Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Çekirdek Kimyası Levent ÇAVAŞ Dokuz Eylül Üniversitesi

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Çekirdek Kimyası Levent ÇAVAŞ Dokuz Eylül Üniversitesi"— Sunum transkripti:

1 Çekirdek Kimyası Levent ÇAVAŞ Dokuz Eylül Üniversitesi
Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten Çekirdek Kimyası Levent ÇAVAŞ Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü 2009-İzmir

2 Çekirdek Kimyası - Tarihçe
Bu modüle kadar olan tepkimelerde “elektronlar” etkindi. Bazı reaksiyonlar ise doğrudan atom çekirdeği ile ilintilidir 1895’te Wilhelm Rontgen X-ışınlarını keşfetmesi (fotograf plağı üzerindeki lekeler) 1896 Henry Becquerel bazı tuzların (Uranyum sülfat) fotoğraf plakları üzerinde lekeler oluşturabileceğini gördü. Marie-Pierre Curie radyoaktif elementler keşfedildi Ernest Rutherford, radyoaktif elementlerden yayılan ışınları tanımladı.

3

4

5

6

7

8

9

10 Çekirdek Çekirdek proton ve nötronlardan oluşmaktadır.
Proton sayısı atom numarasına eşittir. Proton ve nötron sayısı toplamı ilgili atoma ait kütle numarasını verir

11 Biraz matematik Çekirdek yarıçapları (r) kütle numarasının küp kökü ile doğru orantılıdır. r=(1.3x10-13) A1/3 Kürenin hacmi = 4/3 r3 Atom çekirdeklerinin ortalama yoğunluğu: 2.44x1014 g/cm3 Yani bir cm3 lük çekirdeği olsaydı, bunun ağırlığı 250 milyon ton olacaktı!

12 İzotoplar Aynı elementin tüm atomları aynı kütle numarasına nötron sayısındaki farklılıklardan ötürü sahip olmayabilir. Uranyum’un doğal oluşmuş izotopları: Uranium-234 Uranium-235 Uranium-238

13 Radyoaktivite Bazı çekirdekler kararsız olup radyoaktif özellik gösterirler. Bu özellikteki çekirdeklere radyoaktif çekirdekler ismi verilir. Radyoaktif çekirdeklerin farklı radyoaktif çekirdeklere bozunmasında birçok yollar bulunmaktadır.

14 Radyoaktif bozunma tipleri

15 He U He Alfa bozunması: Bir -partikül kaybı (bir helyum çekirdeği) +
4 2 U 238 92  234 90 He 4 2 +

16  e I Xe e Beta Bozunması:
Bir -partikülün kaybı (bir yüksek enerjili elektron) −1 e yada I 131 53 Xe 54  + e −1

17 Pozitron yayımlanması:
Bir pozitron kaybı (elektronla aynı kütleye sahip zıt işaretli partikül) e 1 C 11 6  B 5 + e 1

18 Gamma Yayımlaması: bir -ray kaybı (yüksek enerjili radyasyon, her zaman nükleer partikül kaybı ile sonuçlanır)

19 Elektron yakalama (K-Capture)
Çekirdekteki bir protona bir elektronun katılması Bu işlemin sonucu olarak, proton nötrona dönüşür. p 1 + e −1  n

20 Nötron-Proton Oranları
Birden fazla protona sahip elementlerin çekirdeklerinde protonlar arasında bir itme kuvveti oluşmaktadır. Güçlü bir çekirdek kuvveti çekirdeğin dağılmasını önlemektedir.

21 Nötron-Proton Oranları
Nötronlar çekirdeğin stabilizasyonunda önemli roller oynarlar. Dolayısıyla, nötron-proton oranları önemli bir faktördür.

22 Nötron-Proton Oranları
Küçük çekirdekler için(Z  20), kararlı çekirdeklerin nötron-proton oranları 1:1’e yakın olmalıdır.

23 Nötron-Proton Oranları
Bir çekirdek büyümek için, büyük sayıda nötron almak ister, çekirdeğini kararlı tutabilmek için

24 Kararlı çekirdek Şekildeki gölgeli bölge kararlılık kuşağını göstermektedir.

25 Kararlı çekirdekler Bu kuşağın üzerindeki çekirdekler oldukça çok sayıda nötron içerirler. Bu bölgedeki atomlar beta partikülleri yayımlama şekliyle bozunma eğilimindedirler.

26 Kararlı çekirdekler Bu kuşağın altında kalan bölgedeki çekirdekler çok sayıda proton içerirler. Bu bölgedekiler daha çok kararlı kalmak için pozitron emisyonu veya elektron yakalama ilgilisindedirler.

27 Kararlı Çekirdekler 83 atom numarasının üzerinde kararlı çekirdek bulunmamaktadır. Bu tür çekirdekler alfa emisyonuna uğrama isteğindedirler.

28 Radyoaktif Seriler Büyük radyoaktif çekirdekler sadece bir bozunma geçirerek stabil hale gelmezler. Bu tür çekirdekler kararlı bir çekirdek formuna ulaşıncaya kadar bozunma serileri geçirirler (often a nuclide of lead).

29 Bazı Trendler 2, 8, 20, 28, 50 ya da 82 proton ya da 2, 8, 20, 28, 50 ya da 82 nötrondan oluşmuş çekirdekler farklı sayıda proton ve nötronlardan oluşmuş çekirdeklere kıyasla daha kararlı olma eğilimindedirler.

30 Bazı Trendler Çift sayılı proton ve nötrondan oluşmuş çekirdekler tek sayılı proton ve nötrondan oluşmuş çekirdeklere kıyasla daha kararlıdırlar.

31 Çekirdek Transformasyonları
Çekirdek transformasyonları bir partikülün hızlandırılarak bir çekirdekle çarpıştırılmaları ile sağlanabilir.

32 Partikül Hızlandırıcıları
Partikül hızlandırıcıları oldukça büyük yapılar olup dairesel şekildedirler. Bu hızlandırıcıların çapları millerce uzunlukta olabilir.

33

34 Radyoaktif Bozunmanın Kinetiği
Çekirdek transmutasyonları birinci mertebe kinetiğine uyar. Bu tarz bir kinetik aşağıdaki denklemlerle ifade edilebilir: = -kt Nt N0 ln

35 Radyoaktif Bozunma Kinetiği
[N] = [N]0exp(-lt) ln[N] = ln[N]0 - lt [N] ln [N] 23.3

36 Radyoaktif Bozunma Kinetiği
Böyle bir prosesin yarılanma ömrü: = t1/2 0.693 k Belirli bir zamanda verilen radyoaktif çekirdeğe ait miktardan yola çıkılarak bir objenin yaşı hesaplanabilir.

37 Radyoaktivite Ölçümü Radyoaktif bir örnekteki aktivite Geiger Sayacı ile ölçülebilir. İyonize radyasyon iyonlar olluşturur, bu bir akıma dönüşür ve bu akım da Geiger cihazı ile ölçülür.

38 Radyoaktif Bozunma Arkeolojik bir çalışma sırasında bulunan bir ahşap numune radyokarbon testine tabi edilir. Örneğin aktivitesi dakikada 11.6 bozunma olarak bulunur. Canlı bir örneğin bozunması ise 15.2 bozunma/dakika ise bu arkeolojik örneğin yaşı nedir? 14C için yarılanma ömrü 5715 yıldır.

39 Radyoaktif Bozunma Kinetiği
First we need to determine the rate constant, k, for the process. = t1/2 0.693 k = 5715 yr 0.693 k = k 0.693 5715 yr = k 1.21  10−4 yr−1

40 Kinetics of Radioactive Decay
Now we can determine t: = - kt Nt N0 ln = -(1.21  10−4 yr−1) t 11.6 15.2 ln = -(1.21  10−4 yr−1) t ln 0.763 = t 2234 yr

41

42

43

44 Nükleer Reaksiyonlardaki Enerji
Çekirdeklerde oldukça yüksek miktarlarda enerji depolanmıştır. Einstein’in ünlü denklemine göre, E = mc2, Enerji doğrudan madde miktarı ile ilintilidir. Başka bir deyişle madde enerjinin yoğunlaşmış halidir.

45 Nükleer Reaksiyonlardaki Enerji
Daha önce tartışılan kimyasal reaksiyonlarda ortaya çıkan enerji oldukça küçüktür. Bununla birlikte, nükleer reaksiyonlarda ortaya çıkan enerji kimyasal reaksiyonlarda ortaya çıkan enerjiden binlerce kat daha yüksektir.

46 Nükleer Reaksiyonlardaki Enerji
1 mol uranyum-238 bozunması için kütle kaybı g dır. Enerji değişimini hesaplayınız. E = (m) c2 E = (4.6  10−6 kg)(3.00  108 m/s)2 E = 4.1  1011 J

47 Nükleer Fisyon Bir dokunuş nasıl enerjiye dönüşür?
Nükleer fisyon nükleer reaktörlerde gerçekleşmektedir.

48 Nuclear Fission 235U + 1n 90Sr + 143Xe + 31n + Energy
92 54 38 Energy = [mass 235U + mass n – (mass 90Sr + mass 143Xe + 3 x mass n )] x c2 Energy = 3.3 x 10-11J per 235U = 2.0 x 1013 J per mole 235U Combustion of 1 ton of coal = 5 x 107 J 23.5

49 Nükleer Fisyon Radyoaktif bir çekirdeğin nötronla bombardımanı prosesi başlatır. Transmutasyon reaksiyonları sonucu ortaya çıkan nötronlar diğer çekirdeklere saldırır, onlarında bozunmasına neden olur ve daha fazla nötron oluşmasına neden olur.

50 Nükleer Fisyon Bu proses nükleer zincir reaksiyonu olarak isimlendirilir.

51 Nükleer Fisyon Ortaya çıkan nötronların çevresinde yeterli radyoaktif çekirdek yoksa zincir reaksiyonları sonlanacaktır.

52 Nükleer fisyon Dolayısıyla, nükleer fisyonda sürdürülebilir zincir reaksiyonu olabilmesi için ortamda belirli bir düzeyde fisyon yapabilecek düzeyde materyal bulunması gerekmektedir: Buna kiritik kütle denir.

53 Nükleer Reaktörler Nükleer reaktörlerde elde edilen ısı buhar elde etmek için kullanılır. Buhar türbinlerin dönmesine yardımcı olarak elektrik enerjisi elde edilir.

54 Nükleer Reaktörler Reaksiyon kontrol çubukları ile kontrol edilir.
Bu çubuklar bazı nötronları bloke ederek tehlikeli süper kritik noktanın aşılmasını önler.

55 Annual Waste Production
Nuclear Fission 35,000 tons SO2 4.5 x 106 tons CO2 1,000 MW coal-fired power plant 3.5 x 106 ft3 ash Annual Waste Production 1,000 MW nuclear power plant 70 ft3 vitrified waste 23.5

56 Nükleer Füzyon Füzyon enerji elde etmekte öncül metotlardan birisi olabilir. İyi haber: reaksiyon ürünleri radyoaktif değil. Kötü haber: füzyon reaksiyonları için yüksek sıcaklık değerlerine ulaşılması gerekmektedir. Materyaller birkaç milyon kelvin sıcaklık değerinde olmalıdır.

57 Tokamak magnetic plasma confinement
Nuclear Fusion Fusion Reaction Energy Released 2H + 2H H + 1H 1 6.3 x J 2H + 3H He + 1n 1 2 2.8 x J 3.6 x J 6Li + 2H He 3 1 2 Tokamak magnetic plasma confinement 23.6

58 Nükleer Füsyon Tokamak apparatı bu tip reaksiyonlarının gerçekleştiği ortamdır. Materyalin ısıtılması için manyetik alan kullanılır.

59

60

61

62

63 Nuclear Medicine: Imaging
Thyroid imaging using Tc-99m

64 Chemistry In Action: Food Irradiation
Dosage Effect Up to 100 kilorad Inhibits sprouting of potatoes, onions, garlics. Inactivates trichinae in pork. Kills or prevents insects from reproducing in grains, fruits, and vegetables. 100 – 1000 kilorads Delays spoilage of meat poultry and fish. Reduces salmonella. Extends shelf life of some fruit. 1000 to 10,000 kilorads Sterilizes meat, poultry and fish. Kills insects and microorganisms in spices and seasoning.


"Çekirdek Kimyası Levent ÇAVAŞ Dokuz Eylül Üniversitesi" indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları