CHEMICAL NUKLEYAR: KASAYSAYAN, LARANGAN NG PAG-AARAL, MGA LUGAR, APLIKASYON - CHEMISTRY - 2025

Ang chemistry ng nuklear ay ang pag-aaral ng mga pagbabago sa mga katangian ng produkto ng mga bagay na bagay na naganap sa nuclei ng mga atoms; hindi nito pinag-aaralan ang paraan ng pakikipag-ugnay ng mga electron o ang kanilang mga bono sa iba pang mga atom na pareho o ibang sangkap.

Ang sangay na ito ng kimika ay pagkatapos ay nakatuon sa nuclei at mga energies na pinakawalan kapag nagdagdag o nawalan ng ilan sa kanilang mga partikulo; na kung saan ay tinatawag na mga nucleon, at kung saan para sa mga layunin ng kemikal na mahalagang binubuo ng mga proton at neutron.

Radyo ng radioactive. Pinagmulan: Pixabay.

Maraming mga reaksyong nukleyar ay binubuo ng isang pagbabago sa bilang ng mga proton at / o mga neutron, na kung saan ay bilang isang kinahinatnan ng pagbabagong-anyo ng isang elemento sa isa pa; sinaunang panaginip ng mga alchemist, na walang saysay na sinubukan na gawing ginto ang tingga na metal.

Ito marahil ang pinaka nakakagulat na katangian ng mga reaksiyong nukleyar. Gayunpaman, ang gayong mga pagbabagong-anyo ay naglalabas ng napakaraming enerhiya, pati na rin ang pinabilis na mga partido na pinamamahalaan upang tumagos at sirain ang bagay sa kanilang paligid (tulad ng DNA ng ating mga cell) depende sa nauugnay na enerhiya.

Iyon ay, sa isang nukleyar na reaksyon ng iba't ibang uri ng radiation ay pinakawalan, at kapag ang isang atom o isotope ay naglalabas ng radiation, sinasabing radioactive (radionuclides). Ang ilang radiation ay maaaring hindi nakakapinsala, at kahit na benign, na ginagamit upang labanan ang mga selula ng kanser o pag-aralan ang parmasyutiko na epekto ng ilang mga gamot sa pamamagitan ng pag-label sa radioaktibo.

Ang iba pang mga radiasyon, sa kabilang banda, ay mapanirang at nakamamatay sa pinakamaliit na pakikipag-ugnay. Nakalulungkot, ang ilan sa mga pinakamasama pinsala sa kasaysayan ay nagdadala ng simbolo ng radioactivity (radioactive clover, top image).

Mula sa mga sandatang nukleyar, hanggang sa mga episode ng Chernobyl at kasawian ng radioactive basura at ang mga epekto nito sa wildlife, maraming mga sakuna na na-trigger ng enerhiya ng nuklear. Ngunit, sa kabilang banda, ang enerhiya ng nuklear ay magagarantiyahan ang kalayaan mula sa iba pang mga mapagkukunan ng enerhiya at ang mga problema sa polusyon na sanhi nito.

Ito ay (marahil) maging malinis na enerhiya, may kakayahang makapangyarihang mga lungsod nang walang hanggan, at ang teknolohiya ay lalampas sa mga hangganan sa lupa.

Upang makamit ang lahat ng ito sa pinakamababang halaga ng tao (at planeta), mga programang pang-agham, teknolohikal, ekolohikal, at pampulitikang mga programa at pagsisikap na "tame" at "gayahin" ang nukleyar na enerhiya sa ligtas at kapaki-pakinabang na paraan para sa sangkatauhan at paglaki nito. masipag.

Kasaysayan ng nuclear chemistry

Tanghali

Ang pag-iwan sa mga alchemist at bato ng kanilang pilosopo noong nakaraan (bagaman ang kanilang mga pagsisikap ay nagbunga ng mahalagang kahalagahan para sa pag-unawa sa kimika), ang nukleyar na kimika ay isinilang kapag ang kilala bilang radioactivity ay unang nakita.

Nagsimula ang lahat sa pagtuklas ng X-ray ni Wilhelm Conrad Röntgen (1895), sa Unibersidad ng Wurzburg. Nag-aaral siya ng mga cathode ray nang napansin niyang nagmula ang isang kakaibang fluorescence, kahit na ang aparato ay naka-off, na may kakayahang tumagos sa malupit na itim na papel na sumaklaw sa mga tubo kung saan isinagawa ang mga eksperimento.

Si Henri Becquerel, na udyok ng mga pagtuklas ng X-ray, ay dinisenyo ang kanyang sariling mga eksperimento upang pag-aralan ang mga ito gamit ang mga fluorescent salts, na pinaputi ng mga plato ng photographic, na protektado ng itim na papel, nang sila ay nasasabik sa pamamagitan ng sikat ng araw.

Ito ay natagpuan nang hindi sinasadya (dahil ang ulap sa Paris ay maulap sa oras na iyon), na ang mga uranium salts ay nakakubkob ng mga photographic plate, anuman ang ilaw na mapagkukunan na nahulog sa kanila. Pagkatapos ay napagpasyahan niya na nakakita siya ng isang bagong uri ng radiation: radioactivity.

Trabaho ng asawa ng Curie

Ang gawain ni Becquerel ay nagsilbing isang mapagkukunan ng inspirasyon para kina Marie Curie at Pierre Curie upang matuklasan ang hindi pangkaraniwang bagay ng radioactivity (isang term na coined ni Marie Curie).

Kaya, naghanap sila ng iba pang mga mineral (bilang karagdagan sa uranium) na ipinakita din ang pag-aari na ito, sa paghahanap na ang mineral pitchblende ay mas radioactive, at samakatuwid, dapat itong magkaroon ng iba pang mga radioactive na sangkap. Paano? Sa pamamagitan ng paghahambing ng mga de-koryenteng alon na nabuo ng ionization ng mga molekula ng gas sa paligid ng mga sample.

Matapos ang mga taon ng napakahirap na pagkuha ng pagkuha at mga pagsukat ng radiometric, kinuha niya ang radioactive element radium (100 mg mula sa isang sample na 2000 kg) at polonium mula sa mineral pitchblende. Gayundin, tinukoy ni Curie ang radioactivity ng element thorium.

Sa kasamaang palad, sa gayon ang mga mapanganib na epekto ng naturang radiation ay nagsisimula na natuklasan.

Ang mga pagsukat ng radioactivity ay pinadali sa pag-unlad ng counter ng Geiger (pagkakaroon ng Hans Geiger bilang isang tagagawa ng artifact).

Pagbubuklod ng nukleus

Napansin ni Ernest Rutherford na ang bawat radioisotope ay may sariling oras ng pagkabulok, independiyenteng ng temperatura, at na nag-iba ito sa konsentrasyon at katangian ng nuclei.

Ipinakita rin nito na ang mga radioact decays na ito ay sumunod sa mga first-order kinetics, na ang kalahating buhay (t _1/2 ) ay kapaki-pakinabang pa rin ngayon. Kaya, ang bawat sangkap na naglalabas ng radioactivity ay may ibang t _1/2 , na saklaw mula sa mga segundo, araw, hanggang milyon-milyong taon.

Bilang karagdagan sa lahat ng nasa itaas, iminungkahi niya ang isang modelo ng atomic bilang isang resulta ng mga resulta ng kanyang mga eksperimento na nag-iilaw ng isang napaka manipis na sheet ng ginto na may mga parteng alpha (helium nuclei). Nagtatrabaho muli kasama ang mga partikulo ng alpha, nakamit niya ang paghahatid ng mga atomo ng nitrogen sa mga atomo ng oxygen; sa madaling salita, pinamamahalaang niya upang mai-convert ang isang elemento sa isa pa.

Sa paggawa nito, ipinakita nang sabay-sabay na ang atom ay hindi nahahati, at kahit na mas mababa kapag binomba ito ng pinabilis na mga particle at "mabagal" na neutron.

Larangan ng pag-aaral

Kasanayan at teorya

Ang mga nagpapasya na maging bahagi ng mga espesyalista ng nuclear chemistry ay maaaring pumili mula sa maraming larangan ng pag-aaral o pananaliksik, pati na rin ang iba't ibang larangan ng trabaho. Tulad ng maraming mga sanga ng agham, maaari silang italaga sa pagsasanay, o teorya (o pareho sa parehong oras) sa kanilang mga kaukulang larangan.

Ang isang halimbawa ng cinematic ay makikita sa mga pelikula ng superhero, kung saan nakakakuha ang mga siyentipiko ng isang indibidwal upang makakuha ng sobrang mga kapangyarihan (tulad ng Hulk, ang kamangha-manghang apat, Spiderman, at Doctor Manhattan).

Sa totoong buhay (hindi bababa sa hindi bababa sa), ang mga chemist nukleyar ay naghahangad na magdisenyo ng mga bagong materyales na may kakayahang makatiis sa napakalaking pagtutol ng nukleyar.

Ang mga materyales na ito, tulad ng instrumento, ay dapat na masiraan ng loob at espesyal na sapat upang ibukod ang paglabas ng radiation at ang napakalaking temperatura na pinakawalan kapag sinimulan ang mga reaksyong nukleyar; lalo na sa mga nuclear fusion.

Sa teorya, maaari silang magdisenyo ng mga simulation upang unang matantya ang pagiging posible ng ilang mga proyekto at kung paano pagbutihin ang mga ito sa pinakamababang gastos at negatibong epekto; o mga modelong pang-matematika na nagbibigay-daan upang malutas ang nakabinbing mga misteryo ng nucleus.

Gayundin, pinag-aaralan at nagmumungkahi sila ng mga paraan upang mag-imbak at / o magpagamot ng basurang nukleyar, dahil nangangailangan ng bilyun-bilyong taon upang mabulok at lubos na marumi.

Karaniwang trabaho

Narito ang isang maikling listahan ng mga tipikal na trabaho na maaaring gawin ng isang nuclear chemist:

-Mga direktang pananaliksik sa mga laboratoryo ng pang-industriya, pang-industriya o pang-akademiko.

-Process daan-daang data sa pamamagitan ng mga statistic packages at multivariate analysis.

-Nagtuturo sila ng mga klase sa mga unibersidad.

-Bulahin ang ligtas na mapagkukunan ng radioactivity para sa iba't ibang mga application na kinasasangkutan ng isang pangkalahatang publiko, o para magamit sa mga aparato ng aerospace.

-Pagdisenyo ng mga diskarte at aparato na nakakakita at sinusubaybayan ang radioactivity sa kapaligiran.

-Giti na ang mga kondisyon ng laboratoryo ay pinakamainam para sa paghawak ng radioactive material; na kahit na manipulahin nila ang paggamit ng robotic arm.

-Ang mga technician, pinapanatili nila ang mga dosimeter at kinokolekta ang mga radioactive sample.

Mga Lugar

Ang nakaraang seksyon na inilarawan sa pangkalahatang mga termino kung ano ang mga gawain ng isang nuclear chemist sa kanyang lugar ng trabaho. Ngayon, kaunti pa ang tinukoy tungkol sa iba't ibang mga lugar kung saan naroroon ang paggamit o pag-aaral ng mga reaksyong nukleyar.

Radiochemistry

Sa radiochemistry, ang proseso ng radiation mismo ay pinag-aralan. Nangangahulugan ito na isinasaalang-alang nang malalim ang lahat ng mga radioisotopes, pati na rin ang kanilang oras ng pagkabulok, ang radiation na inilabas nila (alpha, beta o gamma), ang kanilang pag-uugali sa iba't ibang mga kapaligiran, at ang kanilang mga posibleng aplikasyon.

Ito ay marahil ang lugar ng nukleyar na kimika na pinakamaunlad ngayon kumpara sa iba. Siya ay namamahala sa paggamit ng mga radioisotop at katamtamang dosis ng radiation sa isang matalino at magiliw na paraan.

Nukleyar na enerhiya

Sa lugar na ito, ang mga chemist ng nuklear, kasama ang mga mananaliksik mula sa iba pang mga espesyalista, pag-aaral at disenyo ng ligtas at makokontrol na mga pamamaraan upang samantalahin ang enerhiya ng nukleyar na ginawa ng fission ng nuclei; iyon ay, sa pagwawasak nito.

Gayundin, iminumungkahi na gawin ang parehong sa mga reaksyon ng pagsasanib ng nukleyar, tulad ng mga nais na banayad ang mga maliliit na bituin na nag-aambag ng kanilang enerhiya; na may pagkababagabag na ang mga kondisyon ay labis at walang pisikal na materyal na may kakayahang pigilan ang mga ito (isipin na nakapaloob sa araw sa isang hawla na hindi natutunaw dahil sa matinding init).

Ang lakas ng nuklear ay maaaring magamit para sa mga layunin ng kawanggawa, o para sa mga layunin ng digmaan, sa pagbuo ng mas maraming sandata.

Imbakan at basura

Ang problema na kinakatawan ng basurang nukleyar ay napakaseryoso at nagbabanta. Ito ay para sa kadahilanang ito na sa lugar na ito ay nakatuon sila sa mga estratehiya na "ibilanggo ang mga ito" sa isang paraan na ang radiation na nilalabas nila ay hindi tumagos sa kanilang suliranin; shell, na dapat makatiis sa mga lindol, baha, mataas na presyon at temperatura, atbp.

Artipisyal na radioactivity

Ang lahat ng mga elemento ng transuranic ay radioactive. Na-synthesize sila gamit ang iba't ibang mga diskarte, kabilang ang: ang pambobomba ng nuclei na may mga neutron o iba pang pinabilis na mga particle.

Para sa mga ito, ang paggamit ay ginawa ng mga linear na accelerator o cyclotrons (na hugis D). Sa loob ng mga ito, ang mga particle ay pinabilis sa bilis na malapit sa mga ilaw (300,000 km / s), at pagkatapos ay mabangga sa isang target.

Sa gayon, maraming mga artipisyal, radioactive elemento ang ipinanganak, at ang kanilang kasaganaan sa Earth ay hindi nilalayo (kahit na maaaring natural na umiiral sa mga rehiyon ng Cosmos).

Sa ilang mga accelerator ang lakas ng banggaan ay tulad na nangyayari ang isang pagkabagabag sa bagay. Sa pamamagitan ng pagsusuri ng mga fragment, na halos hindi mapansin dahil sa kanilang maikling habang buhay, posible na matuto nang higit pa tungkol sa kompendyum ng mga particle ng atom.

Aplikasyon

Ang paglamig ng mga tower ng isang planta ng lakas ng nukleyar. Pinagmulan: Pixabay.

Ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng dalawang mga naka-cool na tower tower na katangian ng mga halaman ng nuclear power, na ang halaman ay maaaring magbigay ng isang buong lungsod ng koryente; halimbawa, ang halaman sa Springfield, kung saan gumana ang Homer Simpson, at pag-aari ni G. Burns.

Pagkatapos, ginagamit ng mga nuclear power plants ang enerhiya na pinakawalan mula sa mga nukleyar na reaktor upang magkakaloob ng pangangailangan sa enerhiya. Ito ang mainam at promising application ng nuclear chemistry: walang limitasyong enerhiya.

Sa buong artikulo, ang pagbanggit ay ginawa, nang walang pasubali, ng maraming aplikasyon ng chemistry nuklear. Ang iba pang mga aplikasyon na hindi masyadong halata, ngunit naroroon sa pang-araw-araw na buhay, ay ang mga sumusunod sa ibaba.

Medisina

Ang isang pamamaraan para sa isterilisasyon ang materyal na kirurhiko ay upang magaan ang radiation na may gamma radiation. Ganap na sinisira nito ang mga microorganism na maaaring harapin nila. Ang proseso ay malamig, kaya ang ilang mga biological na materyales, sensitibo sa mataas na temperatura, ay maaari ding isailalim sa naturang mga dosis ng radiation.

Ang epekto ng parmasyutiko, pamamahagi at pag-aalis ng mga bagong gamot ay nasuri sa pamamagitan ng paggamit ng mga radioisotop. Sa isang pinalabas na detektor ng radiation, maaari kang magkaroon ng isang tunay na larawan ng pamamahagi ng gamot sa katawan.

Ang imaheng ito ay posible upang matukoy kung gaano katagal ang gamot ay kumikilos sa isang tiyak na tisyu; kung hindi ito sumipsip nang maayos, o kung mananatili itong nasa loob ng mas mahaba kaysa sa sapat.

Pagpreserba ng pagkain

Katulad nito, ang nakaimbak na pagkain ay maaaring maging irradiated na may katamtamang dosis ng gamma radiation. Ito ang may pananagutan sa pag-alis at pagsira ng bakterya, pagpapanatiling nakakain ng pagkain sa mas mahabang panahon.

Halimbawa, ang isang pakete ng mga strawberry ay maaaring panatilihing sariwa pagkatapos kahit na 15 araw ng imbakan gamit ang pamamaraang ito. Mahina ang radiation na hindi ito tumagos sa ibabaw ng mga strawberry; at samakatuwid, hindi sila nahawahan, at hindi rin sila nagiging "radioactive strawberry".

Mga detektor ng usok

Sa loob ng mga detektor ng usok ay ilan lamang sa mga milligram ng americium ( ²⁴¹ Am). Ang radioactive metal sa mga halagang ito ay nagpapakita ng radiation na hindi nakakapinsala sa mga taong naroroon sa ilalim ng mga bubong.

Ang ²⁴¹ Am ay naglalabas ng mababang mga particle ng alpha ng enerhiya at mga ray ng gamma, ang mga sinag na ito ay maaaring makatakas sa detektor. Ang mga particle ng Alpha ay nag-i-ionize ng mga molecule ng oxygen at nitrogen sa hangin. Sa loob ng detektor, ang isang pagkakaiba-iba ng boltahe ay nangongolekta at nag-uutos ng mga ions, na gumagawa ng isang bahagyang elektrikal na kasalukuyang.

Nagtatapos ang mga ion sa iba't ibang mga electrodes. Kapag pumapasok ang usok sa panloob na silid ng detektor, sinisipsip nito ang mga partikulo ng alpha at ang pagsisimula ng hangin ay nasira. Dahil dito, ang electric current ay tumigil at isang alarma ang isinaaktibo.

Pag-alis ng mga peste

Sa agrikultura, ang katamtamang radiation ay ginamit upang patayin ang hindi kanais-nais na mga insekto sa mga pananim. Sa gayon, maiiwasan ang paggamit ng mga highly polluting insecticides. Binabawasan nito ang negatibong epekto sa mga lupa, tubig sa lupa at ang mga pananim mismo.

Pakikipag-date

Sa tulong ng mga radioisotop, ang edad ng ilang mga bagay ay maaaring matukoy. Sa mga arkeolohikal na pag-aaral na ito ay napakahusay na interes dahil pinapayagan nito ang mga sample na paghiwalayin at mailagay sa kanilang mga kaukulang oras. Ang radioisotope na ginamit para sa application na ito ay carbon 14 ( ¹⁴ C) kahusayan ng par . Ang t _{1/2 nito} ay 5700 taon at ang mga halimbawa ay maaaring napetsahan hanggang 50,000 taong gulang.

Ang pagkabulok ng ¹⁴ C ay ginamit lalo na para sa mga biological sample, skeletons, fossil, atbp. Ang iba pang mga radioisotop, tulad ng ²⁴⁸ U, ay t _1/2 milyong taong gulang. Sa pamamagitan ng pagsukat ng mga konsentrasyon ng ²⁴⁸ U sa isang sample ng meteorite, sediment at mineral, matutukoy kung ito ay kaparehong edad ng Earth.

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral.
2. Frank Kinard. (2019). Chemistry ng Nuklear. Nabawi mula sa: chemistryexplained.com
3. Chemistry ng Nuklear. (sf). Nabawi mula sa: sas.upenn.edu
4. Mazur Matt. (2019). Timeline para sa Kasaysayan ng Nuclear Chemistry. Nauna sila. Nabawi mula sa: preceden.com
5. Sarah E. & Nyssa S. (nd). Pagtuklas ng Radioactivity. Chemistry LibreTexts. Nabawi mula sa: chem.libretexts.org
6. Scottsdale, Brenda. (sf). Anong Mga Uri ng Trabaho ang Ginagawa ng Nukleyar na Mga Chemist? Trabaho - Chron.com. Nabawi mula sa: work.chron.com
7. Wikipedia. (2019). Chemistry ng Nuklear. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
8. Lipunan ng Amerikanong Chemical. (2019). Chemistry ng Nuklear. Mga Karera sa Chemistry. Nabawi mula sa: acs.org
9. Alan E. Waltar. (2003). Ang Medikal, Pang-agrikultura, at Pang-industriya na Aplikasyon ng Teknikal na Nuklear. Pacific Northwest National Laboratory.