כימיה לבגרות/רדיואקטיביות

רדיואקטיביות ותגובות גרעיניות

למה התכוונו כשאמרנו שהניטרונים אחראים לייצוב הגרעין? אמרנו שבגרעין יש רק פרוטונים וניטרונים ולכן כל המטען שלו הוא חיובי. עוד אמרנו שמטענים חיוביים דוחים אחד את השני. מי שלמד פיזיקה יודע כי הכוח החשמלי מתחזק ככל שהמטענים מתקרבים אחד לשני. לכן, מספיק שהפרוטונים לא יהיו צמודים אלא עם הפרדה קטנה כדי להקטין את הכוח החשמלי שדוחה אותם בצורה משמעותית. את ההפרדה הזו מבצעים הניטרונים. מצד שני אמרנו גם שניטרון בעצמו הוא לא יציב, והוא בעצמו מתפרק לפרוטון ואלקטרון.

יוצא מזה שצריך איזון בין כמות הפרוטונים לכמות הניטרונים באטום כדי שהפרוטונים לא ידחו אחד את השני וכדי שהניטרונים לא יתפרקו בעצם. אם לא קיים האיזון הזה אז הגרעין הוא לא יציב. לאיזוטופ לא יציב של אטום אנחנו קוראים "איזוטופ רדיואקטיבי". גם גרעינים גדולים מדי הם רדיואקטיבים וזה בגלל שהכוחות שמחברים אותם כנגד הכוח החשמלי כבר חלשים מדי בגרעינים גדולים.

רדיואקטיביות היא פעילות של הגרעין שגורמת לייצובו. כאשר ישנו גרעין לא יציב יש לו שלוש אפשרויות להגדיל את היציבות שלו, וכולן על ידי פליטה של חלקיק מתוכו:

• האפשרות הראשונה היא פליטה של גרעין הליום (שני פרוטונים ושני נויטרונים) והיא משמשת להקטנת הגודל של הגרעין. נשאר לנו אטום עם מספר אטומי קטן ב-2 ומספר מסה קטן ב-4. פליטה זאת נקראת "קרינת אלפא"

$_{92}^{238}U\longrightarrow _{90}^{234}Th+_{2}^{4}He$

• האפשרות השניה היא פליטה של אלקטרון מתוך הגרעין (ולא מענן האלקטרונים), כלומר נויטרון מתפרק לאלקטרון ופרוטון, הפרוטון נשאר בגרעין והאלקטרון יוצא ממנו. פליטה זו משמשת לשינוי היחס בין מספר הפרוטונים למספר הנויטרונים. נשאר לנו אטום עם אותו מספר המסה אבל עם מספר אטומי שונה. פליטה זו נקראת "קרינת בטא"

הערה: קיימת קרינת בטא הפוכה, בה פרוטון מתפרק לנויטרון ולפוזיטרון (להרחבה עליו קרא את הערך "פוזיטרון" בויקיפדיה) שבה האיזון מושג על ידי הגדלת מספר הנויטרונים בגרעין.

$_{6}^{14}C\longrightarrow _{7}^{14}N+e^{-}$

• האפשרות השלישית היא יציאה של פוטון מהגרעין. הפוטון לא משנה את המבנה של הגרעין אלא מוציא ממנו אנרגיה. הפליטה הזו נקראת "קרינת גמא" והיא הקרינה הרדיואקטיבית ששמעתם עליה ועל הסכנות שלה.

ההבדל ביציבות בין האיזוטופים גורמים להם להופיע בטבע בשכיחויות שונות. ככה שהאיזוטופ פחמן-10 לא קיים בטבע מכיוון שהוא מאוד לא יציב, לעומתו האיזוטופ פחמן-12 הוא היציב ביותר כך שהוא האיזוטופ הכי נפוץ. כאשר קיימים מספר איזוטופים בטבע ניתן להגיד על פי השכיחויות שלהם כמה הם יציבים. למשל חמצן-16 נמצא 99.76 אחוז בטבע וחמצן-18 נמצא 0.2 אחוז בטבע. אנחנו יכולים להסיק שהאיזוטופ חמצן-16 הוא איזוטופ יציב יותר מאשר האיזוטופ חמצן-18.

רדיו אקטיביות – היכולת לפלוט קרינה. תהליך ספונטי.

קימיים 3 סוגי קרינות:

קרינת אלפא

בא לידי ביטוי בירידה בכמות הניוטרונים (בשני ניוטרונים) והפרוטונים (בשני פרוטונים). כלומר, מספר המסה קטן בארבע, ומספר אטומי קטן בשתים.

דוגמא

1. לאורניום (U), כמות הפרוטונים היא 92 והמשקל האטומי הוא 238.
2. הוספת קרינת אלפא.
3. נקבל:
   • p=92-2=90.
   • n=238-4=234.

קרינת בטא

פליטה של אלקטרונים. במהלך התהליך הניוטרונים הופכים לפרוטונים ולאלקטרונים. כלומר, עליה במספר אטומי ביחידה אחת.

דוגמא

1. לפלטינה:
   • כמות פרוטונים: 78.
   • משקל אטומי: 195.
2. הוספת קרינת בטא.
3. נקבל:
   • כמות פרוטונים: 78+1=79.
   • משקל אטומי: 195.

קרינת גמא

קרינה חסרת מטען (0); קרינה אלקטרומגנית, קרני X, I, UV, מיקרוגלירדיה.