Chimica Nucleare

Chimica Nucleare

X

A Z

numero di massa

numero atomico Simbolo dell’elemento

Numero atomico (Z) = numero di protoni nel nucleo

Numero di massa (A) = numero di protoni + numero of neutroni

= numero atomico (Z) + numero di neutroni

A Z 1_p 1 or 11 H protone 1_n 0 neutrone 0_e -1 or -1 0β elettrone 0_e +1 or +1 0β positrone 4_He 2 or 42 α particella α 1 1 1 0 0 -1 0 +1 4 2

Bilanciare le equazioni nucleari

1.  Conserva il numero di massa (A).

La somma di protoni più neutroni nei prodotti deve uguagliare la somma di protoni più neutroni nei reagenti.

1_n 0 U 235 92 + 138 55 Cs + 96 37 Rb + 2 10 n 235 + 1 = 138 + 96 + 2x1

2.  Conserva il numero atomico (Z) o carica nucleare.

La somma delle cariche nucleari nei prodotti deve uguagliare la somma delle cariche nucleari nei reagenti.

1_n 0 U 235 92 + 138 55 Cs + 96 37 Rb + 2 10 n 92 + 0 = 55 + 37 + 2x0

212_{Po decade attraverso emissione α. Scrivi}

l’equazione nucleare bilanciata del decadimento di

212_Po. 4_He 2 or 42 α particella α - 212_Po 4_{He +} A_X 84 2 Z 212 = 4 + A A = 208 84 = 2 + Z Z = 82 212_Po 4_{He +} 208_Pb 84 2 82

Stabilità nucleare e decadimento radioattivo

Decadimento Beta 14_C 14_{N +} 0_{β + ν} 6 7 -1 40_K 40_{Ca +} 0_{β + ν} 19 20 -1 1_n 1_{p +} 0_{β + ν} 0 1 -1 Diminuzione # neutroni di 1 Aumento # protoni di 1 Perdita di un positrone 11_C 11_{B +} 0_{β + ν} 6 5 +1 38_K 38_{Ar +} 0_{β + ν} 19 18 +1 1_p 1_{n +} 0_{β + ν} 1 0 +1 ν e ν hanno A = 0 e Z = 0 Diminuzione # neutroni di 1 Aumento # protoni di 1

Cattura elettronica 37_{Ar +} 0_e 37_{Cl + ν} 18 _{-1 17} 55_{Fe +} 0_e 55_{Mn + ν} 26 -1 25 1_{p +} 0_e 1_{n + ν} 1 -1 0 Decadimento α 212_Po 4_{He +} 208_Pb 84 2 82 Fissione spontanea 252_{Cf 2}125_{In + 2}1_n 98 49 0

Stabilità nucleare e decadimento radioattivo

Diminuzione # protoni di 1 Aumento # neutroni di 1

Diminuzione # protoni di 2 Diminuzione # neutroni di 2

n/p troppo alto

decadimento beta

X

n/p troppo basso

emissione di positrone o cattura elettronica

Stabilità nucleare

•  Alcuni numeri of neutroni e protoni sono extra stabili •  n or p = 2, 8, 20, 50, 82 e 126

•  come sono stabili i numero di elettroni associati ai gas nobili (e- _{= 2, 10, 18, 36, 54 e 86)}

•  I nuclei con un numero pari di protoni e neutroni sono generalmente più stabili rispetto a quelli con un numero dispari di protoni o neutroni.

•  Tutti gli isotopi degli elementi con numero atomico maggiore di 83 sono radioattivi.

L’energia di legame nucleare (BE) l’energia richiesta per

scindere un nucleo nei suoi componenti, cioè neutroni e protoni. _{BE +} 19_{F 9}1_{p + 10}1_n

9 ₁ 0

BE = 9 x (massa p) + 10 x (massa n) – massa19_F

E = mc2

BE (uma) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 – 18.9984 BE = 0.1587 uma 1 uma = 1.49 x 10-10 _J

BE = 2.37 x 10-11_J

energia di legame

nucleare per nucleone = energia di legame numero di nucleoni

= 2.37 x 10-11 J

Andamento dell’energia di legame nucleare per nucleone, in funzione del numero di massa

stabilità nucleare energia di legame nucleare

nucleoni

Cinetica del decadimento radioattivo N figlio velocità = - ΔN Δt velocità = λN ΔN Δt = λN - N = N₀exp(-_λt) lnN = lnN_{0 - λt} N = numero di atomi presenti al tempo t N₀ = numero di atomi presenti al tempo t = 0

λ = la costante cinetica di decadimento

ln2 =

t_½

Cinetica del decadimento radioattivo

[N] = [N]_0exp(-λt) ln[N] = ln[N]_{0 - λt}

[N]

Datazione con il radiocarbonio

14_{N +} 1_n 14_{C +} 1_H

7 0 6 1

14_C 14_{N +} 0_{β + ν}

6 _{7 -1} t½ = 5730 anni

Datazione utilizzando l’isotopo uranio-238

238_U 206_{Pb + 8} 4_{α + 6} 0_β

Trasmutazione nucleare

14_{N +} 4_α 17_{O +} 1_p 7 2 8 1 27_{Al +} 4_α 30_{P +} 1_n 13 2 15 0 14_{N +} 1_p 11_{C +} 4_α 7 1 6 2 ciclotrone, acceleratore di particelle