Sejarah Kimia Nuklear, Bidang Pengajian, Kawasan, Aplikasi

The Kimia Nuklear Ia adalah kajian perubahan dalam bahan dan produk sifat mereka dari fenomena yang berlaku dalam nukleus atom mereka; Tidak mengkaji cara bagaimana elektron atau pautan mereka dengan atom lain yang sama atau berbeza berinteraksi.

Cabang kimia ini kemudian memberi tumpuan kepada nukleus dan tenaga yang dikeluarkan apabila mereka menambah atau kehilangan beberapa zarah mereka; yang dipanggil nukleon, dan untuk tujuan kimia pada dasarnya mereka terdiri daripada proton dan neutron.

Semanggi radioaktif. Sumber: Pixabay.

Banyak tindak balas nuklear terdiri daripada perubahan bilangan proton dan/atau neutron, yang mengakibatkan transformasi satu elemen ke yang lain; Impian kuno Alchemists, yang cuba menukarkan logam plumbum ke dalam emas.

Di atas mungkin ciri -ciri yang paling mengejutkan terhadap tindak balas nuklear. Walau bagaimanapun, transformasi sedemikian melepaskan sejumlah besar tenaga, sebagai tambahan kepada zarah dipercepatkan yang dapat menembusi dan memusnahkan perkara di sekelilingnya (seperti DNA sel -sel kita) bergantung kepada tenaga yang berkaitan.

Iaitu, dalam tindak balas nuklear pelbagai jenis radiasi dikeluarkan, dan apabila atom atau isotop melepaskan radiasi, dikatakan bahawa ia adalah radioaktif (radionucleids). Sesetengah radiasi boleh menjadi tidak berbahaya, dan bahkan jinak, digunakan untuk memerangi sel -sel kanser atau mengkaji kesan farmakologi ubat -ubatan tertentu dengan penanda radioaktif.

Sinaran lain, bagaimanapun, merosakkan dan fana dengan hubungan minimum. Malangnya, beberapa malapetaka terburuk dalam sejarah membawa simbol radioaktiviti (semanggi radioaktif, imej unggul).

Dari senjata nuklear, ke episod Chernobyl dan kemalangan sisa radioaktif dan kesannya terhadap fauna, terdapat banyak bencana yang dicetuskan oleh tenaga nuklear. Tetapi, sebaliknya, tenaga nuklear akan menjamin kebebasan sumber tenaga lain dan masalah pencemaran yang mereka bawa.

Ia akan (mungkin) tenaga bersih, mampu memberi makan bandar -bandar selama -lamanya, dan teknologi akan melebihi had duniawi.

Untuk mencapai semua yang pada program, program saintifik, teknologi, ekologi, dan politik yang sedikitpun manusia (dan planet) diperlukan untuk "meniru" dan "meniru" tenaga nuklear dengan selamat dan bermanfaat untuk kemanusiaan dan pertumbuhannya dan pertumbuhannya bertenaga.

[TOC]

Sejarah Kimia Nuklear

Albores

Meninggalkan alkimia dan batu ahli falsafah mereka pada masa lalu (walaupun usaha mereka telah memberi kepentingan penting bagi pemahaman kimia), kimia nuklear dilahirkan ketika yang diketahui oleh radioaktiviti dikesan untuk kali pertama.

Semuanya bermula dalam penemuan X -Rays untuk Wilhelm Conrad Röntgen (1895), di Universiti Wurzburg. Dia mempelajari sinar katod apabila dia menyedari bahawa mereka berasal pendarfluor yang aneh, walaupun dengan alat, mampu memindahkan kertas hitam legap yang menutupi tiub di mana eksperimen telah dibangunkan.

Henri Becquerel, yang dimotivasi oleh penemuan X -rays, merancang eksperimen mereka sendiri untuk mengkaji mereka dari garam pendarfluor, yang gelap plat fotografi, dilindungi oleh kertas hitam, ketika mereka teruja dengan cahaya matahari.

Ia secara tidak sengaja dijumpai (sejak masa di Paris adalah mendung pada masa itu), bahawa garam uranium menggelapkan plat fotografi, tanpa mengira sumber cahaya yang akan mempengaruhi mereka. Beliau menyimpulkan bahawa dia telah menemui jenis radiasi baru: Radioaktiviti.

Pekerjaan suami curie

Kerja Becquerel berkhidmat sebagai sumber inspirasi untuk Marie Curie dan Pierre Curie untuk menyelidiki fenomena radioaktiviti (istilah yang dicipta oleh Marie Curie).

Boleh melayani anda: sebatian organik

Oleh itu, mereka mencari mineral lain (sebagai tambahan kepada orang -orang uranium) yang juga akan membentangkan harta itu, mendapati bahawa bijih pechblenda lebih radioaktif, dan oleh itu, ia harus memiliki bahan radioaktif yang lain. Sebagai? Dengan membandingkan arus elektrik yang dihasilkan oleh pengionan molekul gas di sekitar sampel.

Pechblenda mineral yang diekstrak, selepas bertahun -tahun kerja -kerja pengekstrakan dan pengukuran radiometrik yang sukar, radio unsur radioaktif (100 mg sampel 2000 kg) dan polonio. Curie juga menentukan radioaktiviti elemen torio.

Malangnya, pada masa itu kesan berbahaya dari sinaran tersebut mula ditemui.

Pengukuran radioaktiviti difasilitasi dengan pembangunan akauntan Geiger (mempunyai Hans Geiger sebagai Coinventor Artifak).

Fraksionasi nukleus

Ernest Rutherford mengamati bahawa setiap radioisotop mempunyai masa kerosakannya sendiri, bebas dari suhu, dan ia bervariasi dengan kepekatan dan ciri -ciri nukleus.

Ia juga menunjukkan bahawa penurunan radioaktif ini mematuhi kinetik pertama, yang separuh masa (t_1/2), mereka masih sangat berguna. Oleh itu, setiap bahan memancarkan radioaktiviti berbeza t_1/2, yang berayun dari saat, hari, sehingga berjuta -juta tahun.

Sebagai tambahan kepada semua perkara di atas, model atom yang dicadangkan berikutan hasil eksperimennya yang memancar dengan zarah alfa (helium nukleus) lembaran emas yang sangat nipis. Bekerja semula dengan zarah Alfas, dia mencapai transmutasi atom nitrogen kepada atom oksigen; iaitu, dia berjaya menukar satu elemen ke yang lain.

Dengan berbuat demikian, ia ditunjukkan sekaligus bahawa atom tidak dapat dipisahkan, dan bahkan kurang apabila ia dibombardir oleh zarah dipercepat dan neutron "perlahan".

Bidang pengajian

Amalan dan teori

Mereka yang memutuskan untuk menyerah diri menjadi sebahagian daripada pakar kimia nuklear boleh memilih beberapa bidang pengajian atau penyelidikan, serta bidang kerja yang berbeza. Seperti banyak cabang sains, mereka dapat mengabdikan diri untuk berlatih, atau teori (atau kedua -duanya pada masa yang sama) dalam bidang yang sepadan.

Contoh sinematografi dapat dilihat dalam filem superhero, di mana saintis mendapat individu untuk memperoleh kuasa super (seperti Hulk, Fantastic Four, Spiderman, dan Dr. Manhattan).

Dalam kehidupan sebenar (sekurang -kurangnya secara dangkal), bahan kimia nuklear bertentangan dengan reka bentuk bahan -bahan baru yang mampu menentang rintangan nuklear yang besar.

Bahan -bahan ini, seperti instrumentasi, mestilah tidak dapat dihancurkan dan cukup istimewa untuk mengasingkan pelepasan radiasi dan suhu besar yang dilepaskan ketika memulakan reaksi nuklear; Terutama, gabungan nuklear.

Dalam teori ini, mereka boleh merancang simulasi untuk terlebih dahulu menganggarkan daya maju projek -projek tertentu dan bagaimana untuk memperbaikinya pada kos yang lebih rendah dan kesan negatif; atau model matematik yang membolehkan untuk membongkar misteri nukleus yang belum selesai.

Mereka juga belajar dan berpose.

Pekerjaan biasa

Berikut adalah senarai ringkas karya tipikal yang boleh dilaksanakan oleh ahli kimia nuklear:

-Mereka mengarahkan penyelidikan dalam makmal kerajaan, perindustrian atau akademik.

-Mereka memproses beratus -ratus data melalui pakej statistik dan analisis multivariate.

-Mengajar di universiti.

-Mereka membangunkan sumber radioaktiviti yang selamat untuk pelbagai aplikasi di mana mereka melibatkan orang awam, atau digunakan dalam peranti aeroangkasa.

-Teknik dan peranti reka bentuk yang mengesan dan memantau radioaktiviti di alam sekitar.

-Mereka menjamin bahawa di makmal keadaan optimum dalam manipulasi bahan radioaktif; yang datang untuk memanipulasi walaupun menggunakan lengan robot.

Boleh melayani anda: Rujukan Elektrod: Ciri, Fungsi, Contoh

-Sebagai juruteknik, mereka mengekalkan dosimeter dan mengumpul sampel radioaktif.

Kawasan-kawasan

Bahagian sebelumnya yang diterangkan secara umum apakah tugas -tugas ahli kimia nuklear di tempat kerjanya. Sekarang, ia ditentukan sedikit lebih banyak mengenai pelbagai bidang di mana penggunaan atau kajian reaksi nuklear hadir.

Radiokimia

Di radio proses radiasi itu sendiri dikaji. Ini bermakna ia menganggap semua radioisotop secara mendalam, serta masa kerosakan mereka, radiasi yang dibebaskan (alpha, beta atau gamma), tingkah laku mereka dalam persekitaran yang berbeza, dan kemungkinan aplikasi mereka.

Ini mungkin merupakan bidang kimia nuklear yang paling maju hari ini mengenai yang lain. Dia telah bertanggungjawab menggunakan radioisotop dan dos radiasi sederhana dengan bijak dan mesra.

Tenaga nuklear

Di kawasan ini, bahan kimia nuklear, bersama -sama dengan penyelidik dari kepakaran, kajian dan reka bentuk kaedah selamat dan terkawal untuk memanfaatkan produk tenaga nuklear pembelahan nukleus; iaitu, pecahannya.

Ia juga berhasrat untuk melakukan perkara yang sama dengan tindak balas gabungan nuklear, seperti mereka yang ingin menjinakkan bintang kecil yang menyumbang tenaga mereka; Dengan halangan bahawa keadaan sangat menggembirakan dan tidak ada bahan fizikal yang mampu menahan mereka (bayangkan mengunci matahari dalam sangkar yang tidak diasaskan oleh panas yang kuat).

Tenaga nuklear boleh digunakan untuk tujuan yang bermanfaat, atau untuk tujuan perang, dalam pembangunan lebih banyak senjata.

Penyimpanan dan sisa

Masalah yang mewakili sisa nuklear sangat serius dan mengancam. Oleh sebab itu, di kawasan ini mereka berdedikasi untuk merangka strategi untuk "memenjarakan mereka" sedemikian rupa sehingga radiasi yang mereka pancarkan tidak telus shell pembendungan mereka; Coraza, yang mesti dapat menahan gempa bumi, banjir, tekanan tinggi dan suhu, dll.

Radioaktiviti buatan

Semua elemen lalu lintas adalah radioaktif. Mereka telah disintesis oleh teknik yang berbeza, termasuk: pengeboman nukleus dengan neutron atau zarah dipercepat lain.

Untuk melakukan ini, pemecut linear atau siklotrons (yang dibentuk seperti d) telah dibuat. Di dalamnya, zarah mempercepatkan pada kelajuan yang dekat dengan cahaya (300.000 km/s), dan kemudian bertembung dengan sasaran.

Oleh itu, beberapa elemen radioaktif buatan, dilahirkan, dan kelimpahan mereka di bumi adalah tidak sah (walaupun mereka secara semula jadi wujud di kawasan kosmos).

Dalam sesetengah pemecut kuasa perlanggaran sedemikian rupa sehingga perpecahan perkara berlaku. Menganalisa serpihan, yang hampir tidak dapat dikesan untuk kehidupan pendek mereka, mungkin dapat mengetahui lebih lanjut di jabatan kompendium zarah atom.

Aplikasi

Menara penyejuk loji tenaga nuklear. Sumber: Pixabay.

Dalam imej atas dua menara penyejukan ciri -ciri loji nuklear ditunjukkan, yang tumbuhannya dapat memberi makan seluruh bandar elektrik; Sebagai contoh, kilang Springfield, di mana Homero Simpson berfungsi, dan dari mana Encik Burns memiliki.

Kemudian, loji kuasa nuklear menggunakan tenaga yang dikeluarkan dari reaktor nuklear untuk membekalkan keperluan tenaga. Ini adalah penggunaan kimia nuklear yang ideal dan menjanjikan: tenaga tanpa had.

Sepanjang artikel, sebutkan, dengan cara yang tersirat, banyak aplikasi kimia nuklear telah dibuat. Aplikasi lain tidak begitu jelas, tetapi hadir dalam kehidupan seharian, adalah berikut di bawah.

Ubat

Teknik untuk mensterilkan bahan pembedahan adalah untuk menyinari dengan radiasi gamma. Ini benar -benar memusnahkan mikroorganisma yang dapat menempatkan. Prosesnya sejuk, jadi bahan biologi tertentu, sensitif terhadap suhu tinggi, juga boleh dikenakan dos radiasi ini.

Boleh melayani anda: Alkanes bercabang

Kesan farmakologi, pengedaran dan penghapusan ubat baru dinilai dengan menggunakan radioisotop. Dengan pengesan radiasi yang dikeluarkan, anda boleh mempunyai imej sebenar pengedaran dadah di dalam badan.

Imej ini membolehkan untuk menentukan berapa lama ubat bertindak pada tisu tertentu; Sekiranya ia gagal menyerap dengan betul, atau jika ia tetap berada di dalam masa yang tepat.

Pemuliharaan makanan

Begitu juga, makanan yang disimpan dapat dipancarkan dengan dos sederhana sinaran gamma. Ini bertanggungjawab untuk menghapuskan dan memusnahkan bakteria, menyimpan makanan yang boleh dimakan lebih lama.

Sebagai contoh, pakej strawberi boleh disimpan segar selepas lima belas hari penyimpanan melalui teknik ini. Sinaran sangat lemah sehingga permukaan strawberi tidak menembusi; Oleh itu, mereka tidak tercemar, dan tidak menjadi "strawberi radioaktif".

Pengesan Asap

Di dalam pengesan asap terdapat hanya beberapa miligram Amerika (²⁴¹A.m). Logam radioaktif ini untuk jumlah ini mempamerkan sinaran yang tidak berbahaya bagi orang -orang yang hadir di bawah bumbung.

Dia ²⁴¹AM memancarkan zarah alfa dan sinar gamma yang rendah, sinar ini dapat melarikan diri dari pengesan. Zarah -zarah alfas mengionkan molekul oksigen dan nitrogen udara. Di dalam pengesan, perbezaan voltan yang dikumpulkan dan memerintahkan ion, menghasilkan arus elektrik sedikit.

Ion berakhir dengan elektrod yang berbeza. Apabila asap memasuki ruang dalaman pengesan, ia menyerap zarah alfa dan pengionan udara terganggu. Oleh itu, arus elektrik berhenti dan penggera diaktifkan.

Penghapusan perosak

Dalam pertanian, radiasi sederhana telah digunakan untuk memusnahkan serangga tanaman yang tidak diingini. Oleh itu, penggunaan insektisida yang sangat mencemarkan dielakkan. Dengan cara ini, kesan negatif terhadap tanah, air bawah tanah dan tanaman sendiri dikurangkan.

Dating

Dengan bantuan radioisotop, umur objek tertentu dapat ditentukan. Dalam kajian arkeologi ini sangat menarik kerana ia membolehkan untuk memisahkan sampel dan meletakkannya pada masa yang sama. Radioisotop yang digunakan untuk aplikasi ini adalah, kecemerlangan par, karbon 14 (¹⁴C). Dia t_1/2 Ia adalah 5700 tahun, dan anda boleh membuat sampel sehingga 50.000 tahun.

Kerosakan ¹⁴C telah digunakan terutamanya untuk sampel biologi, tulang, fosil, dll. Radioisotop lain, seperti ²⁴⁸U, anda mempunyai t_1/2 berjuta -juta tahun. Kemudian mengukur kepekatan ²⁴⁸U dalam sampel meteorit, sedimen dan mineral, dapat ditentukan jika usia yang sama di bumi.

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (8th ed.). Pembelajaran Cengage.
2. Frank Kinard. (2019). Kimia Nuklear. Pulih dari: kimiaExplaed.com
3. Kimia Nuklear. (s.F.). Pulih dari: SAS.Upenn.Edu
4. Mazur Matt. (2019). Garis Masa untuk Sejarah Kimia Nuklear. Mereka mendahului. Pulih dari: mendahului.com
5. Sarah e. & Nyssa s. (s.F.). Penemuan radioaktiviti. Kimia Librettexts. Pulih dari: chem.Libretxts.org
6. Scottsdale, Brenda. (s.F.). Apa pekerjaan yang dilakukan oleh ahli kimia nuklear? Kerja - Chron.com. Pulih dari: kerja.Chron.com
7. Wikipedia. (2019). Kimia Nuklear. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
8. Persatuan Kimia Amerika. (2019). Kimia Nuklear. Kerjaya Kimia. Diperolehi dari: ACS.org
9. Alan e. Waltar. (2003). Aplikasi perubatan, pertanian, dan perindustrian teknologi nuklear. Makmal Kebangsaan Barat Laut Pasifik.