Chemia Jądrowa
Chemia Jądrowa
Marek Sikorski
Terminy wykładów
wtorek 8.00  9.30
2
1
JMSS - PX2512
Marek Sikorski
http://www.staff.amu.edu.pl/~photolab/
prof. UAM dr hab. Marek Sikorski
Termin konsultacji
czwartek 10.30  12.00
Pracownia Fotochemii Stosowanej
pok. 212
tel. [phone]
e-mail. [e-mail]
3 4
Tabela
1912  George de Hevesy
Przedrostek Symbol Liczba Mnożnik
tera T 1,000,000,000,000 1012
Twórca metody znakowania
giga G 1,000,000,000 109
promieniotwórczego.
mega M 1,000,000 106
kilo k 1,000 103
Wykorzystał izotopy ołowiu aby
hekto h 100 102
dowieść używania starej żywności
dowieść używania starej żywności
d k d10 101
deka da 10 101
przez gospodynię domu w którym
----- ---- 1 100
decy d 0.1 10-1
wynajmował mieszkanie.
centy c 0.01 10-2
mili m 0.001 10-3
Otrzymał Nagrodę nobla z chemii w
mikro ź 0.000 001 10-6
1943 r.
nano n 0.000 000 001 10-9
pico p 0.000 000 000 001 10-12
femto f 0.000 000 000 000 001 10-15
6
1
7 8
9 10
Powierzchnia w przeliczeniu na moc (km2 / Emisja CO2
MW)
(kg CO / kWh)* Source: J. Davidson (2000)
2
El. jądrowa
El. y
ródło : J. Davidson (2000)
0.001/0.01
Węglowa 1.4
0.01/0.04
1.2
1.04
Elektrownia o mocy
1000 MW działająca 1
Biomasa
ze sprawnością 100 %
p ą
52
5.2
(8766 GWh/rok) 0.8
0.79
0.58
0.6
Wind
PV
0.47
0.79 0.4
0.12
0.38
0.2
Solar Hydro 0.1
Geotermaln 0.06
0.025
0.004 0.022
0.025
0.07-0.37
Thermal
0.003
0
0.08
11 12
2
/kWh)
2
k
Natural Gas
Emisja (kg CO
Geothermal
Coal
Solar-PV
Nuclear
Wind
Hydro
Ropa Gaz Węgiel Energia Energia
Top 10 Nuclear Countries (1999)
naftowa ziemny jądrowa wodna
Świat 36,8 23,7 27,2 6,1 6,2
Kraje OECD 40,9 23,0 21,2 9,6 5,3
800
U.S. nuclear electricity generation is: Unia Europejska (25) 40,4 24,4 17,9 13,0 4,3
727.9
Polska 23,2 13,0 62,9 - 0,9
700
as large as France and Japan (#2
600 and #3) combined; and SK
D CZERPI
ENERGI
POSZCZEGÓLNE KRAJE?
" Kraje bazujące na odnawialnej energii wodnej: Norwegia
500
larger than the other 7 nations in
(63,3%), Islandia (61,5), Brazylia (38,6) i dalej Peru, Kolumbia,
375
the top 10 combined Nowa Zelandia, Szwajcaria, Szwecja i Kanada (wszystkie co
400
306.9
306.9
najmniej 25%). Te dziewięć krajów to niewątpliwie liderzy świa-
300 towej energetyki, ale ich pozycja wynika wyłącznie z korzyst-
Source nych warunków geograficznych.
160.4
200
110.9
: IAEA
97.8
91.2
70.4 70.1 67.4
" Kraje z rozwiniętą energetyką jądrową: Francja (38,6%), Litwa
100
(37,8), Szwecja (35,7) i dalej Szwajcaria (21,1), Słowacja, Bułga-
ria, Finlandia, Belgia, Ukraina, Korea Południowa, Czechy, Ja-
0
ponia, Niemcy i Węgry (wszystkie ponad 10%). Przynależność
US France Japan Germany Russia Korea RP UK Canada Sweden Ukraine
do tej grupy 14 państw wynika wyłącznie z decyzji władz danego
kraju (jedynie Litwa mogła dostać się do tej grupy przypadko-
wo). Jak widać, Francja i Szwecja zbudowały całkowicie nową
energetykę na miarę XXI wieku, a inne kraje idą ich śladem.
13 14
" Kraje bazujące na gazie ziemnym: 19 państw ma udział ga-
zu ziemnego wynoszący ponad 40%, w tym Argentyna,
USA 1965-2004
Białoruś, Holandia, Rosja, Rumunia, Ukraina i Węgry, a
także Bangladesz, Pakistan i Malezja. I ta duża grupa to
100%
budowniczowie nowej energetyki, należą do niej zarówno
Energia nuklearna
kraje z bogatymi złożami węglowodorów, jak i państwa ze
Energia wodna
świadomą polityką gazyfikacji bez własnych zasobów (jak
np. Węgry).
80%
Węgiel
" Kraje bazujące na ropie naftowej: 15 państw ma udział ro-
py naftowej wynoszący ponad 50%, w tym m. in. Belgia,
60%
Grecja, Irlandia, Hiszpania i Portugalia. W grupie tej jest
Gaz ziemny
wiele krajów rozwiniętych, które j w p XX wieku
j ę y już połowie
podjęły decyzję o zastąpieniu węgla paliwami ropopo-
chodnymi.
40%
" Kraje o zrównoważonym bilansie paliwowym, podobnym
do bilansu światowego: Austria, Czechy, Dania, Niemcy,
20% Ropa naftowa
Słowacja, Turcja, Wielka Brytania, Włochy, USA, Australia,
Japonia, Korea Płd. i inne. Są to z reguły kraje o dużym zu-
życiu i imporcie energii, rozwijające równomiernie wszyst-
kie z
ródła energii, w tym te nowoczesne  gazownictwo,
0%
energetykę jądrową i odnawialną.
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
15 16
Węgiel w licznych krajach europejskich (Austria,
Belgia, Białoruś, Dania, Francja, Irlandia, Litwa,
Norwegia i Szwajcaria) zajmuje ostatnią pozycję
100%
Energia wodna
jako z
ródło energii.
Węgiel
80%
100%
Energia nuklearna
Energia wodna
60%
80%
POLSKA
Gaz ziemny
40%
Węgiel
60%
FRANCJA Ropa naftowa
20%
40%
0%
1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
1980
20%
Gaz ziemny
Ropa naftowa
0%
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
18
17
3
l
billion kilowatt-hours
PODSUMOWANIE
ENERGIA J
DROWA
100% 100%
Energia wodna Energia jądrowa
" W końcu 2004 r. na świecie pracowało 440 energetycznych
W
GRY
80% 80% Węgiel
reaktorów jądrowych, dających około 16% energii elektrycznej
POLSKA
świata
Węgiel
60% 60%
Gaz ziemny
" W Ameryce Północnej pracowało 121 reaktorów (USA - 104,
40% 40%
Kanada - 17)
20% 20%
Ropa naftowa
Gaz ziemny
" Na Dalekim Wschodzie pracują 104 bloki (Japonia - 54 reaktory,
Ropa naftowa
0% 0%
Korea Płd. - 19)
)
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
100% " Europa Zachodnia - 137 reaktorów, Unia Europejska - 156
100%
Energia wodna
Energia jądrowa
(Francja - 59 reaktorów)
Energia wodna
80% Węgiel
80%
NIEMCY
Energia nuklearna
" Europa Środkowa i Wschodnia - 69 reaktorów (Rosja - 31,
Węgiel
60%
60%
Ukraina - 15, Słowacja - 6, Czechy - 6, Węgry - 4, Bułgaria - 4)
Gaz ziemny
Gaz ziemny
40% 40%
FRANCJA Ropa naftowa
20% W promieniu 300 km wokół Polski znajduje się kilkadziesiąt
20%
Ropa naftowa
pracujących energetycznych reaktorów jądrowych!!!
0%
0%
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
19 20
Chemia Jądrowa
Worldwide Nuclear Power Plants
Rutherford  odkrycie jądra atomowego
Pojęcie  proton  1920
Pojęcie  neutron - 1921
Odkrycie neutronu to jednak Chadwick - 1932
Ernest Rutherford
1871-1937
me = 9.1 x 10-31 kg
mN = 1.6749 x 10-27 kg
Jądro atomowe
mP = 1.6726 x 10-27 kg
James Chadwick
1891-1974
21 22
JMSS - PX2512
Marek Sikorski
Izotopy, Izotony, Izobary,
Izotopy, Izotony, Izobary, Izomery
Izomery
A A
Charakterystyka: A A
X X
X X
Z
Z N Z
Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów) Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)
A liczba masowa = liczba neutronów + protonów A liczba masowa = liczba neutronów + protonów
Liczba neutronów = A-Z Liczba neutronów = A-Z
Liczba protonów = Z Liczba protonów = Z
Izotopy  ta sama liczba atomowa, różna liczba masowa
60 14 14 12 13
Izotony  ta sama liczba neutronów, różna liczba protonów
Cm C N C N
Izobary  ta sama masa, różna liczba protonów i neutronów
Izomery  jądra atomowe w stanie wabudzonym, (z tau>1 ns)
23 24
JMSS - PX2512 JMSS - PX2512
Marek Sikorski Marek Sikorski
4
Izotopy, Izotony, Izobary, Izomery
60
Cm Izomer
14 12
Izotopy C
C C
14 13
Izotopy N
N N
14 14
Izobary (A=14)
C N
12 13
Izotony (N=6)
C N
A
X
Z
Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)
A liczba masowa = liczba neutronów + protonów
Liczba neutronów = A-Z
Liczba protonów = Z
25
JMSS - PX2512
Marek Sikorski
5