Capitolo 20 - La chimica nucleare Flashcards
nucleoni
due diverse specie di particelle fondamentali: protoni e neutroni
radioattività
nuclei sono instabili: essi emettono spontaneamente particelle e/o radiazioni elettromagnetica - tutti gli elementi che hanno numero atomico maggiore di 83 sono radioattvi (es. polonio)
trasmutazione nucleare
attraverso la radioattività o il bombardamento dei nuclei atomici con neutroni, protoni o altri nuclei, è possibile trasformare un nuclide in un nuclide differente
reazioni nucleari
decadimento radioattivo e qualsiasi trasmutazione nucleare - si differenziano in maniera significativa dalle convenzionali reazioni chimiche
bilanciamento delle equazioni nucleari
la scrittura di una reazione nucleare: è necessario esplicitare sempre, per ogni nuclide, protoni, neutroni ed elettroni
regole per il bilanciamento:
il numero totale di protoni più quello dei neutroni nei prodotti e nei reagenti deve coincidere
il numero totale delle cariche nucleari nei prodotti e dei reagenti deve essere lo stesso
positrone
è una particella con la stessa massa di un elettrone, ma con carica opposta
stabilità nucleare
è molto interessante conoscere anche la densità nucleare perché essa sta a indicare quanto le particelle nucleari sono impacchettate
dipende fortemente dalla differenza tra le interazioni repulsive e quelle attrattive, che si esercitano solo a corto raggio. se le prime predominano, il nucleo si disintegra, emettendo particelle e/o radiazione elettromagnetica. se, al contrario predominano le forze attrattive il nucleo risulta stabile
il principale fattore che determina la stabilità nucleare è il rapporto tra il numero di neutroni e di protoni
banda di stabilità
i nuclei stabili sono posizionati nella zona del grafico denominata banda di stabilità. la maggior parte dei nuclei radioattivi si trova al di fuori di questa regione
al di sopra della banda di stabilità, i nuclei hanno un rapporto neutroni su protoni maggiore quindi emettono particelle beta
al di sotto della banda di stabilità i nuclei hanno un rapporto tra numero di neuroni e numero di protoni inferiore rispetto ai corrispondenti isotopi stabili, questi nuclei possono emettere un positrone
cattura elettronica
è la cattura di un elettrone - di solito un elettrone 1s - da parte del nucleo, l’elettrone catturato si combina con un protone per dare un neutrone
energia di legame nucleare
è l’energia richiesta per scindere un nucleo nei suoi componenti, cioè neutroni e protoni - corrisponde all’energia che viene liberata, nel corso di una reazione nucleare esotermica, in seguito alla conversione della massa in energia
difetto di massa
la differenza di un atomo e la massa dello stesso atomo calcolata in base al numero di particelle atomiche (protoni, neutroni ed elettroni)
teoria della relatività
la perdita di massa di trasforma in energia che viene rilasciata nell’ambiente - equivalenza tra massa ed energia è data dall’equazione di einstein
energia di legame nucleare per nucleone
energia di legame nucleare per nucleone = energia di legame nucleare / numero di nucleoni
ci consente di discutere la stabilità di tutti i nuclidi
tipi di radiazione
particelle alfa - nuclei di He e He2+, particelle beta - elettroni o positroni e particella gamma - radiazione elettromagnetica caratterizzata da una lunghezza d’onda molto piccola
cattura di decadimento radioattivo
sequenza di reazioni nucleari che terminano quando si viene a formare un isotopo stabile
(es. catena di decadimento radioattivo dell’uranio)
è importante saper bilanciare ogni singolo passaggio delle equazioni nucleari di una catena di decadimento
nella terminologia delle reazioni nucleari, in una catena di decadimento radioattivo di partenza è detto progenitore e quello che si produce figlio
cinetica del decadimento radioattivo
tutti i decadimenti radioattivi seguono una legge cinetica del primo ordine. quindi la velocità di decadimento radioattivo, a un tempo generico t, è data da: velocità di decadimento radioattivo al tempo t = [lambda]N
nel caso dei decadimenti radioattivi le costanti di velocità non vengono influenzate dai cambiamenti delle condizioni ambientali (temperatura e pressione)
datazione con il radiocarbonio
isotopo carbonio-14 è prodotto quando l’azoto atmosferico viene bombardato dai raggi cosmici
il rapporto decrescente tra la quantità di 14C e 12C può essere utilizzato per stimare l’età di un campione
misurando la velocità di decadimento in un campione fresco e in un campione vecchio, possiamo calcolare t, che rappresenta l’età del campione vecchio
metodo affidabile per la datazione di oggetti con età compresa tra 1000 e 50 000 anni
datazione utilizzando l’isotopo urano-238
questa serie di decadimento è particolarmente indicata per la datazione di rocce terrestri e oggetti provenienti dallo spazio
grazie agli studi di datazione basati sulla serie di decadimento dell’uranio, confermati poi da studi condotti su altre serie radioattive, è stato possibile datare le rocce più antiche stimando l’età della terra a 4.5 miliardi di anni
datazione utilizzando l’isotopo potassio-40
questa è una delle più importanti tecniche utilizzate in geochimica
è possibile determinare l’età delle rocce in un intervallo compreso tra milioni e miliardi di anni
processo di trasmutazione nucleare
la possibilità di convertire un elemento in un altro
nonostante gli elementi leggeri non siano normalmente radioattivi, essi possono essere resi tali dal bombardamento del loro nucleo con particelle appropriate
molti isotopi sintetici vengono preparati utilizzando i neutroni come proiettili. questo metodo è particolarmente adatto perché i neutroni non hanno carica e quindi non vengono respinti dal bersaglio
acceleratore di particelle
utilizza campi elettromagnetici per aumentare l’energia cinetica delle particelle cariche, in modo che la reazione possa avvenire
le particelle cariche emesse dalla sorgente vengono accelerate dal campo elettrico mentre a causa del campo magnetico la loro traiettoria viene curvata senza aumentar la velocità
una volta acquisita l’energia sufficiente perché la reazione nucleare possa aver luogo, le particelle accelerate sono guidate al di fuori dell’acceleratore e vanno a colpire il bersaglio
elementi transuranici
elementi che hanno un numero atomico maggiore di 92
