Geschichte der Kernchemie, Studiengebiet, Bereiche, Anwendungen

Der Nuklearchemie Es ist die Untersuchung von Veränderungen in der Materie und ihres Eigenschaftensprodukts der Phänomene, die in den Kernen ihrer Atome auftraten; Untersucht nicht die Art und Weise, wie ihre Elektronen oder Verbindungen mit anderen Atomen desselben oder anderen Elements interagieren.

Dieser Chemiezweig konzentriert sich dann auf die Kerne und die Energien, die freigesetzt werden, wenn sie einige ihrer Partikel hinzufügen oder verlieren. die als Nukleonen bezeichnet werden und die für chemische Zwecke im Wesentlichen aus Protonen und Neutronen bestehen.

Radioaktiver Klee. Quelle: Pixabay.

Viele Kernreaktionen bestehen aus einer Änderung der Anzahl der Protonen und/oder Neutronen, was zur Umwandlung eines Elements in ein anderes führt; Alter Traum der Alchemisten, die versuchten, Bleimetall nutzlos umzuwandeln, in Gold umwandeln.

Das obige ist vielleicht das überraschendste Merkmal von Kernreaktionen. Solche Transformationen setzen jedoch riesige Mengen an Energie frei, zusätzlich zu beschleunigten Partikeln, die es schaffen, die Angelegenheit um sie herum (wie die DNA unserer Zellen) zu durchdringen und zu zerstören, abhängig von ihrer damit verbundenen Energie.

Das heißt, in einer nuklearen Reaktion werden verschiedene Arten von Strahlung freigesetzt, und wenn ein Atom oder Isotop Strahlung freigibt, wird gesagt, dass es radioaktiv ist (Radionucleids). Eine gewisse Bestrahlung kann harmlos und sogar gutartig sein, um Krebszellen zu bekämpfen oder die pharmakologische Wirkung bestimmter Arzneimittel durch radioaktive Markierung zu untersuchen.

Andere Strahlung sind jedoch destruktiv und sterblich zum Mindestkontakt. Leider tragen einige der schlimmsten Katastrophen der Geschichte das Radioaktivitätsymbol (radioaktives Klee, überlegenes Bild).

Von Atomwaffen über Tschernobyl -Episoden und das Unglück mit radioaktivem Abfall und deren Auswirkungen auf Fauna gibt es viele Katastrophen, die durch Kernenergie ausgelöst werden. Andererseits würde die Kernenergie die Unabhängigkeit anderer Energiequellen und die Verschmutzungsprobleme garantieren, die sie tragen.

Es wäre (wahrscheinlich) saubere Energie, in der Lage, Städte für die Ewigkeit zu füttern, und die Technologie würde seine irdischen Grenzen überschreiten.

Um alles zu erreichen, was bei den geringsten menschlichen (und planetaren) Kosten, werden wissenschaftliche, technologische, ökologische und politische Programme erforderlich, um die Kernenergie sicher und vorteilhaft für die Menschheit und ihres Wachstums und ihres Wachstumsenergetikums zu "zahnen" und "nachahmt".

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Geschichte der Kernchemie

Albores

In der Vergangenheit verließ die Alchemisten und der Stein ihres Philosophen (obwohl ihre Bemühungen für das Verständnis der Chemie wichtige Bedeutung haben) und wurde geboren, als das, was durch Radioaktivität bekannt ist.

Alles begann bei der Entdeckung von X -Strahlen für Wilhelm Conrad Röntgen (1895) an der Wurzburg Universität. Er studierte Kathodenstrahlen, als er bemerkte, dass sie eine seltsame Fluoreszenz entstanden, selbst wenn der Apparat ausgeschaltet wurde, um das undurchsichtige schwarze Papier zu übertragen, das die Röhrchen bedeckte, innerhalb derer die Experimente entwickelt wurden.

Henri Becquerel, motiviert durch die Entdeckungen der X -Strahlen, entwarf ihre eigenen Experimente, um sie aus Fluoreszenzsalzen zu untersuchen, die dunkle fotografische Platten, die durch schwarzes Papier geschützt waren, als sie von Sonnenlicht begeistert waren.

Es wurde versehentlich gefunden (da die Zeit in Paris zu dieser Zeit bewölkt war), dass Uransalze die fotografischen Platten dunkelten, unabhängig von der Lichtquelle, die sie beeinflussen würde. Er kam dann zu dem Schluss, dass er eine neue Art von Strahlung gefunden hatte: Radioaktivität.

Jobs von Curie Ehemännern

Becquerels Arbeit diente als Inspirationsquelle für Marie Curie und Pierre Curie, um sich mit dem Phänomen der Radioaktivität einzubinden (mit Marie Curie geprägt).

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So suchten sie nach anderen Mineralien (zusätzlich zu denen von Uranium), die auch dieses Eigentum darstellen würden, und stellten fest. Als? Durch Vergleich der elektrischen Ströme, die durch die Ionisation von gasförmigen Molekülen um die Proben erzeugt werden.

Der mineralischen Pechblenda extrahiert nach Jahren mühsamer Werke radiometrischer Extraktionen und Messungen, das Radio der radioaktiven Elemente (100 mg einer Probe von 2000 kg) und Polonio. Curie bestimmte auch die Radioaktivität des Torioelements.

Leider wurden bis dahin die schädlichen Auswirkungen einer solchen Strahlung entdeckt.

Radioaktivitätsmessungen wurden mit der Entwicklung des Buchhalters von Geiger erleichtert (mit Hans Geiger als Artefakt -Coinventor).

Die Kernfraktionierung

Ernest Rutherford beobachtete, dass jedes Radioisotop unabhängig von der Temperatur seine eigene Zerfallzeit hatte und sich mit der Konzentration und den Eigenschaften der Kerne variierte.

Es zeigte auch, dass diese radioaktiven Rückgänge einer ersten Kinetik der ersten Order befolgen, deren halbe Lebenszeit (T_1/2), sie sind immer noch sehr nützlich. Somit hat jede Substanz die Radioaktivität abhängig von unterschiedlich T_1/2, die von Sekunden und Tagen bis zu Millionen von Jahren schwingen.

Zusätzlich zu all dem oben genannten, ein Atommodell, das nach den Ergebnissen seiner Experimente vorgeschlagen wurde, die mit Alpha -Partikeln (Heliumkern), einem sehr dünnen Blech aus Gold. Er arbeitete erneut mit Alfas -Partikeln und erreichte die Transmutation von Stickstoffatomen zu Sauerstoffatomen; Das heißt, er hatte es geschafft, ein Element in ein anderes umzuwandeln.

Dabei wurde sofort gezeigt, dass das Atom nicht unteilbar war, und noch weniger, wenn es durch beschleunigte Partikel und "langsame" Neutronen bombardiert wurde.

Forschungsbereich

Praxis und Theorie

Diejenigen, die sich entscheiden, sich als Teil der Spezialisten der Kernchemie zu ergeben, können sich für mehrere Studien- oder Forschungsbereiche sowie verschiedene Arbeitsbereiche entscheiden. Wie viele Wissenschaftszweige können sie sich der Praxis oder der Theorie (oder beides gleichzeitig) in ihren entsprechenden Bereichen widmen.

Ein filmisches Beispiel ist in Superheldenfilmen zu sehen, in denen Wissenschaftler eine Person dazu bringen, Superkräfte zu erwerben (wie Hulk, The Fantastic Four, Spiderman und Dr. Manhattan).

Im wirklichen Leben (zumindest oberflächlich) stehen Kernchemikalien im Gegensatz dazu, neue Materialien zu entwerfen, die sich gegen enormen Kernresistenz widersetzen können.

Diese Materialien müssen wie die Instrumentierung unzerstörbar und speziell genug sein, um die Strahlungsemission und die enormen Temperaturen beim Beginn der Kernreaktionen entfesselt zu haben. Besonders nukleare Fusion.

In der Theorie können sie Simulationen entwerfen, um zunächst die Lebensfähigkeit bestimmter Projekte zu schätzen und wie sie zu niedrigeren Kosten und negativen Auswirkungen verbessert werden können. oder mathematische Modelle, die es ermöglichen, die anstehenden Geheimnisse des Kerns zu entwirren.

Sie studieren und posieren auch.

Typische Jobs

Im Folgenden finden Sie eine kurze Liste typischer Werke, die ein Kernchemiker trainieren kann:

-Sie lenken Forschung in staatlichen, industriellen oder akademischen Labors.

-Sie verarbeiten Hunderte von Daten über statistische Pakete und multivariate Analysen.

-An Universitäten lehren.

-Sie entwickeln sicher.

-Designtechniken und -geräte, die die Radioaktivität in der Umgebung erkennen und überwachen.

-Sie garantieren, dass in Labors die Bedingungen für die Manipulation des radioaktiven Materials optimal sind. die dazu kommen, sogar Roboterarme zu manipulieren.

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-Als Techniker pflegen sie die Dosimeter und sammeln radioaktive Proben.

Bereiche

Der vorherige Abschnitt, der im Allgemeinen beschrieben wird, welche Aufgaben eines Kernchemikers am Arbeitsplatz sind. Jetzt ist es etwas mehr über verschiedene Bereiche spezifiziert, in denen die Verwendung oder Untersuchung von Kernreaktionen vorhanden ist.

Radiochemie

Im Radio wird der Strahlungsprozess an sich untersucht. Dies bedeutet, dass es alle Radioisotope in der Tiefe sowie deren Zerfallszeit, die Bestrahlung, die (Alpha, Beta oder Gamma), ihr Verhalten in verschiedenen Umgebungen und ihre möglichen Anwendungen berücksichtigt, und deren mögliche Anwendungen berücksichtigt.

Dies ist vielleicht der Bereich der nuklearen Chemie, der heute in Bezug auf die anderen am meisten vorgegangen ist. Er war verantwortlich für die Verwendung von Radioisotopen und moderaten Strahlungsdosen intelligent und freundlich.

Kernenergie

In diesem Bereich studieren und entwerfen Kernchemikalien zusammen mit Forschern anderer Spezialitäten sicher und konstruierte sichere und kontrollierbare Methoden, um das Kernenergieprodukt der Spaltung der Kerne zu nutzen. das heißt, von seiner Fraktionierung.

Es beabsichtigt auch, dasselbe mit nuklearen Fusionsreaktionen zu tun, wie diejenigen, die kleine Sterne zähmen, die ihre Energie beitragen; Mit dem Hindernis, dass die Bedingungen überwältigend sind und es kein physisches Material gibt, das ihnen widerstehen kann (stellen Sie sich vor, die Sonne in einem Käfig zu sperrten, der nicht durch intensive Wärme gegründet wird).

Kernenergie kann für vorteilhafte Zwecke oder für Kriegszwecke bei der Entwicklung von mehr Rüstungen eingesetzt werden.

Lagerung und Abfall

Das Problem, das Atomabfall darstellt, ist sehr schwerwiegend und bedrohlich. Aus diesem Grund widmen sie sich in diesem Bereich, Strategien zu entwickeln, um sie so zu "einsperren", dass die Strahlung, die sie abgeben, ihre Eindämmschale nicht transparentiert. Coraza, der in der Lage sein muss, Erdbeben, Überschwemmungen, hohen Drücken und Temperaturen usw. zu widerstehen.

Künstliche Radioaktivität

Alle Verkehrselemente sind radioaktiv. Sie wurden durch verschiedene Techniken synthetisiert, darunter: Kerne Bombardierung mit Neutronen oder anderen beschleunigten Partikeln.

Dazu wurden lineare Beschleuniger oder Zyklotrone (die wie d geformt sind) gemacht. In ihnen beschleunigen die Partikel mit Lichtgeschwindigkeiten nahe an Licht (300.000 km/s) und dann gegen ein Ziel kollidieren.

So wurden mehrere künstliche, radioaktive Elemente geboren, und ihre Fülle auf der Erde ist ungültig (obwohl sie in Kosmosregionen natürlich existieren können).

In einigen Beschleunigern ist die Befugnis von Kollisionen so, dass ein Zerfall der Materie auftritt. Analyse der Fragmente, die für ihre kurze Lebensdauer kaum nachgewiesen werden können, war es möglich, mehr in der Abteilung das Kompendium von Atompartikeln zu erfahren.

Anwendungen

Kühltürme eines Kernkraftwerks. Quelle: Pixabay.

Im oberen Bild werden zwei charakteristische Kühltürme von Kernpflanzen gezeigt, deren Anlage eine ganze Stromstadt ernähren kann; Zum Beispiel das Springfield -Werk, in dem Homero Simpson arbeitet und von dem Mr. Burns besitzt.

Dann nutzen Kernkraftwerke die Energie, die von Kernreaktoren freigesetzt wird, um einen Energiebedarf zu erfüllen. Dies ist die ideale und vielversprechende Anwendung der Kernchemie: unbegrenzte Energie.

Während des gesamten Artikels wurde erwähnt, dass zahlreiche Anwendungen der Kernchemie in der impliziten Weise gestellt wurden. Andere Anwendungen, die nicht so offensichtlich sind, aber im täglichen Leben vorhanden sind.

Medizin

Eine Technik zum Sterilisieren von chirurgischem Material besteht darin, es mit Gammastrahlung zu bestrahlen. Dies zerstört die Mikroorganismen, die beherbergen können. Der Prozess ist kalt, so dass bestimmte biologische Materialien, die auf hohe Temperaturen empfindlich sind, auch diesen Strahlungsdosen unterzogen werden können.

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Die pharmakologische Wirkung, Verteilung und Eliminierung neuer Arzneimittel wird unter Verwendung von Radioisotopen bewertet. Mit einem ausgestellten Strahlungsdetektor können Sie ein echtes Bild der Arzneimittelverteilung im Körper haben.

Dieses Bild ermöglicht zu bestimmen, wie lange das Arzneimittel auf bestimmtes Gewebe wirkt. Wenn es nicht richtig absorbiert oder wenn es innerhalb der richtigen Zeit bleibt.

Lebensmittelschutz

In ähnlicher Weise kann die gespeicherte Lebensmittel mit einer mäßigen Dosis Gammastrahlung ausstrahlt werden. Dies ist verantwortlich für die Beseitigung und Zerstörung von Bakterien, längere essbare Lebensmittel.

Zum Beispiel kann ein Strawberry -Paket durch diese Technik nach nur fünfzehn Tagen Lagerung frisch gehalten werden. Strahlung ist so schwach, dass die Oberfläche der Erdbeeren nicht eindringt; Und deshalb sind sie weder kontaminiert noch werden sie zu "radioaktiven Erdbeeren".

Rauchmelder

Innerhalb der Rauchmelder gibt es nur wenige Milligramm Amerikas (²⁴¹BIN). Dieses radioaktive Metall zu diesen Beträgen zeigt eine harmlose Strahlung für die Menschen unter den Dächern.

Er ²⁴¹AM emittiert Alpha -Partikel und Gammastrahlen mit niedriger Energie, wobei diese Strahlen dem Detektor entkommen können. Alfas -ionische Partikel ionisieren Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle der Luft. Innerhalb des Detektors wurde eine Spannungsdifferenz erfasst und ordnet die Ionen an, wodurch ein geringfügiger elektrischer Strom erzeugt wird.

Die Ionen landen in verschiedenen Elektroden. Wenn der Rauch in die innere Kammer des Detektors eintritt, absorbiert er Alpha -Partikel und die Luftionisation wird unterbrochen. Folglich stoppt der elektrische Strom und ein Alarm wird aktiviert.

Schädlingsausscheidung

In der Landwirtschaft wurde mittelschwere Strahlung verwendet, um die unerwünschten Insekten von Pflanzen zu vernichten. Daher wird die Verwendung von stark verschmutzten Insektiziden vermieden. Auf diese Weise werden die negativen Auswirkungen auf Böden, Grundwasser und Pflanzen selbst verringert.

Datierung

Mit Hilfe von Radioisotopen kann das Alter bestimmter Objekte bestimmt werden. In archäologischen Studien ist dies von großem Interesse, da es es ermöglicht, die Proben zu trennen und sie in ihre entsprechenden Zeiten zu platzieren. Das für diese Anwendung verwendete Radioisotop ist Par Excellence, Carbon 14 (¹⁴C). Sein T_1/2 Es ist 5700 Jahre und Sie können mit Proben mit bis zu 50 ausgehen.000 Jahre alt.

Der Verfall von ¹⁴C wurde speziell für biologische Proben, Knochen, Fossilien usw. verwendet. Andere Radioisotope, wie z ²⁴⁸U, du hast eine T_1/2 Millionen von Jahren. Dann die Konzentrationen von messen ²⁴⁸U In einer Probe von Meteoriten, Sedimenten und Mineralien kann festgelegt werden, ob es das gleiche Alter der Erde ist.

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