Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Nuclear Chemistry Çekirdek Kimyası Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten Levent ÇAVAŞ.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Nuclear Chemistry Çekirdek Kimyası Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten Levent ÇAVAŞ."— Sunum transkripti:

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

2 Nuclear Chemistry 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 Nuclear Chemistry

4 Nuclear Chemistry

5 Nuclear Chemistry

6 Nuclear Chemistry

7 Nuclear Chemistry

8 Nuclear Chemistry

9 Nuclear Chemistry

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

11 Nuclear Chemistry Biraz matematik Çekirdek yarıçapları (r) kütle numarasının küp kökü ile doğru orantılıdır. r=(1.3x ) A 1/3 Kürenin hacmi = 4/3  r 3 Atom çekirdeklerinin ortalama yoğunluğu: 2.44x10 14 g/cm 3 Yani bir cm 3 lük çekirdeği olsaydı, bunun ağırlığı 250 milyon ton olacaktı!

12 Nuclear Chemistry 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 Nuclear Chemistry 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 Nuclear Chemistry Radyoaktif bozunma tipleri

15 Nuclear Chemistry Alfa bozunması: Bir  -partikül kaybı (bir helyum çekirdeği) He 4242 U  U He

16 Nuclear Chemistry Beta Bozunması: Bir  -partikülün kaybı (bir yüksek enerjili elektron)  0−10−1 e 0−10−1 yada I Xe  + e 0−10−1

17 Nuclear Chemistry Pozitron yayımlanması: Bir pozitron kaybı (elektronla aynı kütleye sahip zıt işaretli partikül) e 0101 C 11 6  B e 0101

18 Nuclear Chemistry Gamma Yayımlaması: bir  -ray kaybı (yüksek enerjili radyasyon, her zaman nükleer partikül kaybı ile sonuçlanır)  0000

19 Nuclear Chemistry Elektron yakalama (K-Capture) Çekirdekteki bir protona bir elektronun katılması  Bu işlemin sonucu olarak, proton nötrona dönüşür. p e 0−10−1  n 1010

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

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

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

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

24 Nuclear Chemistry Kararlı çekirdek Şekildeki gölgeli bölge kararlılık kuşağını göstermektedir.

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

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

28 Nuclear Chemistry 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 Nuclear Chemistry 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 Nuclear Chemistry Bazı Trendler Çift sayılı proton ve nötrondan oluşmuş çekirdekler tek sayılı proton ve nötrondan oluşmuş çekirdeklere kıyasla daha kararlıdırlar.

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

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

33 Nuclear Chemistry

34 Nuclear Chemistry Radyoaktif Bozunmanın Kinetiği Çekirdek transmutasyonları birinci mertebe kinetiğine uyar. Bu tarz bir kinetik aşağıdaki denklemlerle ifade edilebilir: = -kt NtN0NtN0 ln

35 Nuclear Chemistry Radyoaktif Bozunma Kinetiği [N] = [N] 0 exp(- t) ln[N] = ln[N] 0 - t [N] ln [N] 23.3

36 Nuclear Chemistry Radyoaktif Bozunma Kinetiği Böyle bir prosesin yarılanma ömrü: = t 1/ k Belirli bir zamanda verilen radyoaktif çekirdeğe ait miktardan yola çıkılarak bir objenin yaşı hesaplanabilir.

37 Nuclear Chemistry 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 Nuclear Chemistry 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? 14 C için yarılanma ömrü 5715 yıldır.

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

40 Nuclear Chemistry Kinetics of Radioactive Decay Now we can determine t: = - kt NtN0NtN0 ln = -(1.21  10 −4 yr −1 ) t ln = -(1.21  10 −4 yr −1 ) t ln = t 2234 yr

41 Nuclear Chemistry

42 Nuclear Chemistry

43 Nuclear Chemistry

44 Nuclear Chemistry Nükleer Reaksiyonlardaki Enerji Çekirdeklerde oldukça yüksek miktarlarda enerji depolanmıştır. Einstein’in ünlü denklemine göre, E = mc 2, Enerji doğrudan madde miktarı ile ilintilidir. Başka bir deyişle madde enerjinin yoğunlaşmış halidir.

45 Nuclear Chemistry 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 Nuclear Chemistry Nükleer Reaksiyonlardaki Enerji 1 mol uranyum-238 bozunması için kütle kaybı g dır. Enerji değişimini hesaplayınız.  E = (  m) c 2  E = (4.6  10 −6 kg)(3.00  10 8 m/s) 2  E = 4.1  J

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

48 Nuclear Chemistry Nuclear Fission U + 1 n 90 Sr Xe n + Energy Energy = [mass 235 U + mass n – (mass 90 Sr + mass 143 Xe + 3 x mass n )] x c 2 Energy = 3.3 x J per 235 U = 2.0 x J per mole 235 U Combustion of 1 ton of coal = 5 x 10 7 J

49 Nuclear Chemistry 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 Nuclear Chemistry Nükleer Fisyon Bu proses nükleer zincir reaksiyonu olarak isimlendirilir.

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

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

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

55 Nuclear Chemistry Annual Waste Production ,000 tons SO x 10 6 tons CO 2 1,000 MW coal-fired power plant 3.5 x 10 6 ft 3 ash 1,000 MW nuclear power plant 70 ft 3 vitrified waste Nuclear Fission

56 Nuclear Chemistry 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 Nuclear Chemistry 23.6 Nuclear Fusion 2 H + 2 H 3 H + 1 H Fusion ReactionEnergy Released 2 H + 3 H 4 He + 1 n Li + 2 H 2 4 He x J 2.8 x J 3.6 x J Tokamak magnetic plasma confinement

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

59 Nuclear Chemistry

60 Nuclear Chemistry

61 Nuclear Chemistry

62 Nuclear Chemistry

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

64 Nuclear Chemistry Chemistry In Action: Food Irradiation DosageEffect 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 to 10,000 kilorads Sterilizes meat, poultry and fish. Kills insects and microorganisms in spices and seasoning.


"Nuclear Chemistry Çekirdek Kimyası Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten Levent ÇAVAŞ." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları