Nucleaire chemiegeschiedenis, studiegeschiedenis, gebieden, toepassingen

De nucleaire chemie Het is de studie van veranderingen in materie en hun eigenschappenproduct van de fenomenen die plaatsvonden in de kernen van hun atomen; Bestudeert niet de manier waarop hun elektronen of verbindt met andere atomen van hetzelfde of een ander element interactie.

Deze tak van chemie richt zich vervolgens op de kernen en de begeleiding van de energieën wanneer ze sommige van hun deeltjes toevoegen of verliezen; die nucleons worden genoemd, en dat voor chemische doeleinden in wezen bestaan ​​uit protonen en neutronen.

Radioactieve klaver. Bron: Pixabay.

Veel nucleaire reacties bestaan ​​uit een verandering in het aantal protonen en/of neutronen, wat resulteert in de transformatie van het ene element in het andere; Oude droom van de alchemisten, die nutteloos loodmetaal probeerden om te zetten in goud.

Het bovenstaande is misschien wel het meest verrassende kenmerk van nucleaire reacties. Dergelijke transformaties geven echter enorme hoeveelheden energie vrij, naast versnelde deeltjes die erin slagen om te penetreren en de materie eromheen te vernietigen (zoals het DNA van onze cellen), afhankelijk van hun bijbehorende energie.

Dat wil zeggen, in een nucleaire reactie worden verschillende soorten straling vrijgegeven, en wanneer een atoom- of isotoop straling vrijgeeft, wordt gezegd dat het radioactief is (radionucleïden). Sommige straling kan onschadelijk en zelfs goedaardig zijn, gebruikt om kankercellen te bestrijden of het farmacologische effect van bepaalde geneesmiddelen te bestuderen door radioactief markering.

Andere straling is echter destructief en sterfelijk voor het minimumcontact. Helaas dragen verschillende van de ergste catastrofes in de geschiedenis het radioactiviteitssymbool (radioactieve klaver, superieure afbeelding).

Van kernwapens tot Tsjernobyl -afleveringen en het ongeluk van radioactief afval en hun effecten op fauna, er zijn veel rampen veroorzaakt door kernenergie. Maar aan de andere kant zou kernenergie de onafhankelijkheid van andere energiebronnen en de vervuilingsproblemen die ze dragen garanderen.

Het zou (waarschijnlijk) schone energie zijn, in staat om steden voor de eeuwigheid te voeden, en technologie zou zijn aardse grenzen overschrijden.

Om dat alles te bereiken, zijn de minste menselijke (en planetaire) kosten, wetenschappelijke, technologische, ecologische en politieke programma's nodig om veilig en gunstig en gunstig te "temmen" en "nabootsen" kernenergie voor de mensheid en de groei ervan en zijn groei energiek.

[TOC]

Geschiedenis van nucleaire chemie

Albores

De alchemisten en de steen van hun filosoof verlaten in het verleden (hoewel hun inspanningen vitaal belang hebben afbetaald voor het begrip van de chemie), werd nucleaire chemie geboren wanneer wat bekend is door radioactiviteit voor het eerst werd gedetecteerd.

Het begon allemaal in de ontdekking van x -reeks voor Wilhelm Conrad Röntgen (1895), aan de universiteit van Wurzburg. Hij bestudeerde kathodestralen toen hij merkte dat ze een vreemde fluorescentie zijn ontstaan, zelfs met het apparaat, in staat om het ondoorzichtige zwarte papier over te dragen dat de buizen bedekte waarbinnen de experimenten werden ontwikkeld.

Henri Becquerel, gemotiveerd door de ontdekkingen van de x -reeks, ontwierp hun eigen experimenten om ze te bestuderen van fluorescerende zouten, die fotografische platen verduisterde, beschermd door zwart papier, toen ze opgewonden waren door zonlicht.

Het werd per ongeluk gevonden (omdat de tijd in Parijs destijds bewolkt was), dat uraniumzouten de fotografische platen verduisterde, ongeacht de lichtbron die hen zou beïnvloeden. Hij concludeerde toen dat hij een nieuw type straling had gevonden: radioactiviteit.

Curie Husbands 'banen

Becquerel's werk diende als een bron van inspiratie voor Marie Curie en Pierre Curie om zich te verdiepen in het radioactiviteitsfenomeen (term bedacht door Marie Curie).

Kan u van dienst zijn: organische verbindingen

Daarom zochten ze naar andere mineralen (naast die van uranium) die ook die eigenschap zouden presenteren, en constateer dat het Pechblenda -erts nog radioactiever is en dat het daarom andere radioactieve stoffen moest bezitten. Als? Door de elektrische stromen te vergelijken die worden gegenereerd door de ionisatie van gasvormige moleculen rond de monsters.

Van de minerale pechblenda geëxtraheerd, na jaren van zware werken van radiometrische extracties en metingen, de radioactieve elementen radio (100 mg van een monster van 2000 kg) en polonio. Curie bepaalde ook de radioactiviteit van het Torio -element.

Helaas werden tegen die tijd de schadelijke effecten van dergelijke straling ontdekt.

Radioactiviteitsmetingen werden vergemakkelijkt met de ontwikkeling van de accountant van Geiger (met Hans Geiger als een artefact Coinventor).

De kernfractionering

Ernest Rutherford merkte op dat elke radio -isotoop zijn eigen vervaltijd had, onafhankelijk van de temperatuur, en dat deze varieerde met de concentratie en kenmerken van de kernen.

Het toonde ook aan dat deze radioactieve dalingen een eerste -orderkinetische, wiens half levende tijden gehoorzamen ((T_1/2), ze zijn nog steeds erg nuttig. Aldus heeft elke substantie radioactiviteit anders T_1/2, die oscilleert van seconden, dagen, tot miljoenen jaren.

Naast al het bovenstaande, een atoommodel voorgesteld na de resultaten van zijn experimenten die uitstralen met alfa -deeltjes (heliumkernen) een zeer dunne laken van goud. Werkte opnieuw met Alfas -deeltjes en bereikte de transmutatie van stikstofatomen naar zuurstofatomen; dat wil zeggen, hij was erin geslaagd het ene element om te zetten in het andere.

Daarbij werd meteen aangetoond dat het atoom niet ondeelbaar was, en nog minder toen het werd gebombardeerd door versnelde deeltjes en "langzame" neutronen.

Studierichting

Oefening en theorie

Degenen die besluiten zich over te geven aan de specialisten van nucleaire chemie, kunnen kiezen voor verschillende studiegebieden of onderzoek, evenals verschillende werkvelden. Zoals veel wetenschapstakken, kunnen ze zich wijden aan oefenen, of de theorie (of beide tegelijkertijd) in hun overeenkomstige velden.

Een cinematografisch voorbeeld is te zien in superheldenfilms, waar wetenschappers een individu krijgen om supermachten te verwerven (zoals Hulk, de Fantastic Four, Spiderman en Dr. Manhattan).

In het echte leven (althans oppervlakkig) zijn nucleaire chemicaliën integendeel om nieuwe materialen te ontwerpen die kunnen weerstaan ​​om een ​​enorme nucleaire weerstand te weerstaan.

Deze materialen moeten, net als de instrumentatie, onverwoestbaar en speciaal genoeg zijn om de emissie van straling en de enorme temperaturen te isoleren die zijn ontketend bij het starten van nucleaire reacties; Vooral nucleaire fusie.

In de theorie kunnen ze simulaties ontwerpen om eerst de levensvatbaarheid van bepaalde projecten te schatten en hoe deze te verbeteren tegen de lagere kosten en negatieve impact; of wiskundige modellen die het mogelijk maken de hangende mysteries van de kern te ontrafelen.

Ze bestuderen en poseren ook.

Typische banen

Hieronder is een korte lijst met typische werken die een nucleaire chemicus kan uitoefenen:

-Ze sturen onderzoek naar overheids-, industriële of academische laboratoria.

-Ze verwerken honderden gegevens via statistische pakketten en multivariate analyse.

-Lesgeven in universiteiten.

-Ze ontwikkelen veilige radioactiviteitsbronnen voor verschillende toepassingen waarbij ze een algemeen publiek betreffen, of om te worden gebruikt in ruimtevaartapparaten.

-Ontwerptechnieken en apparaten die radioactiviteit in de omgeving detecteren en bewaken.

-Ze garanderen dat in laboratoria de omstandigheden optimaal zijn bij de manipulatie van het radioactieve materiaal; die gaan manipuleren, zelfs met behulp van robotarmen.

Kan u bedienen: referentie -elektrode: kenmerken, functie, voorbeelden

-Als technici behouden ze de dosimeters en verzamelen ze radioactieve monsters.

Gebieden

De vorige paragraaf beschreven in algemene termen wat de taken zijn van een nucleaire chemicus op zijn werkplek. Nu is het iets meer gespecificeerd over verschillende gebieden waarin het gebruik of de studie van nucleaire reacties aanwezig is.

Radiochemie

In de radio wordt het stralingsproces op zichzelf bestudeerd. Dit betekent dat het alle radio -isotopen diepgaand beschouwt, evenals hun vervaltijd, de straling die vrijgeeft (alfa, bèta of gamma), hun gedrag in verschillende omgevingen en hun mogelijke toepassingen.

Dit is misschien het gebied van nucleaire chemie dat vandaag het meest is gevorderd over de anderen. Hij heeft de leiding gehad over het gebruik van radio -isotopen en matige stralingsdoses intelligent en vriendelijk.

Kernenergie

Op dit gebied bestuderen nucleaire chemicaliën, samen met onderzoekers van andere specialiteiten, veilige en controleerbare methoden om te profiteren van het kernenergieproduct van de splijting van de kernen; dat wil zeggen van zijn fractionering.

Het is ook van plan hetzelfde te doen met nucleaire fusiereacties, zoals degenen die kleine sterren wilden temmen die hun energie bijdragen; Met de belemmering dat de omstandigheden overweldigend zijn en er geen fysiek materiaal is dat in staat is om ze te verzetten (stel je voor dat je de zon vergrendelt in een kooi die niet is gebaseerd door intense warmte).

Kernenergie kan worden gebruikt voor nuttige doeleinden, of voor oorlogsdoeleinden, bij de ontwikkeling van meer bewapening.

Opslag en afval

Het probleem dat nucleair afval vertegenwoordigt, is zeer ernstig en bedreigend. Het is om deze reden dat ze in dit gebied zijn toegewijd aan het bedenken van strategieën om ze op een zodanige manier "op te sluiten" dat de straling die ze uitzenden hun insluitingsschaal niet transparanteert; Coraza, dat moet kunnen weerstaan ​​aan aardbevingen, overstromingen, hoge drukken en temperaturen, enz.

Kunstmatige radioactiviteit

Alle verkeerselementen zijn radioactief. Ze zijn gesynthetiseerd door verschillende technieken, waaronder: kernenbombardement met neutronen of andere versnelde deeltjes.

Om dit te doen, zijn lineaire versnellers of cyclotrons (die de vorm hebben van D) gemaakt. Daarin versnellen deeltjes bij snelheden die dicht bij die van licht zijn (300.000 km/s), en botsen vervolgens tegen een doelwit.

Aldus werden verschillende kunstmatige, radioactieve elementen geboren en dat hun overvloed op aarde nietig is (hoewel ze natuurlijk kunnen bestaan ​​in Cosmos -regio's).

Bij sommige versnellers is de kracht van botsingen zodanig dat er een uiteenvallen van materie plaatsvindt. Het analyseren van de fragmenten, die nauwelijks kunnen worden gedetecteerd voor hun korte leven, is het mogelijk geweest om meer te weten op de afdeling het compendium van atomaire deeltjes.

Toepassingen

Koeltorens van een kerncentrale. Bron: Pixabay.

In het bovenste beeld worden twee karakteristieke koeltorens van nucleaire planten getoond, waarvan de plant een hele elektriciteitsstad kan voeden; Bijvoorbeeld, de Springfield -fabriek, waar Homero Simpson werkt, en van waaruit Mr. Burns bezit.

Vervolgens gebruiken kerncentrales de energie die vrijgegeven is uit kernreactoren om een ​​energiebehoefte te bieden. Dit is de ideale en veelbelovende toepassing van nucleaire chemie: onbeperkte energie.

Gedurende het artikel is op een impliciete manier vermeld van tal van nucleaire chemie -toepassingen gedaan. Andere toepassingen niet zo duidelijk, maar zijn aanwezig in het dagelijks leven, zijn hieronder de volgende.

Geneesmiddel

Een techniek om chirurgisch materiaal te steriliseren is om het te bestralen met gamma -straling. Dit vernietigt volledig de micro -organismen die kunnen huisvesten. Het proces is koud, dus bepaalde biologische materialen, gevoelig voor hoge temperaturen, kunnen ook worden onderworpen aan deze stralingsdoses.

Kan u van dienst zijn: vertakte alkanes

Het farmacologische effect, verdeling en eliminatie van nieuwe geneesmiddelen wordt geëvalueerd door radio -isotopen te gebruiken. Met een uitgegeven stralingsdetector kunt u een echt beeld hebben van de distributie van geneesmiddelen in het lichaam.

Deze afbeelding maakt het mogelijk om te bepalen hoe lang het medicijn op bepaald weefsel werkt; Als het niet goed absorbeert, of als het binnen het juiste moment blijft.

Voedselbehoud

Evenzo kan het opgeslagen voedsel worden uitgestraald met een matige dosis gammastraling. Dit is verantwoordelijk voor het elimineren en vernietigen van bacteriën, waardoor eetbaar voedsel langer blijft.

Een aardbeienpakket kan bijvoorbeeld vers worden gehouden na zelfs vijftien dagen opslag door deze techniek. Straling is zo zwak dat het oppervlak van aardbeien niet doordringt; En daarom zijn ze niet besmet, noch worden ze "radioactieve aardbeien".

Rookmelders

Binnen de rookmelders zijn er slechts enkele milligram van Amerika (²⁴¹BEN). Dit radioactieve metaal tot deze hoeveelheden vertoont onschadelijke straling voor de mensen die aanwezig zijn onder de daken.

Hij ²⁴¹Am stuurt alfa -deeltjes en gammastralen met lage energie uit, deze stralen kunnen aan de detector ontsnappen. Alfas -ionische deeltjes ioniseren zuurstof- en stikstofmoleculen van lucht. Binnen de detector is een spanningsverschil verzameld en bestelt de ionen, waardoor een lichte elektrische stroom wordt geproduceerd.

De ionen belanden in verschillende elektroden. Wanneer de rook de interne kamer van de detector binnenkomt, absorbeert deze alfa -deeltjes en wordt luchtionisatie onderbroken. Bijgevolg stopt de elektrische stroom en wordt een alarm geactiveerd.

Het elimineren van ongedierte

In de landbouw is gematigde straling gebruikt om de ongewenste insecten van gewassen te vernietigen. Het gebruik van zeer vervuilende insecticiden wordt dus vermeden. Op deze manier is de negatieve impact op bodem, grondwater en gewassen zelf verminderd.

Dating

Met behulp van radio -isotopen kan de leeftijd van bepaalde objecten worden bepaald. In archeologische studies is dit van groot belang, omdat het mogelijk maakt om de monsters te scheiden en in hun bijbehorende tijden te plaatsen. De radio -isotoop die voor deze toepassing wordt gebruikt, is bij uitstek, koolstof 14 (¹⁴C). Zijn T_1/2 Het is 5700 jaar, en je kunt dateren voor monsters tot 50.000 jaar oud.

Het verval van ¹⁴C is speciaal gebruikt voor biologische monsters, botten, fossielen, enz. Andere radio -isotopen, zoals ²⁴⁸U, u hebt een T_1/2 miljoenen jaren. Vervolgens het meten van de concentraties van ²⁴⁸U In een monster van meteorieten, sedimenten en mineralen kan worden bepaald als het dezelfde leeftijd van de aarde is.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Scheikunde. (8e ed.)). Cengage leren.
2. Frank Kinard. (2019). Nucleaire chemie. Hersteld van: chemiexplaed.com
3. Nucleaire chemie. (S.F.)). Hersteld van: SAS.Omhoogn.Edu
4. Mazur Matt. (2019). Tijdlijn voor de geschiedenis van nucleaire chemie. Ze gaan vooraf aan. Hersteld van: voorafgaan.com
5. Sarah E. & Nyssa s. (S.F.)). Ontdekking van radioactiviteit. Chemistry Libhethexts. Hersteld van: chem.Librhetxts.borg
6. Scottsdale, Brenda. (S.F.)). Wellpes van banen doen nucleaire chemici? Werk - Chron.com. Hersteld van: werk.Chron.com
7. Wikipedia. (2019). Nucleaire chemie. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
8. American Chemical Society. (2019). Nucleaire chemie. Chemiecarrière. Opgehaald uit: ACS.borg
9. Alan E. Waltar. (2003). De medische, agrarische en industriële toepassingen van nucleaire technologie. Pacific Northwest National Laboratory.