Kmia. atomszerkezet
2011.10.26. 17:34
Atomszerkezettel kapcsolatos alapfogalmak
Atom: az anyagok azon rsze, amit kmiai mdszerekkel tovbb nem bonthat. Az atom az elem kmiailag ltez legkisebb alkotrsze. Az atomok egy kis, sr, protonokbl s neutronokbl ll magbl, s az azokat krlvev, mozg elektronokbl llnak. Az elektronok szma megegyezik a protonok szmval, az ered tlts nulla. Az elektronok a mag krli tr rgiban mozognak.
Elemi rszecskk: az atomokat felpt protonokat, elektronokat, neutronokat nevezzk gy. Az elemi rszecske kifejezs ktfle rtelemben hasznlatos. ltalban olyan rszecskt rtnk alatta, amely tovbb nem bonthat (a tudomny mai llsa szerint), nha azonban az sszes olyan rszecskt belertik, ami ms, nagyobb rszecsknek az ptkve. Pldul az atomok kisebb rszecskkbl, elektronokbl, protonokbl s neutronokbl plnek fel. Viszont a proton s a neutron mg elemibb rszecskkbl, a kvarkokbl s gluonokbl ll. Jelen lecknkben a protont, neutront s az elektront rtjk elemi rszecske kifejezs alatt
Proton: pozitv tlts elemi rszecske, jele p+
Elektron: negatv tlts elemi rszecske, jele e-
Neutron: semleges elemi rszecske, jele n0
Nukleonok: protonokat s neutronokat egytt nukleonoknak nevezzk.
Az elemi rszecskk jellemzinek sszefoglalsa:
nv jel tlts tmeg
proton p+ pozitv 1 egysgnyi
neutron n0 - 1 egysgnyi
elektron e- negatv 1/1840 egysgnyi
Rendszm: egy indexszm, ami megegyezik az adott atom protonszmval.
Tmegszm: a protonok s neutronok szmnak az sszege.
Izotp: az azonos rendszm, de eltr tmegszm atomok egyms izotpjai. Pldul a hidrogn izotpjai: a hidrogn (egy proton, nincs neutron), a deutrium (egy proton egy neutron), s a trcium (egy proton kt neutron). A termszetben a legtbb elem izotpjainak keverkeknt fordul el.
Egy elem radioaktv izotpjt radioizotpnak nevezzk.
A radioaktivits bizonyos atommagok spontn bomlsa, amelyet alfa rszecskk (hlium mag), bta rszecskk (elektronok vagy pozitronok) kibocstsa, vagy gammasugrzs (rvid hullmhossz elektromgneses sugrzs) ksr.
Radiokarbon kormeghatrozs mdszer a biolgiai eredet rgszeti leletek kornak meghatrozsra. A kozmikus sugrzs eredmnyekppen a lgkri nitrognmagok egy kis rsze a neutronbombzs miatt a szn-14 radioaktv magg alakul.
714N+n→614C+p
Az l fk s ms nvnyek a fotoszintzis sorn szn-dioxidknt valamennyit felvesznek a radioaktv sznatomokbl. A fa kivgsakor a fotoszintzis megsznik, a radioaktv sznnek a stabil sznatomhoz viszonytott arnya a radiokarbon bomlsval cskken. A mintban tallhat 14C/12C mrhet, s lehetv teszi a fa kivgstl eltelt id kiszmtst. A mdszerrel kapott eredmnyek kvetkezetesek egsz a 40000 ves mintkig, br pontossguk fgg a mltban ltezett kozmikus sugrzs intenzitsra vonatkoz feltevsektl. A technikt Willard F. Libby dolgozta ki kollegival 1946-1947-ben.
Radioaktv nyomkvets, izotpos jells folyamat, amelynek sorn egy vegylet egy stabil atomjt ugyanannak az elemnek egy radioaktv izotpjval helyettestik, hogy a kibocstott sugrzs alapjn nyomon kvethessk az tjt egy biolgiai vagy mechanikai rendszerben. A radioaktv, vagy a stabil izotpot tartalmaz vegylet a jelzett vegylet, az atom a jelz atom. Egy izotppal jellt vegylet kmiailag s fizikailag azonos mdon viselkedik, mint a ms tekintetben azonos stabil vegylet, s jelenlte knnyen nyomon kvethet Geiger-szmll alkalmazsval. Az izotpjelzses mdszert szles krben alkalmazzk kmiban, biolgiban, orvostudomnyban s a mszaki tudomnyokban.
Magreakci: az atommagok talakulsval jr reakcik
Atomenergia: a magreakci sorn felszabadul energit nevezzk gy.
Lncreakci: stabil 235-s rendszm urnizotp neutron-besugrzs hatsra instabil 236-os urnizotpp alakul, ami hasadni fog s 142-es brium, valamint 92 kripton keletkezik. Mellktermkknt mg tbb neutron keletkezik, ami tovbbi urnnal tkzve nveli s gyorstja a reakcik szmt s sebessgt.
Maghasads: az urnmag s a neutron egyttes tmege nagyobb, mint a hasadskor keletkez anyagok egyttes tmege. A hinyz tmeg alakul t energiv, szabadt fel hatalmas energit, amibl jabb neutronok keletkeznek.
Az atomenergit mint atommaghasadst az atomermvekben s az atombombkban hasznostjk. A maghasads (fisszi) sorn egy atommag kt vagy tbb kisebb magra szakad. A maghasadst gamma-, valamint neutronsugrzs is ksrheti. A nehz elemek maghasadsa exoterm folyamat, melynek sorn nagy mennyisg energia szabadul fel elektromgneses sugrzs s a hasadvnyok mozgsi energijnak formjban. Ahhoz, hogy a maghasads sorn energia szabaduljon fel, a termkmagok ktsi energijnak nagyobbnak kell lennie, mint a kiindulsi mag ktsi energija. A maghasads az elemtalakuls (transzmutci) egyik lehetsges mdja, mivel a folyamat vgn kapott hasadvnymagok nem azonosak az eredeti kmiai elemmel.A maghasads rvn atomenergia termelhet, vagy nukleris fegyverekben robbants cljra is felhasznlhat. Mindkt alkalmazs alapja az, hogy bizonyos anyagok (hasadanyagok) szabad neutronnal val tkzs hatsra maghasadst szenvednek, ugyanakkor a hasads sorn bellk szabad neutronok keletkeznek. Ez nfenntart lncreakcit hoz ltre, melynek segtsgvel atomreaktorban szablyozott energiafelszabaduls, atomfegyverben viszont nagyon gyors, ellenrizetlen reakci megy vgbe.A nukleris ftanyagban trolt szabadenergia mennyisge milliszorosa a hasonl tmeg kmiai tzelanyagokban – pldul benzinben – trolt szabadenerginak, gy a maghasads bizonytottan hatkony energiaforrs. A maghasads termkei viszont tlagban sokkal radioaktvabbak, mint a hasadanyagknt hasznlt nehz elemek, s radioaktivitsuk jelents ideig megmarad, gy a keletkez nukleris hulladk kezelse is problma
Magfzi: ha knny atommagok tkznek megfelel energival, akkor kisebb energij llapotot lehet elrni, ami kzben risi energia szabadul fel. Ilyen elven mkdik pl: hidrogn bomba.
Az atomenergia nyersnek msik mdja az atommagok fzija, magfzi. Ez kmiai elem szintzise magfolyamatokkal. A magfzi klnbz mdokon jtszdhat le. Elsdleges magfzi jtszdott le nagyon hamar a ’big bang’ utn, amikor az univerzum rendkvl forr volt. Ez a folyamat volt felels a knny elemek, pldul a hlium kozmikus gyakorisgrt. Robbansszer magfzi trtnhet egy szupernova robbansakor is.
A csillagok kzppontjban, igen magas hmrskleten lejtszd csillag magfzi az, ami ma a magfzi elsdleges formjt jelenti. Az egzakt folyamatok a csillag magfzi esetn fggenek a hmrsklettl, srsgtl s a csillag kmiai sszetteltl. Csillag magfzi esetn a hlium szintzise protonokbl, a szn a hliumbl trtnhet meg.
Felezsi id: A felezsi id megegyezik azzal az idtartammal, amely alatt egy folytonos, monoton cskken vizsglt rtk felezdik. Tipikus plda a radioaktv atommagok bomlsa. A radioaktv bomls jellemzi: az lettartam (kzepes lettartam, τ), a felezsi id (T1/2) s a bomlsi lland (λ). A mg radioaktv atommagok szmt az idben egy cskken exponencilis fggvny rja le. Az e-hatvnyaknt felrt alak kitevjnek az egytthatjt nevezzk bomlsi llandnak. Az lettartam az az id, amire a magok e-edrsze bomlik el. A bomlsi paramter s az lettartam egyms reciprokai.
|