KODOLĶĪMIJA: VĒSTURE, STUDIJU JOMA, JOMAS, PIELIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Kodolķīmijas ir pētījums par izmaiņām produkta īpašībām ir jautājums parādību notika kodolos atomu; tas neizpēta savu elektronu mijiedarbību vai to saites ar citiem tā paša vai atšķirīga elementa atomiem.

Pēc tam šī ķīmijas nozare koncentrējas uz kodoliem un enerģijām, kas izdalās, kad tās pievieno vai zaudē dažas to daļiņas; kurus sauc par nukleoniem un kuri ķīmiskiem mērķiem galvenokārt sastāv no protoniem un neitroniem.

Radioaktīvais āboliņš. Avots: Pixabay.

Daudzas kodolreakcijas sastāv no protonu un / vai neitronu skaita izmaiņām, kā rezultātā viens elements tiek pārveidots citā; senais alķīmiķu sapnis, kurš veltīgi centās svina metālu pārvērst zeltā.

Tas, iespējams, ir visvairāk pārsteidzošais kodolreakciju raksturojums. Tomēr šādas pārvērtības izdala milzīgu enerģijas daudzumu, kā arī paātrinātas daļiņas, kurām atkarībā no tām saistītās enerģijas izdodas iekļūt un iznīcināt ap tām esošo vielu (piemēram, mūsu šūnu DNS).

Tas ir, kodolreakcijā izdalās dažādi radiācijas veidi, un, kad atoms vai izotops izstaro starojumu, tiek teikts, ka tas ir radioaktīvs (radionuklīdi). Daži starojumi var būt nekaitīgi un pat labdabīgi, un tos izmanto, lai apkarotu vēža šūnas vai izpētītu noteiktu zāļu farmakoloģisko iedarbību, izmantojot radioaktīvo marķējumu.

Savukārt citi izstarojumi ir iznīcinoši un nāvējoši pie minimālā kontakta. Diemžēl vairākās no vissliktākajām katastrofām vēsturē ir radioaktivitātes simbols (radioaktīvais āboliņš, augšējais attēls).

Sākot ar kodolieročiem un beidzot ar Černobiļas epizodēm un radioaktīvo atkritumu nelaimi un tā ietekmi uz savvaļas dzīvi, kodolenerģija ir izraisījusi daudz katastrofu. Bet, no otras puses, kodolenerģija garantētu neatkarību no citiem enerģijas avotiem un to radītajām piesārņojuma problēmām.

Tā (droši vien) būtu tīra enerģija, kas mūžīgi spētu dot enerģiju pilsētām, un tehnoloģija pārsniegtu tās zemes robežas.

Lai to visu sasniegtu par viszemākajām cilvēku (un planētu) izmaksām, ir vajadzīgas zinātniskas, tehnoloģiskas, ekoloģiskas un politiskas programmas un centieni, lai “pieradinātu” un “atdarinātu” kodolenerģiju drošā un cilvēcei labvēlīgā veidā un tās izaugsmei. enerģisks.

Kodolķīmijas vēsture

Rītausma

Atstājot alķīmiķu un viņu filozofu akmeni pagātnē (lai gan viņu centieni ir nesuši augļus, kas ir svarīgi ķīmijas izpratnei), kodolķīmija radās, kad pirmo reizi tika atklāta tā saucamā radioaktivitāte.

Viss sākās ar Vilhelma Konrāda Ringena (Wilhelm Conrad Röntgen, 1895) atklāšanu rentgena stariem Vircburgas universitātē. Viņš pētīja katoda starus, kad pamanīja, ka tie rada dīvainu fluorescenci, pat ar izslēgtu ierīci, kas spēj iekļūt necaurspīdīgā melnā papīra formā, kas pārklāja caurules, kurās tika veikti eksperimenti.

Henrijs Bekerels, motivēts ar rentgenstaru atklājumiem, izstrādāja savus eksperimentus, lai tos izpētītu, izmantojot fluorescējošos sāļus, kas aptumšoja fotoplates un aizsargātas ar melnu papīru, kad viņus uzbudināja saules gaisma.

Nejauši tika atklāts (tā kā laika apstākļi Parīzē tajā laikā bija duļķaini), ka urāna sāļi aizklāja fotoplates, neatkarīgi no gaismas avota, kas uz tām krita. Pēc tam viņš secināja, ka ir atradis jaunu radiācijas veidu: radioaktivitāti.

Kurija dzīvesbiedru darbi

Bekerela darbs kalpoja par iedvesmas avotu Marijai Kirī un Pjēram Kirī iedziļināties radioaktivitātes fenomenā (Marijas Kirī vārdā nosauktais termins).

Tādējādi viņi meklēja citus minerālus (papildus urānam), kas arī parādīja šo īpašību, secinot, ka minerālu piķdeja ir vēl radioaktīvāka un ka tāpēc tajā jābūt arī citām radioaktīvām vielām. Kā? Salīdzinot elektriskās strāvas, ko rada gāzu molekulu jonizācija ap paraugiem.

Pēc ilgus gadus ilga smaga ieguves darba un radiometriskiem mērījumiem viņš no minerālā piķa šķiedras ekstrahēja radioaktīvos elementus rādiju (100 mg no 2000 kg parauga) un poloniju. Arī Kirī noteica torija elementa radioaktivitāti.

Diemžēl līdz tam laikam sāka atklāt šāda starojuma kaitīgo iedarbību.

Radioaktivitātes mērīšana tika atvieglota, izstrādājot Geigera skaitītāju (kam Hans Artigers bija artifakta izgudrotājs).

Kodolu frakcionēšana

Ernests Rutherfords novēroja, ka katram radioizotopam ir savs noārdīšanās laiks neatkarīgi no temperatūras un tas mainās atkarībā no kodolu koncentrācijas un īpašībām.

Tas arī parādīja, ka šie radioaktīvie sabrukumi pakļaujas pirmās kārtas kinētikai, kuru pusperiodi (t _1/2 ) joprojām ir ļoti noderīgi. Tādējādi katrai vielai, kas izstaro radioaktivitāti, ir atšķirīgs t _1/2 , kas svārstās no sekundēm, dienām līdz miljoniem gadu.

Papildus visam iepriekšminētajam viņš savu eksperimentu rezultātu rezultātā ierosināja atomu modeli, apstarojot ļoti plānu zelta loksni ar alfa daļiņām (hēlija kodoliem). Atkal strādājot ar alfa daļiņām, viņš panāca slāpekļa atomu pārvēršanu skābekļa atomos; citiem vārdiem sakot, viņam bija izdevies pārveidot vienu elementu citā.

To darot, uzreiz tika pierādīts, ka atoms nav dalāms, un vēl mazāk, kad to bombardē paātrinātas daļiņas un "lēni" neitroni.

Mācību nozare

Prakse un teorija

Tie, kas nolemj kļūt par kodolķīmijas speciālistiem, var izvēlēties no vairākām studiju vai pētniecības jomām, kā arī no dažādām darba jomām. Tāpat kā daudzas zinātnes nozares, tās var veltīt praksei vai teorijai (vai abām vienlaikus) attiecīgajās jomās.

Kinematogrāfisks piemērs ir redzams supervaroņu filmās, kur zinātnieki liek indivīdam iegūt supervaras (piemēram, Holks, fantastiskais četrinieks, Zirnekļcilvēks un Doktors Manhetenā).

Tā vietā reālajā dzīvē (vismaz virspusēji) kodolķīmiķi mēģina radīt jaunus materiālus, kas izturētu milzīgu kodolizturību.

Šiem materiāliem, tāpat kā instrumentiem, jābūt pietiekami neiznīcināmiem un īpašiem, lai izolētu starojuma izstarojumu un milzīgo temperatūru, kas atbrīvota, ierosinot kodolreakcijas; it īpaši kodolsintēzes.

Teorētiski viņi var izstrādāt simulācijas, lai vispirms novērtētu noteiktu projektu iespējamību un to uzlabošanu ar viszemākajām izmaksām un negatīvo ietekmi; vai matemātiskos modeļus, kas ļauj atšķetināt kodolā esošos noslēpumus.

Tāpat viņi pēta un ierosina veidus, kā uzglabāt un / vai apstrādāt kodolatkritumus, jo sadalīšanās prasa miljardiem gadu un ir ļoti piesārņojoša.

Tipiski darbi

Šeit ir īss tipisko darbu saraksts, ko var veikt kodolķīmiķis:

-Tieša izpēte valdības, rūpniecības vai akadēmiskās laboratorijās.

- Apstrādājiet simtiem datu, izmantojot statistikas paketes un daudzdimensiju analīzi.

-Viņi pasniedz nodarbības universitātēs.

-Izstrādājiet drošus radioaktivitātes avotus dažādiem lietojumiem, kas saistīti ar plašu sabiedrību, vai izmantošanai kosmosa ierīcēs.

-Dizaina paņēmieni un ierīces, kas uztver un uzrauga radioaktivitāti vidē.

-Garantē, ka laboratorijas apstākļi ir optimāli radioaktīvo materiālu pārvietošanai; ar kuru viņi pat manipulē, izmantojot robotu ieročus.

-Kā tehniķi viņi uztur dozimetrus un savāc radioaktīvos paraugus.

Apgabali

Iepriekšējā nodaļa vispārīgi aprakstīja, kādi ir kodolķīmiķa uzdevumi viņa darba vietā. Tagad mazliet vairāk ir precizēts par dažādām jomām, kurās notiek kodolreakciju izmantošana vai izpēte.

Radioķīmija

Radioķīmijā tiek pētīts pats radiācijas process. Tas nozīmē, ka tas padziļināti apsver visus radioizotopus, kā arī to sabrukšanas laiku, izstaroto starojumu (alfa, beta vai gamma), izturēšanos dažādās vidēs un iespējamo pielietojumu.

Iespējams, ka šī ir kodolķīmijas joma, kas mūsdienās ir progresējusi visvairāk, salīdzinot ar citām. Viņš ir atbildīgs par saprātīgu un draudzīgu radioizotopu un mērenu starojuma devu izmantošanu.

Atomenerģija

Šajā jomā kodolķīmiķi kopā ar citu specialitāšu pētniekiem pēta un izstrādā drošas un kontrolējamas metodes, lai izmantotu kodolenerģijas priekšrocības, ko rada kodolu sabrukšana; tas ir, no tā frakcionēšanas.

Tāpat tiek ierosināts rīkoties tāpat ar kodolsintēzes reakcijām, piemēram, ar tām, kuras vēlētos pieradināt mazas zvaigznes, kas nodrošina viņu enerģiju; ar kavēkli, ka apstākļi ir milzīgi, un nav fiziska materiāla, kas spētu tiem pretoties (iedomājieties, ka jūs norobežojat sauli būrī, kas neizkausē intensīvā karstuma dēļ).

Kodolenerģiju var izmantot labdarības mērķiem vai kara vajadzībām, lai izstrādātu vairāk ieroču.

Uzglabāšana un atkritumi

Kodolatkritumu radītā problēma ir ļoti nopietna un draudoša. Šī iemesla dēļ viņi šajā jomā ir veltīti stratēģiju izstrādei, lai "ieslodzītu" viņus tā, lai izstarotais starojums nenokļūtu viņu norobežojošajā apvalkā; apvalks, kam jāspēj izturēt zemestrīces, plūdus, augstu spiedienu un temperatūru utt.

Mākslīgā radioaktivitāte

Visi transurāniskie elementi ir radioaktīvi. Tie ir sintezēti, izmantojot dažādas metodes, ieskaitot: kodolu bombardēšanu ar neitroniem vai citām paātrinātām daļiņām.

Šim nolūkam ir izmantoti lineārie paātrinātāji vai ciklotroni (kas ir D formas). To iekšpusē daļiņas tiek paātrinātas līdz ātrumam, kas ir tuvu gaismas ātrumam (300 000 km / s), un pēc tam saduras ar mērķi.

Tādējādi ir dzimuši vairāki mākslīgi, radioaktīvi elementi, un to pārpilnība uz Zemes ir nulle (lai gan tie var dabiski pastāvēt Kosmosa reģionos).

Dažos paātrinātājos sadursmju spēks ir tāds, ka matērija sadalās. Analizējot fragmentus, kurus to īsā kalpošanas laika dēļ diez vai var atklāt, ir bijis iespējams uzzināt vairāk par atomu daļiņu apkopojumu.

Lietojumprogrammas

Atomelektrostacijas dzesēšanas torņi. Avots: Pixabay.

Attēlā parādīti divi dzesēšanas torņi, kas raksturīgi atomelektrostacijām, kuru spēkstacija ar elektrību var piegādāt visu pilsētu; piemēram, Springfīldas rūpnīca, kurā strādā Homērs Simpsons, un kas pieder Burnsam.

Pēc tam atomelektrostacijas izmanto enerģiju, kas izdalās no kodolreaktoriem, lai nodrošinātu enerģijas vajadzību. Tas ir ideāls un daudzsološs kodolķīmijas pielietojums: neierobežota enerģija.

Visā rakstā netieši ir pieminēti daudzi kodolķīmijas pielietojumi. Tālāk ir aprakstīti citi lietojumi, kas nav tik acīmredzami, bet kas ir ikdienas dzīvē.

Medicīna

Viens paņēmiens ķirurģiska materiāla sterilizēšanai ir tā apstarošana ar gamma starojumu. Tas pilnībā iznīcina mikroorganismus, kurus tie var uzglabāt. Process ir auksts, tāpēc šādām radiācijas devām var pakļaut arī noteiktus bioloģiskos materiālus, kas ir jutīgi pret augstām temperatūrām.

Jauno zāļu farmakoloģiskā iedarbība, izplatīšana un eliminācija tiek novērtēta, izmantojot radioizotopus. Izmantojot izstarotā starojuma detektoru, jums var būt reāls priekšstats par zāļu izplatību organismā.

Šis attēls ļauj noteikt, cik ilgi zāles iedarbojas uz noteiktiem audiem; ja tas nespēj absorbēt pareizi vai ja tas paliek telpās ilgāk, nekā ir pietiekami.

Pārtikas konservēšana

Līdzīgi uzglabāto pārtiku var apstarot ar mērenu gamma starojuma devu. Tas ir atbildīgs par baktēriju iznīcināšanu un iznīcināšanu, uzturot pārtiku ēdamu ilgāku laiku.

Piemēram, zemenu iesaiņojumu var turēt svaigu pat pēc 15 dienu uzglabāšanas, izmantojot šo paņēmienu. Apstarojums ir tik vājš, ka tas neiekļūst zemeņu virsmā; un tāpēc tie nav piesārņoti, kā arī nekļūst par “radioaktīvām zemenēm”.

Dūmu detektori

Dūmu detektoros ir tikai daži miligrami amerikija ( ²⁴¹ Am). Šim radioaktīvajam metālam ir nekaitīgs starojums cilvēkiem, kas atrodas zem jumtiem.

²⁴¹ Am izstaro zema enerģijas alfa daļiņas un gamma stariem, šos starus Spēja, lai izvairītos no detektoru. Alfa daļiņas jonizē skābekļa un slāpekļa molekulas gaisā. Detektora iekšienē sprieguma starpība savāc un pasūta jonus, radot nelielu elektrisko strāvu.

Joni nonāk pie dažādiem elektrodiem. Kad dūmi nonāk detektora iekšējā kamerā, tie absorbē alfa daļiņas un tiek traucēta gaisa jonizācija. Tādējādi elektriskā strāva tiek apturēta un tiek aktivizēts trauksmes signāls.

Kaitēkļu iznīcināšana

Lauksaimniecībā mērenu starojumu izmanto, lai iznīcinātu nevēlamus kukaiņus uz kultūrām. Tādējādi izvairās no ļoti piesārņojošu insekticīdu izmantošanas. Tas samazina negatīvo ietekmi uz augsni, gruntsūdeņiem un pašām kultūrām.

Iepazīšanās

Ar radioizotopu palīdzību var noteikt noteiktu objektu vecumu. Arheoloģiskajos pētījumos tas izraisa lielu interesi, jo tas ļauj paraugus atdalīt un ievietot attiecīgajā laikā. Šim lietojumam izmantotais radioizotops ir oglekļa 14 ( ¹⁴ C) par izcilību . Tā t _1/2 ir 5700 gadu, un paraugu datums var būt līdz 50 000 gadu.

¹⁴ C sabrukšana ir īpaši izmantota bioloģiskiem paraugiem, skeletiem, fosilijām utt. Citi radioizotopi, piemēram, ²⁴⁸ U, ir _1/2 miljonus gadu veci. Tad izmērot ²⁴⁸ U koncentrācijas meteorītu, nogulumu un minerālu paraugā, var noteikt, vai tas ir tāds pats vecums kā Zemei.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
2. Frenks Kinards. (2019. gads). Kodolķīmija. Atgūts no: chemistryexplained.com
3. Kodolķīmija. (sf). Atgūts no: sas.upenn.edu
4. Mazurs Metjū. (2019. gads). Kodolķīmijas vēstures laika grafiks. Tie ir pirms. Atgūts no: preceden.com
5. Sāra E. un Nysa S. (otrā). Radioaktivitātes atklāšana. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org
6. Skotsdeila, Brenda. (sf). Kāda veida darbus veic kodolķīmiķi? Darbs - Chron.com. Atgūts no: work.chron.com
7. Wikipedia. (2019. gads). Kodolķīmija. Atgūts no: en.wikipedia.org
8. Amerikas ķīmijas biedrība. (2019. gads). Kodolķīmija. Karjera ķīmijā. Atgūts no: acs.org
9. Alans E. Valters. (2003). Kodoltehnoloģiju pielietojums medicīnā, lauksaimniecībā un rūpniecībā. Klusā okeāna ziemeļrietumu nacionālā laboratorija.