają jednostkę do zdobycia super Powers (takich jak Hulk, The Fantastic Four, Spiderman i Dr. Manhattan).

W prawdziwym życiu (przynajmniej powierzchownie) chemikalia jądrowe są sprzeczne z projektowaniem nowych materiałów zdolnych do oporu ogromnej oporności jądrowej.

Materiały te, podobnie jak oprzyrządowanie, muszą być niezniszczalne i specjalne, aby wyodrębnić emisję promieniowania i ogromne temperatury uwolnione podczas rozpoczynania reakcji jądrowych; zwłaszcza fuzja nuklearna.

W teorii mogą oni zaprojektować symulacje, aby najpierw oszacować rentowność niektórych projektów i jak je poprawić przy niższych kosztach i negatywnym wpływie; lub modele matematyczne, które pozwalają na rozwiązywanie oczekujących tajemnic jądra.

Studiują i pozują.

Typowe prace

Poniżej znajduje się krótka lista typowych dzieł, które chemika nuklearna może ćwiczyć:

-Kierują badania w laboratoriach rządowych, przemysłowych lub akademickich.

-Przetwarzają setki danych za pomocą pakietów statystycznych i analizy wielowymiarowej.

-Uczyć na uniwersytetach.

-Opracowują bezpieczne źródła radioaktywności dla różnych zastosowań, w których angażują ogół społeczeństwa, lub są stosowane w urządzeniach lotniczych.

-Techniki i urządzenia projektowe, które wykrywają i monitorują radioaktywność w środowisku.

-Gwarantują, że w laboratoriach warunki są optymalne w manipulacji materiałem radioaktywnym; które przychodzą do manipulacji nawet za pomocą robotycznych ramion.

Może Ci służyć: elektroda odniesienia: charakterystyka, funkcja, przykłady

-Jako technicy utrzymują dozymetry i zbierają próbki radioaktywne.

Obszary

Poprzednia sekcja opisana ogólnie w kategoriach, jakie są zadania chemika jądrowego w miejscu pracy. Teraz określa się nieco bardziej o różnych obszarach, w których występuje użycie lub badanie reakcji jądrowych.

Radioochemia

W radiu badany jest proces promieniowania. Oznacza to, że rozważa wszystkie radioizotopy, a także czas rozpadu, promieniowanie, które uwalnia (alfa, beta lub gamma), ich zachowanie w różnych środowiskach i ich możliwe zastosowania.

Być może jest to obszar chemii nuklearnej, który najczęściej się rozwijał w odniesieniu do innych. Był odpowiedzialny za korzystanie z radioizotopów i umiarkowanych dawek promieniowania inteligentnie i przyjazne.

Energia nuklearna

W tym obszarze chemikalia jądrowe, wraz z badaczami z innych specjalności, badań i projektowania bezpiecznych i kontrolowanych metod skorzystania z produktu energii jądrowej rozszczepienia jąder; to znaczy frakcjonowanie.

Zamierza to również zrobić z reakcjami fuzji jądrowej, takich jak ci, którzy chcieli oswoić małe gwiazdy, które przyczyniają się do ich energii; Z przeszkodą, że warunki są przytłaczające i nie ma materiału fizycznego zdolnego do ich oporu (wyobraź sobie blokowanie słońca w klatce, która nie jest oparta na intensywnym cieple).

Energia jądrowa może być wykorzystywana do korzystnych celów lub do celów wojennych w rozwoju większej liczby uzbrojenia.

Magazynowanie i marnotrawstwo

Problem, który reprezentuje odpady nuklearne, jest bardzo poważny i groźny. Z tego powodu w tym obszarze poświęcają się opracowywaniu strategii „uwięzienia ich” w taki sposób, że promieniowanie, które emitują, nie przejrzało ich powłoki ograniczającej; Coraza, który musi być w stanie oprzeć się trzęsieniu ziemi, powodzi, wysokich ciśnieniach i temperaturach itp.

Sztuczna radioaktywność

Wszystkie elementy ruchu są radioaktywne. Zostały one zsyntetyzowane różnymi technikami, w tym: bombardowanie jąder z neutronami lub innymi przyspieszonymi cząsteczkami.

Aby to zrobić, wykonano liniowe akceleratory lub cyklotry (które mają kształt, jak D). W nich cząstki przyspieszają przy prędkościach blisko prędkości światła (300.000 km/s), a następnie zderzaj się z celem.

Tak więc narodziło się kilka sztucznych, radioaktywnych elementów i że ich obfitość na Ziemi jest nieważna (chociaż mogą one naturalnie istnieć w regionach kosmosu).

W niektórych akceleratorach moc zderzeń jest taka, że ​​zachodzi rozpad materii. Analizując fragmenty, które ledwo można wykryć przez ich krótkie życie, możliwe było dowiedzieć się więcej w dziale kompendium cząstek atomowych.

Aplikacje

Chłodzące wieże elektrowni jądrowej. Źródło: Pixabay.

Na górnym obrazie pokazano dwie charakterystyczne wieże chłodzące roślin jądrowych, których roślina może karmić całe miasto elektryczne; Na przykład fabryka Springfield, w której pracuje Homero Simpson i od którego posiada pan Burns.

Następnie elektrownie jądrowe wykorzystują energię uwolnioną z reaktorów jądrowych, aby zaspokoić potrzebę energii. To idealne i obiecujące zastosowanie chemii nuklearnej: nieograniczona energia.

W całym artykule wspomnienie, w sposób dorozumiany, złożono liczne zastosowania chemii nuklearnej. Inne aplikacje nie tak oczywiste, ale są obecne w życiu codziennym, są następujące poniżej.

Medycyna

Technika sterylizacji materiału chirurgicznego jest napromieniowanie go promieniowaniem gamma. To całkowicie niszczy mikroorganizmy, które mogą się pomieścić. Proces jest zimny, więc niektóre materiały biologiczne, wrażliwe na wysokie temperatury, można również poddać tym dawkom promieniowania.

Może ci służyć: rozgałęzione alkany

Efekt farmakologiczny, dystrybucja i eliminacja nowych leków ocenia się za pomocą radioizotopów. Z wydanym detektorem promieniowania możesz mieć prawdziwy obraz rozkładu leków w ciele.

Ten obraz pozwala określić, jak długo lek działa na pewną tkankę; Jeśli nie wchłania się prawidłowo lub jeśli pozostanie we właściwym czasie.

Ochrona żywności

Podobnie, przechowywane żywność można promieniować za pomocą umiarkowanej dawki promieniowania gamma. Jest to odpowiedzialne za eliminowanie i niszczenie bakterii, utrzymywanie jadalnej żywności na dłużej.

Na przykład pakiet truskawkowy może być utrzymywany świeżo po nawet piętnastu dniach przechowywania za pomocą tej techniki. Promieniowanie jest tak słabe, że powierzchnia truskawek nie przenika; I dlatego nie są zanieczyszczeni, ani nie stają się „radioaktywnymi truskawkami”.

Wykrywacze dymu

W detektorach dymu jest tylko kilka miligramów Ameryki (²⁴¹JESTEM). Ten radioaktywny metal do tych kwot wykazuje nieszkodliwe promieniowanie dla osób obecnych pod dachami.

On ²⁴¹AM emituje cząstki alfa i promienie gamma o niskiej energii, promienie te są w stanie uciec od detektora. Cząsteczki alfasowe jonizują tlen i cząsteczki powietrza. W detektorze różnica napięcia zebrała się i zamawia jony, wytwarzając niewielki prąd elektryczny.

Jony kończą w różnych elektrodach. Gdy dym wchodzi do komory wewnętrznej detektora, pochłania cząstki alfa, a jonizacja powietrza jest przerywana. W związku z tym prąd elektryczny zatrzymuje się i aktywowany alarm.

Eliminacja szkodników

W rolnictwie umiarkowane promieniowanie zostało wykorzystane do unicestania niepożądanych owadów upraw. Zatem unika się stosowania wysoce zanieczyszczających środków owadobójczych. W ten sposób negatywny wpływ na gleby, wody gruntowe i same uprawy są zmniejszone.

Randki

Za pomocą radioizotopów można określić wiek niektórych obiektów. W badaniach archeologicznych jest to bardzo interesujące, ponieważ pozwala oddzielić próbki i umieszczać je w odpowiednich czasach. Radioizotop stosowany w tej aplikacji to Par Excellence, Carbon 14 (¹⁴C). Jego T_1/2 To jest 5700 lat i możesz datować próbki do 50.000 lat.

Rozkład ¹⁴C był używany specjalnie do próbek biologicznych, kości, skamielin itp. Inne radioizotopy, takie jak ²⁴⁸U, masz T_1/2 miliony lat. Następnie pomiar stężeń ²⁴⁸U W próbce meteorytów, osadów i minerałów można ustalić, czy jest to ten sam wiek Ziemi.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Chemia. (8 wyd.). Cengage Learning.
2. Frank Kinard. (2019). Chemia nuklearna. Odzyskane z: chemistryrexplaed.com
3. Chemia nuklearna. (S.F.). Odzyskane z: SAS.Upenn.Edu
4. Mazur Matt. (2019). Oś czasu do historii chemii nuklearnej. Poprzedzają. Odzyskane z: poprzedzające.com
5. Sarah e. & Nyssa s. (S.F.). Odkrycie radioaktywności. Chemia librettexts. Odzyskane z: chem.Librettexts.org
6. Scottsdale, Brenda. (S.F.). Co robią chemicy nuklearni? Praca - Chron.com. Odzyskane z: praca.Chron.com
7. Wikipedia. (2019). Chemia nuklearna. Źródło: w:.Wikipedia.org
8. American Chemical Society. (2019). Chemia nuklearna. Kariera chemii. Źródło: ACS.org
9. Alan E. Waltar. (2003). Zastosowania medyczne, rolnicze i przemysłowe technologii nuklearnej. Pacific Northwest Laboratory.