chimie nucleară Este studiul modificărilor materiei și a proprietăților sale ca urmare a fenomenelor care au loc în nucleele atomilor săi; nu studiază modul în care electronii săi interacționează sau legăturile lor cu alți atomi cu același element sau cu elemente diferite.
Această ramură a chimiei se concentrează apoi asupra nucleelor și energiilor eliberate atunci când adaugă sau își pierd unele particule; care se numesc nucleoni și care în scopuri chimice constau în esență din protoni și neutroni.
Multe reacții nucleare constau într-o schimbare a numărului de protoni și / sau neutroni, care are drept consecință transformarea unui element în altul; vis antic al alchimiștilor, care au încercat în zadar să transforme metalul de plumb în aur.
Aceasta este poate cea mai surprinzătoare caracteristică a reacțiilor nucleare. Cu toate acestea, astfel de transformări eliberează cantități enorme de energie, precum și particule accelerate care reușesc să pătrundă și să distrugă materia din jurul lor (cum ar fi ADN-ul celulelor noastre) în funcție de energia lor asociată..
Adică, într-o reacție nucleară sunt eliberate diferite tipuri de radiații, iar atunci când un atom sau izotop eliberează radiații, se spune că este radioactiv (radionuclizi). Unele radiații pot fi inofensive și chiar benigne, utilizate pentru combaterea celulelor canceroase sau pentru a studia efectul farmacologic al anumitor medicamente prin etichetare radioactivă.
Alte radiații, pe de altă parte, sunt distructive și mortale la contactul minim. Din păcate, câteva dintre cele mai grave catastrofe din istorie poartă cu ele simbolul radioactivității (trifoi radioactiv, imagine de sus).
De la armele nucleare, la episoadele de la Cernobîl și nenorocirea deșeurilor radioactive și efectele sale asupra vieții sălbatice, există multe dezastre declanșate de energia nucleară. Dar, pe de altă parte, energia nucleară ar garanta independența față de alte surse de energie și de problemele de poluare pe care le cauzează..
Ar fi (probabil) energie curată, capabilă să alimenteze orașele pentru eternitate, iar tehnologia ar depăși limitele sale pământești.
Pentru a realiza toate acestea la cel mai mic cost uman (și planetar), sunt necesare programe și eforturi științifice, tehnologice, ecologice și politice pentru a „îmblânzi” și „imita” energia nucleară într-un mod sigur și benefic pentru umanitate și creșterea energetică a acesteia.
Indice articol
Lăsând alchimiștii și piatra filosofală a acestora în trecut (deși eforturile lor au dat roade de o importanță vitală pentru înțelegerea chimiei), chimia nucleară s-a născut atunci când a fost detectată prima dată ceea ce este cunoscut sub numele de radioactivitate..
Totul a început cu descoperirea razelor X de Wilhelm Conrad Röntgen (1895), la Universitatea din Wurzburg. Studiază razele catodice când a observat că acestea au provocat o fluorescență ciudată, chiar și cu dispozitivul oprit, capabil să pătrundă pe hârtia neagră opacă care acoperea tuburile în interiorul cărora au fost efectuate experimentele..
Henri Becquerel, motivat de descoperirile razelor X, și-a proiectat propriile experimente pentru a le studia din sărurile fluorescente, care întunecau plăcile fotografice, protejate de hârtie neagră, când erau excitate de lumina soarelui..
S-a constatat accidental (din moment ce vremea din Paris era tulbure în acel moment), că sărurile de uraniu au ascuns plăcile fotografice, indiferent de sursa de lumină care a căzut peste ele. Apoi a ajuns la concluzia că a găsit un nou tip de radiații: radioactivitatea.
Lucrarea lui Becquerel a servit drept sursă de inspirație pentru Marie Curie și Pierre Curie pentru a aprofunda fenomenul radioactivității (termen inventat de Marie Curie).
Astfel, au căutat alte minerale (pe lângă uraniu) care prezentau și această proprietate, constatând că pitchblenda minerală este și mai radioactivă și, prin urmare, trebuie să aibă și alte substanțe radioactive. Cum? Prin compararea curenților electrici generați de ionizarea moleculelor de gaz din jurul probelor.
După ani de extracție dificilă și măsurători radiometrice, a extras elementele radioactive radiu (100 mg dintr-o probă de 2000 kg) și poloniu din pitchblenda minerală. De asemenea, Curie a determinat radioactivitatea elementului toriu.
Din păcate, până atunci efectele dăunătoare ale unei astfel de radiații începeau să fie descoperite..
Măsurătorile de radioactivitate au fost facilitate odată cu dezvoltarea contorului Geiger (avându-l pe Hans Geiger ca co-inventator al artefactului).
Ernest Rutherford a observat că fiecare radioizotop avea propriul său timp de descompunere, independent de temperatură și că variază în funcție de concentrația și caracteristicile nucleelor..
El a demonstrat, de asemenea, că aceste dezintegrări radioactive se supun cineticii de ordinul întâi, a căror timp de înjumătățire (t1/2), sunt încă foarte utile astăzi. Astfel, fiecare substanță care emite radioactivitate are diferite t1/2, care variază de la secunde, zile, la milioane de ani.
În plus față de toate cele de mai sus, el a propus un model atomic bazat pe rezultatele experimentelor sale iradierea unei foi foarte subțiri de aur cu particule alfa (nuclei de heliu). Lucrând din nou cu particule alfa, a realizat transmutarea atomilor de azot în atomii de oxigen; adică reușise să convertească un element în altul.
Procedând astfel, s-a arătat imediat că atomul nu era indivizibil și cu atât mai puțin atunci când a fost bombardat de particule accelerate și neutroni „încet”..
Cei care decid să devină parte a specialiștilor în chimia nucleară pot alege din diverse domenii de studiu sau cercetare, precum și din diferite domenii de lucru. La fel ca multe ramuri ale științei, ele pot fi dedicate practicii sau teoriei (sau ambelor în același timp) în domeniile lor corespunzătoare.
Un exemplu cinematografic este văzut în filmele cu super-eroi, în care oamenii de știință obțin un individ să dobândească super-puteri (cum ar fi Hulk, cei patru fantastici, Spiderman și Doctorul Manhattan).
În viața reală (cel puțin superficial), chimiștii nucleari caută în schimb să proiecteze noi materiale capabile să reziste la o rezistență nucleară enormă..
Aceste materiale, precum instrumentele, trebuie să fie suficient de indestructibile și speciale pentru a izola emisia de radiații și temperaturile enorme declanșate la inițierea reacțiilor nucleare; în special cele de fuziune nucleară.
În teorie, pot proiecta simulări pentru a estima mai întâi fezabilitatea anumitor proiecte și cum să le îmbunătățească la cel mai mic cost și cu impact negativ; sau modele matematice care permit dezlegarea misterelor în așteptare ale nucleului.
De asemenea, studiază și propun modalități de depozitare și / sau tratare a deșeurilor nucleare, deoarece este nevoie de miliarde de ani pentru a se descompune și este extrem de poluant..
Iată o scurtă listă a locurilor de muncă tipice pe care le poate face un chimist nuclear:
-Efectuați cercetări în laboratoare guvernamentale, industriale sau academice.
-Procesați sute de date prin pachete statistice și analize multivariate.
-Ei predau la universități.
-Dezvoltă surse de radioactivitate sigure pentru diverse aplicații care implică un public larg sau pentru utilizare în dispozitive aerospațiale.
-Proiectați tehnici și dispozitive care detectează și monitorizează radioactivitatea din mediu.
-Acestea garantează că condițiile de laborator sunt optime pentru manipularea materialelor radioactive; pe care reușesc să le manipuleze chiar folosind brațe robotizate.
-Ca tehnicieni, ei mențin dozimetre și colectează probe radioactive.
Secțiunea anterioară a descris în termeni generali care sunt sarcinile unui chimist nuclear la locul său de muncă. Acum, se specifică puțin mai mult despre diferite domenii în care este prezentă utilizarea sau studiul reacțiilor nucleare..
În radiochimie, procesul de radiație în sine este studiat. Aceasta înseamnă că ia în considerare toate radioizotopii în profunzime, precum și timpul lor de descompunere, radiația pe care o eliberează (alfa, beta sau gamma), comportamentul lor în diferite medii și posibilele lor aplicații..
Acesta este probabil domeniul chimiei nucleare care a avansat cel mai mult astăzi în comparație cu celelalte. El a fost responsabil de utilizarea radioizotopilor și a dozelor moderate de radiații într-un mod inteligent și prietenos.
În acest domeniu, chimiștii nucleari, împreună cu cercetători din alte specialități, studiază și proiectează metode sigure și controlabile pentru a profita de energia nucleară produsă de fisiunea nucleelor; adică a fracționării sale.
La fel, se propune să facă același lucru cu reacțiile de fuziune nucleară, cum ar fi cele care ar dori să îmblânzească stelele mici care le furnizează energia; cu impedimentul că condițiile sunt copleșitoare și nu există nici un material fizic capabil să le reziste (imaginați-vă să închideți soarele într-o cușcă care nu se topește din cauza căldurii intense).
Energia nucleară poate fi utilizată fie în scopuri caritabile, fie în scopuri de război, pentru dezvoltarea mai multor arme..
Problema pusă de deșeurile nucleare este foarte gravă și amenințătoare. Din acest motiv, în acest domeniu, aceștia sunt dedicați conceperii unor strategii pentru a-i „întemnița” în așa fel încât radiația pe care o emit nu pătrunde în învelișul lor de izolare; coajă, care trebuie să poată rezista cutremurelor, inundațiilor, presiunilor și temperaturilor ridicate etc..
Toate elementele transuranice sunt radioactive. Au fost sintetizate folosind diferite tehnici, inclusiv: bombardarea nucleelor cu neutroni sau alte particule accelerate.
Pentru aceasta, s-a utilizat acceleratorii lineari sau ciclotronii (care sunt în formă de D). În interiorul lor, particulele sunt accelerate la viteze apropiate de cele ale luminii (300.000 km / s) și apoi se ciocnesc cu o țintă.
Astfel, s-au născut mai multe elemente artificiale, radioactive, iar abundența lor pe Pământ este zero (deși pot exista în mod natural în regiunile Cosmosului).
La unele acceleratoare puterea coliziunilor este de așa natură încât are loc o dezintegrare a materiei. Analizând fragmentele, care cu greu pot fi detectate datorită duratei lor scurte de viață, a fost posibil să aflăm mai multe despre compendiul particulelor atomice..
Imaginea de mai sus prezintă două turnuri de răcire caracteristice centralelor nucleare, a căror centrală poate alimenta cu energie electrică un întreg oraș; de exemplu, fabrica de la Springfield, unde lucrează Homer Simpson și care este deținută de domnul Burns.
Deci, centralele nucleare folosesc energia eliberată din reactoarele nucleare pentru a furniza o nevoie de energie. Aceasta este aplicația ideală și promițătoare a chimiei nucleare: energie nelimitată.
De-a lungul articolului, au fost menționate, implicit, numeroase aplicații ale chimiei nucleare. Alte aplicații nu atât de evidente, dar care sunt prezente în viața de zi cu zi, sunt următoarele mai jos.
O tehnică de sterilizare a materialului chirurgical este iradierea acestuia cu radiații gamma. Acest lucru distruge complet microorganismele pe care le pot adăposti. Procesul este rece, astfel încât anumite materiale biologice, sensibile la temperaturi ridicate, pot fi, de asemenea, supuse acestor doze de radiații..
Efectul farmacologic, distribuția și eliminarea noilor medicamente sunt evaluate prin utilizarea radioizotopilor. Cu un detector de radiații emis, puteți avea o imagine reală a distribuției medicamentului în organism.
Această imagine face posibilă determinarea cât timp acționează medicamentul asupra unui anumit țesut; dacă nu reușește să se absoarbă corespunzător sau dacă rămâne în interior mai mult decât este suficient.
În mod similar, alimentele depozitate pot fi iradiate cu o doză moderată de radiații gamma. Aceasta este responsabilă pentru eliminarea și distrugerea bacteriilor, menținerea alimentelor comestibile pentru o perioadă mai lungă de timp.
De exemplu, un pachet de căpșuni poate fi păstrat proaspăt după chiar 15 zile de depozitare folosind această tehnică. Radiația este atât de slabă încât nu pătrunde pe suprafața căpșunilor; și, prin urmare, nu sunt contaminate și nici nu devin „căpșuni radioactive”.
În interiorul detectoarelor de fum există doar câteva miligrame de americium (241A.M). Acest metal radioactiv la aceste cantități prezintă radiații inofensive pentru persoanele prezente sub acoperișuri..
241Am emite particule alfa și raze gamma cu energie redusă, aceste raze putând scăpa de detector. Particulele alfa ionizează moleculele de oxigen și azot din aer. În interiorul detectorului, o diferență de tensiune colectează și comandă ionii, producând un ușor curent electric..
Ionii ajung la diferiți electrozi. Când fumul intră în camera internă a detectorului, acesta absoarbe particulele alfa și ionizarea aerului este perturbată. În consecință, curentul electric este oprit și se activează o alarmă.
În agricultură, radiațiile moderate au fost folosite pentru a ucide insectele nedorite pe culturi. Astfel, se evită utilizarea insecticidelor foarte poluante. Acest lucru reduce impactul negativ asupra solurilor, apelor subterane și culturilor în sine..
Cu ajutorul radioizotopilor, se poate determina vârsta anumitor obiecte. În studiile arheologice, acest lucru este de mare interes, deoarece permite separarea și plasarea probelor în timpul lor corespunzător. Radioizotopul utilizat pentru această aplicație este, prin excelență, carbon 14 (14C). A lui t1/2 Are o vechime de 5700 de ani, iar eșantioanele pot fi datate până la 50.000 de ani.
Decăderea 14C a fost utilizat în special pentru probe biologice, oase, fosile etc. Alte radioizotopi, cum ar fi 248U, ai o t1/2 de milioane de ani. Până atunci măsurarea concentrațiilor de 248U într-un eșantion de meteoriți, sedimente și minerale, se poate determina dacă are aceeași vârstă cu Pământul.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.