De kärnkemi Det är studiet av förändringar i materia och dess egenskaper som ett resultat av de fenomen som äger rum i kärnorna i dess atomer; studerar inte det sätt på vilket dess elektroner interagerar eller deras bindningar med andra atomer av samma eller olika element.
Denna gren av kemi fokuserar sedan på kärnorna och de energier som frigörs när de lägger till eller förlorar några av sina partiklar; som kallas nukleoner och som för kemiska ändamål i huvudsak består av protoner och neutroner.
Många kärnreaktioner består av en förändring i antalet protoner och / eller neutroner, vilket har som en konsekvens omvandlingen av ett element till ett annat; forntida dröm om alkemister, som förgäves försökte göra blymetall till guld.
Detta är kanske det mest överraskande kännetecknet för kärnreaktioner. Sådana transformationer frigör emellertid enorma mängder energi, liksom accelererade partiklar som lyckas tränga in och förstöra materien runt dem (såsom DNA i våra celler) beroende på deras associerade energi..
Det vill säga i en kärnreaktion frigörs olika typer av strålning, och när en atom eller isotop frigör strålning sägs den vara radioaktiv (radionuklider). Viss strålning kan vara ofarlig och till och med godartad, används för att bekämpa cancerceller eller studera farmakologisk effekt av vissa läkemedel genom radioaktiv märkning..
Andra strålningar är å andra sidan destruktiva och dödliga vid minsta kontakt. Tyvärr har flera av de värsta katastroferna i historien med sig symbolen för radioaktivitet (radioaktiv klöver, toppbild).
Från kärnvapen till Tjernobyl-episoderna och olyckan med radioaktivt avfall och dess effekter på vilda djur, det finns många katastrofer som utlöses av kärnenergi. Men å andra sidan skulle kärnenergi garantera oberoende från andra energikällor och de föroreningsproblem som de orsakar..
Det skulle (förmodligen) vara ren energi som kan driva städer för evigheten, och tekniken skulle överskrida sina jordiska gränser.
För att uppnå allt detta till lägsta mänskliga (och planetariska) kostnad behövs vetenskapliga, tekniska, ekologiska och politiska program och ansträngningar för att "tämja" och "efterlikna" kärnenergi på ett säkert och fördelaktigt sätt för mänskligheten och dess energiska tillväxt.
Artikelindex
Efter att ha lämnat alkemisterna och deras filosofiska sten tidigare (även om deras ansträngningar har bära frukt av vital betydelse för kemiförståelsen) föddes kärnkemi när det som kallas radioaktivitet först upptäcktes..
Det hela började med upptäckten av röntgenbilder av Wilhelm Conrad Röntgen (1895) vid universitetet i Würzburg. Han studerade katodstrålar när han märkte att de härstammar från en konstig fluorescens, även med enheten avstängd, som kan tränga igenom det ogenomskinliga svarta papperet som täckte rören inuti vilka experimenten utfördes..
Henri Becquerel, motiverad av upptäckterna av röntgenstrålar, designade sina egna experiment för att studera dem från fluorescerande salter, som förmörkade fotografiska plattor, skyddade av svart papper, när de var upphetsade av solljus..
Det hittades av misstag (eftersom vädret i Paris var grumligt vid den tiden), att uransalter dolda fotografiska plattor, oavsett ljuskälla som föll på dem. Han drog sedan slutsatsen att han hade hittat en ny typ av strålning: radioaktivitet.
Becquerels verk fungerade som en inspirationskälla för Marie Curie och Pierre Curie att fördjupa sig i fenomenet radioaktivitet (en term som myntades av Marie Curie).
Således letade de efter andra mineraler (förutom uran) som också presenterade denna egenskap, och fann att mineralet pitchblende är ännu mer radioaktivt, och att det därför måste ha andra radioaktiva ämnen. Hur? Genom att jämföra de elektriska strömmarna som genereras av joniseringen av gasmolekyler runt proverna.
Efter år av hårda extraktion och radiometriska mätningar extraherade han de radioaktiva elementen radium (100 mg från ett 2000 kg prov) och polonium från mineralet pitchblende. Dessutom bestämde Curie elementets thoriums radioaktivitet.
Tyvärr började de skadliga effekterna av sådan strålning upptäckas..
Mätningar av radioaktivitet underlättades med utvecklingen av Geiger-räknaren (med Hans Geiger som meduppfinnar av artefakten).
Ernest Rutherford observerade att varje radioisotop hade sin egen sönderfallstid, oberoende av temperatur, och att den varierade med koncentrationen och egenskaperna hos kärnorna..
Han demonstrerade också att dessa radioaktiva sönderfall lyder första ordningens kinetik, vars halveringstid (t1/2), är fortfarande mycket användbara idag. Således har varje ämne som avger radioaktivitet olika t1/2, som sträcker sig från sekunder, dagar, till miljoner år.
Förutom allt ovanstående föreslog han en atommodell baserad på resultaten av hans experiment som bestrålade ett mycket tunt guldark med alfapartiklar (heliumkärnor). Arbetade igen med alfapartiklar och uppnådde transmutationen av kväveatomer till syreatomer; det vill säga han hade lyckats omvandla ett element till ett annat.
Genom att göra detta visades det genast att atomen inte var odelbar och ännu mindre när den bombades av accelererade partiklar och "långsamma" neutroner..
De som bestämmer sig för att bli en del av kärnkemispecialisterna kan välja mellan olika studier eller forskningsområden samt olika arbetsområden. Liksom många vetenskapsgrenar kan de ägnas åt praktik eller teori (eller båda samtidigt) inom motsvarande områden.
Ett filmexempel ses i superhjältefilmer, där forskare får en individ att förvärva superkrafter (som Hulken, de fantastiska fyra, Spiderman och Doctor Manhattan).
I verkliga livet (åtminstone ytligt) försöker kärnkemister istället att designa nya material som klarar enormt kärnkraftsmotstånd..
Dessa material, liksom instrumentet, måste vara tillräckligt oförstörbara och speciella för att isolera strålningsutsläpp och de enorma temperaturer som släpps ut när kärnreaktioner initieras; särskilt kärnfusion.
I teorin kan de utforma simuleringar för att först uppskatta genomförbarheten för vissa projekt och hur man kan förbättra dem till lägsta kostnad och negativa effekter. eller matematiska modeller som gör det möjligt att lösa kärnans väntande mysterier.
De studerar och föreslår sätt att lagra och / eller behandla kärnavfall, eftersom det tar miljarder år att brytas ned och är mycket förorenande..
Här är en kort lista över typiska jobb som en kärnkemikalie kan göra:
-Genomföra forskning i statliga, industriella eller akademiska laboratorier.
-Bearbeta hundratals data genom statistiska paket och multivariata analyser.
-De undervisar vid universitet.
-De utvecklar säkra radioaktivitetskällor för olika applikationer som involverar allmänheten eller för användning i rymdapparater.
-Designa tekniker och enheter som upptäcker och övervakar radioaktivitet i miljön.
-De garanterar att laboratorieförhållandena är optimala för hantering av radioaktivt material. som de lyckas manipulera även med robotarmar.
-Som tekniker håller de dosimetrar och samlar in radioaktiva prover.
I det föregående avsnittet beskrivs allmänt vilka uppgifter en kärnkemikalie har för sin arbetsplats. Nu specificeras lite mer om olika områden där användning eller studier av kärnreaktioner förekommer..
I radiokemi studeras själva strålningsprocessen. Detta innebär att den tar hänsyn till alla radioisotoper på djupet, såväl som deras sönderfallstid, strålningen de frigör (alfa, beta eller gamma), deras beteende i olika miljöer och deras möjliga tillämpningar..
Detta är kanske det område av kärnkemi som har avancerat mest idag jämfört med de andra. Han har varit ansvarig för att använda radioisotoper och måttliga doser av strålning på ett intelligent och vänligt sätt.
I detta område studerar och utformar kärnkemister tillsammans med forskare från andra specialiteter säkra och kontrollerbara metoder för att dra nytta av kärnenergi som produceras genom klyvning av kärnor; det vill säga av dess fraktionering.
På samma sätt föreslås det att göra detsamma med kärnfusionsreaktioner, som de som vill tämja små stjärnor som ger sin energi; med hinder att förhållandena är överväldigande och att det inte finns något fysiskt material som kan motstå dem (tänk dig att stänga in solen i en bur som inte smälter på grund av den intensiva värmen).
Kärnenergi kan antingen användas för välgörenhetsändamål eller för krigsändamål för utveckling av fler vapen..
Problemet med kärnavfall är mycket allvarligt och hotande. Det är av denna anledning som de i detta område är dedikerade till att utforma strategier för att "fängsla dem" på ett sådant sätt att strålningen de avger inte tränger igenom deras inneslutningsskal; skal, som måste klara jordbävningar, översvämningar, höga tryck och temperaturer etc..
Alla transurana element är radioaktiva. De har syntetiserats med olika tekniker, inklusive: bombningen av kärnor med neutroner eller andra accelererade partiklar.
För detta har linjära acceleratorer eller cyklotroner (som är D-formade) använts. Inuti dem accelereras partiklarna till hastigheter nära ljusets (300 000 km / s) och kolliderar sedan med ett mål.
Således föddes flera artificiella, radioaktiva element, och deras överflöd på jorden är noll (även om de kan finnas naturligt i kosmosregioner).
I vissa acceleratorer är kollisionskraften sådan att materiens upplösning inträffar. Genom att analysera fragmenten, som knappast kan detekteras på grund av deras korta livslängd, har det varit möjligt att lära sig mer om atompartiklarnas kompendium..
Bilden ovan visar två kyltorn som är karakteristiska för kärnkraftverk, vars anläggning kan förse en hel stad med el; till exempel anläggningen i Springfield, där Homer Simpson arbetar, och som ägs av Mr. Burns.
Så kärnkraftverk använder den energi som frigörs från kärnreaktorer för att tillgodose ett energibehov. Detta är den perfekta och lovande tillämpningen av kärnkemi: obegränsad energi.
Under hela artikeln har implicit nämnts många tillämpningar av kärnkemi. Andra applikationer som inte är så uppenbara, men som finns i det dagliga livet, är följande nedan.
En teknik för att sterilisera kirurgiskt material är att bestråla det med gammastrålning. Detta förstör de mikroorganismer som de kan ha helt. Processen är kall, så vissa biologiska material, känsliga för höga temperaturer, kan också utsättas för dessa strålningsdoser..
Den farmakologiska effekten, distributionen och eliminationen av de nya läkemedlen utvärderas genom användning av radioisotoper. Med en utsänd strålningsdetektor kan du få en riktig bild av läkemedlets fördelning i kroppen.
Denna bild gör det möjligt att bestämma hur länge läkemedlet verkar på en viss vävnad; om den inte absorberas ordentligt eller om den förblir inomhus längre än tillräckligt.
På samma sätt kan lagrad mat bestrålas med en måttlig dos av gammastrålning. Detta är ansvarigt för att eliminera och förstöra bakterier, hålla maten ätbar under längre tid.
Till exempel kan ett jordgubbspaket hållas friskt efter 15 dagars lagring med denna teknik. Strålningen är så svag att den inte tränger igenom jordgubbarnas yta. och därför är de inte förorenade och de blir inte heller "radioaktiva jordgubbar".
Inuti rökdetektorer finns bara några milligram americium (241A.M). Denna radioaktiva metall i dessa mängder uppvisar strålning som är ofarlig för människor som finns under taket..
De 241Am avger alfapartiklar och gammastrålar med låg energi, varvid dessa strålar kan komma ut från detektorn. Alfapartiklar joniserar syre- och kväve-molekyler i luften. Inuti detektorn samlas en spänningsskillnad och beställer jonerna, vilket ger en liten elektrisk ström..
Jonerna hamnar vid olika elektroder. När rök kommer in i detektorns inre kammare absorberar den alfapartiklar och joniseringen av luften störs. Följaktligen stoppas den elektriska strömmen och ett larm aktiveras.
I jordbruket har måttlig strålning använts för att döda oönskade insekter på grödor. Således undviks användningen av mycket förorenande insekticider. Detta minskar den negativa påverkan på mark, grundvatten och själva grödorna..
Med hjälp av radioisotoper kan åldern på vissa objekt bestämmas. I arkeologiska studier är detta av stort intresse eftersom det gör att proverna kan separeras och placeras i motsvarande tid. Radioisotopen som används för denna applikation är, par excellence, kol 14 (14C). Hans t1/2 Det är 5700 år gammalt och prover kan dateras upp till 50 000 år gamla.
Förfallet av 14C har använts speciellt för biologiska prover, ben, fossil etc. Andra radioisotoper, såsom 248U, ha en t1/2 miljontals år. Genom att sedan mäta koncentrationerna av 248U i ett urval av meteoriter, sediment och mineraler kan det bestämmas om det är samma ålder som jorden.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.