Nukleær kjemihistorie, studieretning, områder, applikasjoner

De atomkjemi Det er studiet av endringer i materie og deres egenskaper produkt av fenomenene som skjedde i kjernene til deres atomer; Studerer ikke veien i hvordan deres elektroner eller koblinger med andre atomer med samme eller forskjellige element samhandler.

Denne grenen av kjemi fokuserer deretter på kjernene og energiene som frigjøres når de legger til eller mister noen av partiklene sine; som kalles nukleoner, og at de for kjemiske formål i essensen består av protoner og nøytroner.

Radioaktiv kløver. Kilde: Pixabay.

Mange kjernefysiske reaksjoner består av en endring i antall protoner og/eller nøytroner, noe som resulterer i transformasjon av ett element til et annet; Ancient Dream of the Alchemists, som prøvde ubrukelig å konvertere blymetall til gull.

Ovennevnte er kanskje den mest overraskende karakteristikken ved kjernefysiske reaksjoner. Slike transformasjoner frigjør imidlertid enorme mengder energi, i tillegg til akselererte partikler som klarer å trenge gjennom og ødelegge saken rundt dem (for eksempel DNA i cellene våre), avhengig av deres tilhørende energi.

Det vil si at i en kjernefysisk reaksjon frigjøres forskjellige typer stråling, og når et atom eller isotop frigjør stråling, sies det at det er radioaktivt (radionukleider). Noe stråling kan være ufarlig og til og med godartet, brukes til å bekjempe kreftceller eller studere den farmakologiske effekten av visse medisiner ved radioaktiv markering.

Annen stråling er imidlertid ødeleggende og dødelig til minimumskontakt. Dessverre bærer flere av de verste katastrofene i historien radioaktivitetssymbolet (radioaktiv kløver, overlegen bilde).

Fra atomvåpen, til Tsjernobyl -episoder og ulykken med radioaktivt avfall og deres effekter på fauna, er det mange katastrofer utløst av kjernefysisk energi. Men på den annen side ville kjernefysisk energi garantere uavhengigheten av andre energikilder og forurensningsproblemene de bærer.

Det ville være (sannsynligvis) ren energi, i stand til å mate byer for evighet, og teknologi vil overstige sine jordiske grenser.

For å oppnå alt dette er det nødvendig med det minste menneskelige (og planetariske), vitenskapelige, teknologiske, økologiske og politiske programmer for å "temme" og "etterligne" atomenergi trygt og gunstig for menneskeheten og den.

[TOC]

Historie om atomkjemi

Albores

Å forlate alkymistene og deres filosofstein i fortiden (selv om deres innsats har betalt viktig betydning for forståelsen av kjemi), ble atomkjemi ble født når det som er kjent av radioaktivitet ble oppdaget for første gang.

Det hele startet i oppdagelsen av X -RAYS for Wilhelm Conrad Röntgen (1895), ved Wurzburg University. Han studerte katodestråler da han la merke til at de oppsto en merkelig fluorescens, selv med apparatet av, i stand til å overføre det ugjennomsiktige sorte papiret som dekket rørene som eksperimentene ble utviklet.

Henri Becquerel, motivert av funnene fra x -strålene, designet sine egne eksperimenter for å studere dem fra lysstoffrør, som mørklagt fotografiske plater, beskyttet av svart papir, da de ble begeistret av sollys.

Det ble ved et uhell funnet (siden tiden i Paris var overskyet den gangen), at uransalter mørknet de fotografiske platene, uavhengig av lyskilden som ville påvirke dem. Han konkluderte da med at han hadde funnet en ny type stråling: radioaktivitet.

Curie ektemanns jobber

Becquerels arbeid fungerte som en inspirasjonskilde for Marie Curie og Pierre Curie for å fordype seg i radioaktivitetsfenomenet (begrepet myntet av Marie Curie).

Kan tjene deg: organiske forbindelser

Dermed så de etter andre mineraler (i tillegg til uran) som også ville presentere den eiendommen, og fant ut at Pechblenda -malmen er enda mer radioaktiv, og at den derfor måtte ha andre radioaktive stoffer. Som? Ved å sammenligne de elektriske strømningene som genereres ved ionisering av gassformige molekyler rundt prøvene.

Av mineralet Pechblenda trukket ut, etter år med krevende verk med radiometriske ekstraksjoner og målinger, radioaktive elementer radio (100 mg av en prøve på 2000 kg) og Polonio. Curie bestemte også radioaktiviteten til Torio -elementet.

Dessverre begynte de skadelige effektene av slik stråling å bli oppdaget.

Radioaktivitetsmålinger ble tilrettelagt med utviklingen av Geigers regnskapsfører (å ha Hans Geiger som en artefakt Coinventor).

Kjernen fraksjonering

Ernest Rutherford observerte at hver radioisotop hadde sin egen forfallstid, uavhengig av temperaturen, og at den varierte med konsentrasjonen og egenskapene til kjernene.

Det demonstrerte også at disse radioaktive fallene overholder en første -ordens kinetikk, hvis halvboende tider (t_1/2), de er fremdeles veldig nyttige. Dermed har hvert stoff avgir radioaktivitet forskjellig t_1/2, som svinger fra sekunder, dager, opp til millioner av år.

I tillegg til alt det ovennevnte, foreslo en atommodell etter resultatene av eksperimentene som stråler med alfa -partikler (heliumkjerner) et veldig tynt gullark. Arbeidet igjen med ALFAS -partikler, oppnådde han transmutasjonen av nitrogenatomer til oksygenatomer; det vil si at han hadde klart å konvertere ett element til et annet.

Ved å gjøre det ble det demonstrert med en gang at atomet ikke var udelelig, og enda mindre når det ble bombardert av akselererte partikler og "sakte" nøytroner.

Studieretning

Praksis og teori

De som bestemmer seg for å overgi seg for å være en del av spesialistene til kjernekjemi, kan velge flere studieretninger eller forskning, samt forskjellige arbeidsfelt. Som mange vitenskapsgrener, kan de vie seg til å øve, eller teorien (eller begge deler samtidig) i sine tilsvarende felt.

Et kinematografisk eksempel kan sees i superheltfilmer, der forskere får et individ til å skaffe seg superkrefter (som Hulk, The Fantastic Four, Spiderman og Dr. Manhattan).

I det virkelige liv (i det minste overfladisk) er kjernekjemikalier tvert imot utforming av nye materialer som er i stand til å motstå enorm atomresistens.

Disse materialene, som instrumenteringen, må være uforgjengelig og spesielle nok til å isolere utslippet av stråling og de enorme temperaturene som løsnes når du starter kjernefysiske reaksjoner; Spesielt kjernefusjon.

I teorien kan de designe simuleringer for først å estimere levedyktigheten til visse prosjekter og hvordan de kan forbedre dem til lavere pris og negativ innvirkning; eller matematiske modeller som tillater å avdekke de verserende mysteriene i kjernen.

De studerer og poserer også.

Typiske jobber

Nedenfor er en kort liste over typiske verk som en atomkjemiker kan utøve:

-De leder forskning i myndigheter, industrielle eller akademiske laboratorier.

-De behandler hundrevis av data gjennom statistiske pakker og multivariat analyse.

-Undervisning på universiteter.

-De utvikler trygge radioaktivitetskilder for forskjellige applikasjoner der de involverer en allmennhet, eller som skal brukes i luftfartsenheter.

-Designteknikker og enheter som oppdager og overvåker radioaktivitet i miljøet.

-De garanterer at forholdene i laboratorier er optimale i manipulasjonen av det radioaktive materialet; som kommer til å manipulere til og med ved hjelp av robotarmer.

Kan tjene deg: Referanseelektrode: Kjennetegn, funksjon, eksempler

-Som teknikere opprettholder de dosimeterne og samler radioaktive prøver.

Områder

Den forrige seksjonen beskrevet generelt hva er oppgavene til en kjernefysisk kjemiker på arbeidsplassen. Nå er det spesifisert litt mer om forskjellige områder der bruk eller studie av kjernefysiske reaksjoner er til stede.

Radiokjemi

I radioen blir strålingsprosessen i seg selv studert. Dette betyr at den vurderer alle radioisotoper i dybden, så vel som deres forfallstid, strålingen som frigjør (alfa, beta eller gamma), deres oppførsel i forskjellige miljøer og deres mulige applikasjoner.

Dette er kanskje området med kjernefysisk kjemi som har avansert mest i dag angående de andre. Han har hatt ansvaret for å bruke radioisotoper og moderate stråledoser intelligent og vennlig.

Kjernekraft

I dette området er kjernekjemikalier sammen med forskere fra andre spesialiteter, studier og designsikre og kontrollerbare metoder for å dra nytte av kjernefysisk energiprodukt av fisjonen av kjernene; det vil si av dens fraksjonering.

Den har også til hensikt å gjøre det samme med kjernefusjonsreaksjoner, for eksempel de som ønsket å temme små stjerner som bidrar med sin energi; Med det hinderet over at forholdene er overveldende og det ikke er noe fysisk materiale som er i stand til å motstå dem (forestill deg å låse solen i et bur som ikke er grunnlagt av intens varme).

Atomenergi kan brukes til gunstige formål, eller til krigsformål, i utviklingen av flere våpen.

Lagring og avfall

Problemet som atomavfall representerer er veldig alvorlig og truende. Det er av denne grunn at de i dette området er dedikert til å utvikle strategier for å "fengsle dem" på en slik måte at strålingen de avgir ikke gjennomfører deres inneslutningsskall; Coraza, som må være i stand til å motstå jordskjelv, flom, høyt trykk og temperaturer, etc.

Kunstig radioaktivitet

Alle trafikkelementer er radioaktive. De har blitt syntetisert ved forskjellige teknikker, inkludert: kjerner bombardement med nøytroner eller andre akselererte partikler.

For å gjøre dette er det laget lineære akseleratorer eller syklotroner (som er formet som D). Innenfor dem akselererer partikler i hastigheter nær lys (300.000 km/s), og kolliderer deretter mot et mål.

Dermed ble flere kunstige, radioaktive elementer født, og at deres overflod på jorden er ugyldige (selv om de naturlig kan eksistere i kosmosregioner).

I noen akseleratorer er kollisjonskraften slik at en oppløsning av materie oppstår. Analyse av fragmentene, som knapt kan oppdages for deres korte levetid, har det vært mulig å vite mer i avdelingen kompendiet av atompartikler.

applikasjoner

Kjøletårn av et kjernekraftverk. Kilde: Pixabay.

I det øvre bildet vises to karakteristiske kjøletårn av atomkraftverk, hvis anlegg kan mate en hel strømby; For eksempel Springfield -anlegget, der Homero Simpson jobber, og som Mr. Burns eier.

Deretter bruker kjernekraftverk energien som frigjøres fra atomreaktorer for å gi et energibehov. Dette er den ideelle og lovende anvendelsen av atomkjemi: ubegrenset energi.

Gjennom hele artikkelen er det på en implisitt måte av en rekke nukleære kjemiske applikasjoner. Andre applikasjoner som ikke er så åpenbare, men er til stede i dagliglivet, er følgende nedenfor.

Medisin

En teknikk for å sterilisere kirurgisk materiale er å bestrålet det med gammastråling. Dette ødelegger mikroorganismene fullstendig. Prosessen er kald, så visse biologiske materialer, følsomme for høye temperaturer, kan også bli utsatt for disse stråledosene.

Kan tjene deg: forgrenede alkaner

Den farmakologiske effekten, distribusjonen og eliminering av nye medisiner evalueres ved bruk av radioisotoper. Med utstedt en stråledetektor, kan du ha et reelt bilde av medikamentfordeling i kroppen.

Dette bildet gjør det mulig å bestemme hvor lenge stoffet virker på bestemt vev; Hvis den ikke klarer å absorbere ordentlig, eller hvis det forblir innenfor rett tid.

Matbevaring

Tilsvarende kan matlagret utstråles med en moderat dose gammastråling. Dette er ansvarlig for å eliminere og ødelegge bakterier, holde spiselig mat lenger.

For eksempel kan en jordbærpakke holdes frisk etter enda femten dager med lagring gjennom denne teknikken. Stråling er så svak at overflaten av jordbær ikke trenger inn; Og derfor er de ikke forurenset, og blir heller ikke "radioaktive jordbær".

Røykvarslere

Innenfor røykvarslerne er det bare noen få milligram av Amerika (²⁴¹ER). Dette radioaktive metallet til disse mengdene viser ufarlig stråling for menneskene som er til stede under takene.

Han ²⁴¹AM avgir alfa -partikler og lav -energi gammastråler, disse strålene kan unnslippe detektoren. Alfas -ioniske partikler ioniser oksygen og nitrogenmolekyler av luft. Innenfor detektoren samlet en spenningsforskjell samlet og bestiller ionene, og produserer en svak elektrisk strøm.

Ionene havner i forskjellige elektroder. Når røyken kommer inn i detektorens indre kammer, absorberer den alfapartikler og luftionisering blir avbrutt. Følgelig stopper den elektriske strømmen og en alarm aktiveres.

Skadedyr eliminering

I landbruket har moderat stråling blitt brukt til å utslette de uønskede insektene av avlinger. Dermed unngås bruk av sterkt forurensende insektmidler. På denne måten reduseres den negative innvirkningen på jordsmonn, grunnvann og avlinger.

Dating

Ved hjelp av radioisotoper kan alderen på visse gjenstander bestemmes. I arkeologiske studier er dette av stor interesse siden det gjør det mulig å skille prøvene og plassere dem i tilsvarende tider. Radioisotopen som brukes til denne applikasjonen er, par excellence, carbon 14 (¹⁴C). Hans t_1/2 Det er 5700 år, og du kan date prøver opp til 50.000 år gammel.

Forfallet av ¹⁴C har blitt brukt spesielt for biologiske prøver, bein, fossiler osv. Andre radioisotoper, for eksempel ²⁴⁸U, du har en t_1/2 millioner av år. Deretter måle konsentrasjonene av ²⁴⁸U I en prøve av meteoritter, sedimenter og mineraler kan det bestemmes om det er jordens alder.

Referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). Cengage Learning.
2. Frank Kinard. (2019). Atomkjemi. Gjenopprettet fra: ChemistryExplaed.com
3. Atomkjemi. (s.F.). Gjenopprettet fra: SAS.Upenn.Edu
4. Mazur Matt. (2019). Tidslinje for historien til kjernefysisk kjemi. De går foran. Gjenopprettet fra: gå foran.com
5. Sarah e. & Nyssa s. (s.F.). Oppdagelse av radioaktivitet. Kjemi librettexts. Gjenopprettet fra: Chem.Librettexts.org
6. Scottsdale, Brenda. (s.F.). Hvilke jobber gjør atomkjemikere gjør? Arbeid - Kron.com. Gjenopprettet fra: arbeid.Kron.com
7. Wikipedia. (2019). Atomkjemi. Hentet fra: i.Wikipedia.org
8. American Chemical Society. (2019). Atomkjemi. Kjemi karrierer. Hentet fra: ACS.org
9. Alan e. Waltar. (2003). Medisinsk, landbruks- og industriell anvendelse av kjerneknologi. Pacific Northwest National Laboratory.