Chemia JÄ…drowa
Chemia JÄ…drowa
Marek Sikorski
Terminy wykładów
wtorek 8.00  9.30
2
1
JMSS - PX2512
Marek Sikorski
Izotopy, Izotony, Izobary,
Izomery
prof. UAM dr hab. Marek Sikorski
A
Charakterystyka: A A
X
X X
Z N Z
Termin konsultacji
Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)
A liczba masowa = liczba neutronów + protonów
czwartek 10.30  12.00
Liczba neutronów = A-Z
Pracownia Fotochemii Stosowanej
Liczba protonów = Z
pok. 212
Izotopy  ta sama liczba atomowa, różna liczba masowa
tel. [phone] Izotony  ta sama liczba neutronów, różna liczba protonów
e-mail. [e-mail]
Izobary  ta sama masa, różna liczba protonów i neutronów
Izomery  jÄ…dra atomowe w stanie wabudzonym, (z tau>1 ns)
3
4
JMSS - PX2512
Marek Sikorski
Izotopy, Izotony, Izobary, Izomery Izotopy, Izotony, Izobary, Izomery
60
A Cm Izomer
X
Z
14 12
Izotopy C
C C
Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)
14 13
A liczba masowa = liczba neutronów + protonów
Izotopy N
N N
Liczba neutronów = A-Z
14 14
Izobary (A=14)
C N
Liczba protonów = Z
12 13
Izotony (N=6)
C N
A
X
60 14 14 12 13
Z
Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)
Cm C N C N
A liczba masowa = liczba neutronów + protonów
Liczba neutronów = A-Z
Liczba protonów = Z
5 6
JMSS - PX2512 JMSS - PX2512
Marek Sikorski Marek Sikorski
1
Izotopy Chloru
Izotopy Wodoru
7 8
JMSS - PX2512 JMSS - PX2512
Marek Sikorski
Izotopy a masa atomów
występujących naturalnie
9 10
JMSS - PX2512 JMSS - PX2512
Nuklidy i Izotopy
Masa Ni i O
Masa atomowa pierwiastka jest średnią mas atomowych i
A = Z + N
ilości każdego z naturalnie-występujących izotopów.
Liczba protonów Liczba neutronów
N.p. Masa atomowa węgla wynosi 12.01,
Izotopy mają różną masę ale chemicznie są
co pochodzi z (12 0000x98 89 + 13.00335x1.11)/100
co pochodzi z (12.0000x98.89 + 13 00335x1 11)/100
identyczne
58 16
Ni 68.27 O 99.762
60 17
Ni 26.1 O 0.038
12 13
C C
6 6
61 18
Ni 1.13 O 0.2
Masa jÄ…dra Masa jÄ…dra
62
wyrażona jest w wzięta z tablic
Ni 3.59
skali a.j.m.
64
(a.m.u).
Ni 0.91
JMSS - PX2512 11 12
JMSS - PX2512
Marek Sikorski Marek Sikorski
2
58
Ni 68.27% 58 x 68.27/100 =
Masa atomowa pierwiastka jest średnią mas
60
Ni 26.1% 60 x 26.1/100 =
atomowych i ilości każdego z naturalnie-
61
Ni 1.13% 61 x 1.13/100 =
występujących izotopów:
62
Ni 3.59% 62 x 3.59/100 =
58 64
Ni 68.27 Ni 0.91% 64 x 0.91/100 =
60
60
Ni 26.1
61
Ni 1.13
62
Ni 3.59
64
Ni 0.91
13 14
JMSS - PX2512 JMSS - PX2512
Marek Sikorski Marek Sikorski
58 58
Ni 68.27% 58 x 68.27/100 = 39.5966 Ni 68.27% 58 x 68.27/100 = 39.5966
60 60
Ni 26.1% 60 x 26.1/100 = 15.66 Ni 26.1% 60 x 26.1/100 = 15.66
61 61
Ni 1.13% 61 x 1.13/100 = 0.6893 Ni 1.13% 61 x 1.13/100 = 0.6893
62 62
Ni 3.59% 62 x 3.59/100 = 2.2258 Ni 3.59% 62 x 3.59/100 = 2.2258
64 64
64 64
Ni 0 91% 64 x 0 91/100 = 0 5824 Ni 0 91% 64 x 0 91/100 = 0 5824
Ni 0.91% 64 x 0.91/100 = 0.5824 Ni 0.91% 64 x 0.91/100 = 0.5824
58.7541
15 16
JMSS - PX2512 JMSS - PX2512
Marek Sikorski Marek Sikorski
17
Izotopy cd... Radioaktywność Naturalna
Jądra posiadające tę samą liczbę atomową a różniące się Cztery najważniejsze mechanizmy rozpadu radioaktywnego:
liczbÄ… masowÄ… nazywane sÄ… izotopami.
1. rozpad Ä…
CzÄ…stkÄ™ Ä… stanowi jÄ…dro helu o
N.p. Węgiel możewystępować w postaci kilku izotopów
masie 4 i Å‚adunku 2+.
212 208 4

n.p. Bi Å»#Å»# Tl + Ä…
83 81 2
11 12 13 14 15
Tak j y reakcjach
jak we wszystkich j
C C C C C
C C C C C
6 6 6 6 6
jądrowych, zarówno masa jak i
Å‚adunek sÄ… zachowane.
2. rozpad ²
Niestabilne Stabilne jÄ…dro; Stabilne jÄ…dro; Niestabilne Niestabilne
jądro; występujące w występujące w jądro; ilości jądro.
12 12 0
² (lub ²-) jest elektronem
powstające w 98.89% 1.11% śladowe

n.p. B Å»#Å»# C + e- wyrzuconym z jÄ…dra
5 6 -1
reakcji naturalnego naturalnego obecne w
jądrowej w węgla. węgla. żywej materii.
W tej reakcji jÄ…drowej jeden neutron
cyklotronie.
jest zamieniany na proton dla
zachowania Å‚adunku.
18
JMSS - PX2512
Marek Sikorski Marek Sikorski
3
Radioaktywność Naturalna Radioaktywność Naturalna  przykład do analizy
3. Emisja pozytonu (²+) Zrównoważ nastÄ™pujÄ…ce reakcje rozpadu jÄ…drowego i
zidentyfikuj stosownie emitujÄ…ce czÄ…stki.
Gdy pozyton (²+) jest wyrzucany z
12 12 0

n.p. N Å»#Å»# C + e+ jÄ…dra zwykle bardzo szybko zderza
7 6 1
234 230 4 4
siÄ™ z antyczÄ…stkÄ… (elektronem) w 1. U Å»#Å»# Th + He or Ä…

92 90 2 2
otaczającym środowisku:
e + e Å‚
e+ + e- Å»#Å»#
Å‚
63 63 0
Ni Å»#Å»# Cu + e-

2. 28 29 -1
Wychwyt elektronu pociÄ…ga za sobÄ…
4. Wychwyt elektronu
emisję promieniowania X jako strumień
elektronów przechodzących do niższych
36 36
0
stanów energetycznych w celu

3. Cl + Å»#Å»# S
e
17 -1
16
zapełnienia dziury powstałej po
55 0 55

n.p. Fe + e- Å»#Å»# Mn
26 -1 25 wychwyconym elektronie.
(promienie X generalnie nie sÄ…
zaliczane do radioaktywności, chociaż
mogą powodować uszkodzenia o
19 20
JMSS - PX2512 charakterze promieniotwórczym.) JMSS - PX2512
Marek Sikorski Marek Sikorski
Reakcje jądrowe  przykład do analizy Stabilność jądrowa i mechanizmy rozpadu
Reakcje jądrowe zostały zrównoważone w ten sam sposób, Rozważmy pewne znane izotopy węgla z ostatniego wykładu.
ale mogą dotyczyć więcej niż jednego czynnika. Zrównoważ
następujące reakcje jądrowe i zidentyfikuj brakujące jądra lub
11 12 13 14 15
C C C C C
czÄ…stki. 6 6 6 6 6
14 4 17 1 1
N + He Å»#Å»# O + H or p

7 2 8 1 1
1
1.
Nietrwałe Stabilne jądro; Stabilne jądro; Nietrwałe Nietrwałe
239 4 1
Pu + He Å»#Å»# n jÄ…dro jÄ…dro; jÄ…dro;
242Cm+
94 2 96 0
N/Z = 1 N/Z = 1.17
N/Z = 0.83 N/Z = 1.33 N/Z = 1.5
2.
zbyt niskie zbyt wysokie zbyt wysokie
28 2 29 1
Si + H Å»#Å»# P + n

14 1 15 0
3.
21 22
JMSS - PX2512 JMSS - PX2512
Marek Sikorski Marek Sikorski
Stabilność jądrowa i mechanizm rozpadu
Wielkość
Każde jądro ulega rozpadowi w kierunku strefy stabilności
Wielkość atomu Bohra zależy od liczby atomowej
poprzez zmianę stosunku N/Z przy stałej liczbie masowej.
Nukleony = protony + neutrony = liczba masowa
N/Z zbyt niskie daje rozpad ²+. N/Z zbyt wysokie daje rozpad ²-.
Objętość jądra atomowego jest proporcionalna do liczby
11 11 0 14 14 0
C Å»#Å»# B + e+ C Å»#Å»# N + e-

6 5 1 6 7 -1 masowej
3
r H" (1.2 x10-15m) A
N/Z = 0.83 N/Z = 1.2 N/Z = 1.33 N/Z = 1.0
lub równoważnie przez wychwyt elektronu.
4 4
15 15 0
55 0 55 V = Ä„ r3 = Ä„ (1.2x10-15 )3 A (m3 )
C Å»#Å»# N + e-

Fe + e- Å»#Å»# Mn

6 7 -1
26 -1 25 3 3
N/Z = 1.11 N/Z = 1.2 N/Z = 1.5 N/Z = 1.14
23 24
JMSS - PX2512 JMSS - PX2512
Marek Sikorski Marek Sikorski
4
The sizes of atoms and the units
Masa
Spektrofotometr mas
1 atomowa jednostka masy (u.) = 1.6606 x 10-27 kg =
931.5 MeV
Węgiel = 12.00000 u
mN = 1.6749 x 10-27 kg = 1.0087 u
mP = 1.6726 x 10-27 kg = 1.0078 u
25 26
JMSS - PX2512 JMSS - PX2512
Marek Sikorski
Gęstość
m A
Á = =
4
V
Ä„R3
3
4 4
V = Ä„ r3 = Ä„ (1.2x10-15 )3 A (m3 )
3 3
3 3
1 atomowa jednostka masy (u) = 1.6606 x 10-27 kg
Á = 200 000 ton / mm3
27
JMSS - PX2512
Marek Sikorski
5