21.E: Kemia ya nyuklia (Mazoezi)

21.2: Muundo wa nyuklia na Utulivu

Q21.2.1

Andika isotopi zifuatazo katika mfumo wa hyphenated (k.m., “carbon-14”)

1. \(\ce{^{24}_{11}Na}\)
2. \(\ce{^{29}_{13}Al}\)
3. \(\ce{^{73}_{36}Kr}\)
4. \(\ce{^{194}_{77}Ir}\)

Q21.2.2

Andika isotopu zifuatazo katika nukuu ya nuclide (kwa mfano, "\(\ce{^{14}_6C}\)“)

1. oksijeni-14
2. shaba-70
3. tantalum-175
4. francium-217

Q21.2.3

Kwa isotopu zifuatazo ambazo hazipatikani habari, jaza habari zilizopo ili kukamilisha nukuu

1. \(\ce{^{34}_{14}X}\)
2. \(\ce{^{36}_P}\)
3. \(\ce{^{57}_{X}Mn}\)
4. \(\ce{^{121}_{56}X}\)

Q21.2.4

Kwa kila isotopi katika Swali 21.2.3, tambua idadi ya protoni, neutroni, na elektroni katika atomi ya neutral ya isotopu.

Q21.2.5

Andika nukuu ya nuclide, ikiwa ni pamoja na malipo ikiwa inatumika, kwa atomi zilizo na sifa zifuatazo:

1. Protoni 25, neutroni 20, elektroni 24
2. Protoni 45, neutroni 24, elektroni 43
3. Protoni 53, 89 neutroni, elektroni 54
4. Protoni 97, neutroni 146, elektroni 97

Q21.2.6

Tumia wiani wa\(\ce{^{24}_{12}Mg}\) kiini katika g/mililita, ukidhani kuwa ina kipenyo cha kawaida cha nyuklia cha 1 × 10 ^—13 cm na kina umbo la mviringo.

Q21.2.7

Ni tofauti gani kuu mbili kati ya athari za nyuklia na mabadiliko ya kawaida ya kemikali?

Q21.2.8

Masi ya atomu\(\ce{^{23}_{11}Na}\) ni 22.9898 amu.

1. Tumia nishati yake ya kumfunga kwa atomi katika mamilioni ya volts za elektroni.
2. Tumia nishati yake ya kumfunga kwa nucleon.

Q21.2.9

Ni ipi kati ya nuclei zifuatazo ziko ndani ya bendi ya utulivu?

1. klorini-37
2. kalsiumi-40
3. ²⁰⁴ Bi
4. ⁵⁶ Fe
5. ²⁰⁶ Pb
6. ²¹¹ Pb
7. ²²² Rn
8. kaboni-14

Q21.2.10

Ni ipi kati ya nuclei zifuatazo ziko ndani ya bendi ya utulivu?

1. argon-40
2. oksijeni-16
3. ^{122 Ba}
4. ⁵⁸ Ni
5. ²⁰⁵ Tl
6. ²¹⁰ Tl
7. ²²⁶ Ra
8. magnesiumi-24

21.3: Ulinganifu wa nyuklia

Q21.3.1

Andika maelezo mafupi au ufafanuzi wa kila moja ya yafuatayo:

1. nucleon
2. α chembe
3. β chembe
4. positron
5. γ ray
6. nuclide
7. idadi ya molekuli
8. idadi ya atomiki

Q21.3.2

Ni ipi kati ya chembe mbalimbali (α chembe, β chembe, na kadhalika) ambazo zinaweza kuzalishwa katika mmenyuko wa nyuklia ni kiini kweli?

Q21.3.3

Kukamilisha kila moja ya equations zifuatazo kwa kuongeza aina kukosa:

1. \(\ce{^{27}_{13}Al + ^4_2He⟶\:? + ^1_0n}\)
2. \(\ce{^{239}_{94}Pu +\, ? ⟶ ^{242}_{96}Cm + ^1_0n}\)
3. \(\ce{^{14}_7N + ^4_2He⟶\:? + ^1_1H}\)
4. \(\ce{^{235}_{92}U⟶\:? + ^{135}_{55}Cs + 4^1_0n}\)

Q21.3.4

Kukamilisha kila moja ya equations zifuatazo:

1. \(\ce{^7_3Li +\, ?⟶2^4_2He}\)
2. \(\ce{^{14}_6C⟶ ^{14}_7N +\, ?}\)
3. \(\ce{^{27}_{13}Al + ^4_2He⟶\,? + ^1_0n}\)
4. \(\ce{^{250}_{96}Cm ⟶\, ? + ^{98}_{38}Sr + 4^1_0n}\)

Q21.3.5

Andika equation uwiano kwa kila moja ya athari zifuatazo nyuklia:

1. uzalishaji wa ¹⁷ O kutoka ¹⁴ N na bombardment α chembe
2. uzalishaji wa ^{14 C kutoka 14} N na bombardment ya neutron
3. uzalishaji wa ²³³ Th kutoka ²³² Th na bombardment ya neutron
4. uzalishaji wa ²³⁹ U kutoka ²³⁸ U na\(\ce{^2_1H}\) bombardment

Q21.3.6

Technetium-99 imeandaliwa kutoka ⁹⁸ Mo. Molybdenum-98 huchanganya na neutroni kutoa molybdenum-99, isotopu isiyo imara inayotoa chembe β ili kutoa aina ya msisimko wa technetium-99, iliyowakilishwa kama ⁹⁹ Tc ^*. Kiini hiki cha msisimko kinarudi kwenye hali ya ardhi, iliyowakilishwa kama ⁹⁹ Tc, kwa kutoa γ ray. Hali ya ardhi ya Tc ⁹⁹ halafu hutoa chembe β. Andika milinganyo kwa kila moja ya athari hizi za nyuklia.

Q21.3.7

Masi ya atomu\(\ce{^{19}_9F}\) ni 18.99840 amu.

1. Tumia nishati yake ya kumfunga kwa atomi katika mamilioni ya volts za elektroni.
2. Tumia nishati yake ya kumfunga kwa nucleon.

Q21.3.8

Kwa mmenyuko\(\ce{^{14}_6C ⟶ ^{14}_7N +\, ?}\), ikiwa 100.0 g ya kaboni humenyuka, ni kiasi gani cha gesi ya nitrojeni (N ₂) kinazalishwa saa 273 K na 1 atm?

21.4: Uozo wa mionzi

Q21.4.1

Je! Ni aina gani za mionzi iliyotolewa na nuclei ya vipengele vya mionzi?

Q21.4.2

Ni mabadiliko gani yanayotokea kwa namba atomia na masi ya kiini wakati wa kila moja ya matukio yafuatayo ya kuoza?

1. chembe α imetolewa
2. chembe β imetolewa
3. γ mionzi hutolewa
4. positron imetolewa
5. elektroni inachukuliwa

Q21.4.3

Ni mabadiliko gani katika kiini yanayotokana na matukio yafuatayo ya kuoza?

1. utoaji wa chembe β
2. utoaji wa chembe β ⁺
3. kukamata elektroni

Q21.4.4

Nuclides nyingi zenye namba atomia kubwa kuliko 83 kuoza kwa michakato kama vile chafu ya elektroni. Eleza uchunguzi kwamba uzalishaji kutoka kwa nuclides hizi zisizo na uhakika pia hujumuisha chembe α.

Q21.4.5

Kwa nini kukamata elektroni kunafuatana na chafu ya X-ray?

Q21.4.6

Eleza jinsi nuclides nzito zisizo imara (namba atomia> 83) zinaweza kuoza ili kuunda nuclides ya utulivu mkubwa (a) ikiwa ni chini ya bendi ya utulivu na (b) ikiwa ni juu ya bendi ya utulivu.

Q21.4.7

Ni ipi kati ya nuclei zifuatazo ambazo zinaweza kuoza na chafu ya positron? Eleza uchaguzi wako.

1. chromium-53
2. manganese-51
3. chuma-59

Q21.4.8

Nuclei zifuatazo hazilala katika bendi ya utulivu. Je, watatarajiwaje kuoza? Eleza jibu lako.

1. \(\ce{^{34}_{15}P}\)
2. \(\ce{^{239}_{92}U}\)
3. \(\ce{^{38}_{20}Ca}\)
4. \(\ce{^3_1H}\)
5. \(\ce{^{245}_{94}Pu}\)

Q21.4.9

Nuclei zifuatazo hazilala katika bendi ya utulivu. Je, watatarajiwaje kuoza?

1. \(\ce{^{28}_{15}P}\)
2. \(\ce{^{235}_{92}U}\)
3. \(\ce{^{37}{20}Ca}\)
4. \(\ce{^9_3Li}\)
5. \(\ce{^{245}_{96}Cm}\)

Q21.4.10

Kutabiri kwa nini mode (s) ya hiari mionzi kuoza kila moja ya isotopu zifuatazo imara inaweza kuendelea:

1. \(\ce{^6_2He}\)
2. \(\ce{^{60}_{30}Zn}\)
3. \(\ce{^{235}_{91}Pa}\)
4. \(\ce{^{241}_{94}Np}\)
5. ¹⁸ F
6. ^{129 Ba}
7. ²³⁷ Pu

Q21.4.11

Andika mmenyuko wa nyuklia kwa kila hatua katika uundaji wa\(\ce{^{218}_{84}Po}\) kutoka\(\ce{^{238}_{92}U}\), unaotokana na mfululizo wa athari za kuoza zinazohusisha chembe za α, β, β, α, α, α, α, α, α, α, katika utaratibu huo.

Q21.4.12

Andika mmenyuko wa nyuklia kwa kila hatua katika uundaji wa\(\ce{^{208}_{82}Pb}\) kutoka\(\ce{^{228}_{90}Th}\), ambayo hupatikana kwa mfululizo wa athari za kuoza zinazohusisha chembe za α, α, α, β, α, α, α, kwa utaratibu huo.

Q21.4.13

Eleza muda wa nusu ya maisha na uonyeshe kwa mfano.

Q21.4.14

Sampuli ya 1.00 × 10 ^—6 -g ya nobelium\(\ce{^{254}_{102}No}\), ina nusu ya maisha ya sekunde 55 baada ya kuundwa. Asilimia ya\(\ce{^{254}_{102}No}\) kukaa katika nyakati zifuatazo ni nini?

1. 5.0 min baada ya kuunda
2. 1.0 h baada ya kuunda

Q21.4.15

²³⁹ Pu ni taka nyuklia byproduct na nusu ya maisha ya 24,000 y. nini sehemu ya ²³⁹ Pu sasa leo itakuwa sasa katika 1000 y?

Q21.4.16

Isotopi ²⁰⁸ Tl inakabiliwa na kuoza β na nusumaisha ya dakika 3.1.

1. Ni isotope gani inayozalishwa na kuoza?
2. Itachukua muda gani kwa 99.0% ya sampuli ya safi ²⁰⁸ Tl kuoza?
3. Ni asilimia gani ya sampuli ya safi ya ²⁰⁸ Tl bado haijaharibika baada ya 1.0 h?

Q21.4.17

Ikiwa 1.000 g ya\(\ce{^{226}_{88}Ra}\) inazalisha 0.0001 ml ya gesi\(\ce{^{222}_{86}Rn}\) kwenye STP (joto la kawaida na shinikizo) katika 24 h, ni nini nusu ya maisha ya ²²⁶ Ra katika miaka?

Q21.4.18

\(\ce{^{90}_{38}Sr}\)Isotopi ni mojawapo ya spishi za hatari sana katika mabaki kutoka kizazi cha nguvu za nyuklia. Strontium katika sampuli ya 0.500-g hupungua hadi 0.393 g katika 10.0 y.Kuhesabu nusu ya maisha.

Q21.4.19

Technetium-99 mara nyingi hutumiwa kutathmini uharibifu wa moyo, ini, na mapafu kwa sababu baadhi ya misombo ya technetium huingizwa na tishu zilizoharibiwa. Ina nusu ya maisha ya 6.0 h Mahesabu ya kiwango cha mara kwa mara kwa ajili ya kuoza\(\ce{^{99}_{43}Tc}\).

Q21.4.20

Je, ni umri gani wa ngozi ya nyani ya mummified ambayo ina 8.25% ya kiasi cha awali cha ¹⁴ C?

Q21.4.21

Sampuli ya mwamba ilipatikana kuwa na 8.23 mg ya rubidium-87 na 0.47 mg ya strontium-87.

1. Tumia umri wa mwamba ikiwa nusu ya maisha ya kuoza kwa rubidium kwa β chafu ni 4.7 × 10 ¹⁰ y.
2. Kama baadhi ya awali\(\ce{^{87}_{38}Sr}\) walikuwa sasa katika mwamba, je, mwamba kuwa mdogo, wakubwa, au umri sawa na umri mahesabu katika (a)? Eleza jibu lako.

Q21.4.22

Uchunguzi wa maabara unaonyesha kuwa sampuli ya madini ya uranium ina 5.37 mg ya\(\ce{^{238}_{92}U}\) na 2.52 mg ya\(\ce{^{206}_{82}Pb}\). Tumia umri wa madini. Nusu ya maisha\(\ce{^{238}_{92}U}\) ni 4.5 × 10 ⁹ yr.

Q21.4.23

Plutonium iligunduliwa katika kuwaeleza kiasi katika amana ya asili uranium na Glenn Seaborg na washirika wake katika 1941. Walipendekeza kwamba chanzo cha Pu hii ²³⁹ ilikuwa kukamatwa kwa nyutroni kwa viini ²³⁸ U. Kwa nini plutonium hii haiwezekani kuwa imefungwa wakati mfumo wa jua ulipoundwa miaka 4.7 × 10 ⁹ iliyopita?

Q21.4.24

\(\ce{^7_4Be}\)Atomu (masi = 7.0169 amu) huoza kuwa\(\ce{^7_3Li}\) atomu (masi = 7.0160 amu) kwa kukamata elektroni. Ni kiasi gani cha nishati (katika mamilioni ya volts za elektroni, MeV) huzalishwa na mmenyuko huu?

Q21.4.25

\(\ce{^8_5B}\)Atomu (masi = 8.0246 amu) huoza kuwa\(\ce{^8_4Be}\) atomu (masi = 8.0053 amu) kwa kupoteza chembe β ⁺ (molekuli = 0.00055 amu) au kwa kukamata elektroni. Ni kiasi gani cha nishati (katika mamilioni ya volts za elektroni) huzalishwa na mmenyuko huu?

Q21.4.26

Isotopi kama vile ²⁶ Al (nusu ya maisha: 7.2 × 10 miaka ⁵) zinaaminika kuwa zimekuwepo katika mfumo wetu wa jua kama ilivyoundwa, lakini tangu hapo zimeharibika na sasa zinaitwa nuclides zilizopotea.

1. ²⁶ Al kuoza kwa β ⁺ chafu au kukamata elektroni. Andika equations kwa ajili ya mabadiliko haya mawili ya nyuklia.
2. Dunia iliundwa miaka 4.7 × 10 ⁹ (bilioni 4.7) iliyopita. Dunia ilikuwa na umri gani wakati 99.999999% ya ²⁶ Al awali ilikuwa imeharibika?

Q21.4.27

Andika equation uwiano kwa kila moja ya athari zifuatazo nyuklia:

1. bismuth-212 huoza katika polonium-212
2. beryllium-8 na positron huzalishwa na kuoza kwa kiini kisicho na uhakika
3. neptunium-239 hutokana na mmenyuko wa uranium-238 na neutroni halafu hubadilika kuwa plutonium-239
4. strontium-90 kuoza katika yttrium-90

Q21.4.28

Andika equation uwiano kwa kila moja ya athari zifuatazo nyuklia:

1. zebaki-180 huharibika kwenye platinum-176
2. zirconium-90 na elektroni ni zinazozalishwa na kuoza kwa kiini imara
3. thorium-232 huharibika na hutoa chembe ya alpha na kiini cha radium-228, ambacho kinaharibika kuwa actinium-228 na kuoza kwa beta
4. neon-19 huoza ndani ya fluorine-19

21.5: Transmutation na Nishati ya nyuklia

Q21.5.1

Andika usawa wa nyuklia wa usawa kwa ajili ya uzalishaji wa mambo yafuatayo ya transuranium:

1. berkelium-244, yaliyotolewa na mmenyuko wa Am-241 na Ye-4
2. fermium-254, iliyofanywa na mmenyuko wa Pu-239 na idadi kubwa ya neutrons
3. lawrencium-257, yaliyotolewa na majibu ya Cf-250 na B-11
4. dubnium-260, yaliyotolewa na majibu ya Cf-249 na N-15

Q21.5.2

Je, fission ya nyuklia inatofautiana na fusion ya nyuk Kwa nini wote wawili wa michakato hii exothermic?

Q21.5.3

Wote fusion na fission ni athari za nyuklia. Kwa nini joto la juu sana linalohitajika kwa fusion, lakini si kwa fission?

Q21.5.4

Taja masharti muhimu kwa mmenyuko wa mnyororo wa nyuklia kufanyika. Eleza jinsi gani inaweza kudhibitiwa kuzalisha nishati, lakini si kuzalisha mlipuko.

Q21.5.5

Eleza vipengele vya reactor ya nyuklia.

Q21.5.6

Katika mazoezi ya kawaida, wote msimamizi na viboko vya kudhibiti ni muhimu kufanya kazi ya mnyororo wa nyuklia kwa usalama kwa lengo la uzalishaji wa nishati. Taja kazi ya kila mmoja na kuelezea kwa nini wote ni muhimu.

Q21.5.7

Eleza jinsi uwezo wa nishati ya uranium inabadilishwa kuwa nishati ya umeme katika mmea wa nguvu za nyuklia.

Q21.5.8

Masi ya atomu ya hidrojeni\(\ce{(^1_1H)}\) ni 1.007825 amu; ile ya atomu ya tritiamu\(\ce{(^3_1H)}\) ni 3.01605 amu; na ile ya chembe α ni 4.00150 amu. Kiasi gani cha nishati katika kilojoules kwa mole ya\(\ce{^4_2He}\) zinazozalishwa hutolewa na majibu yafuatayo ya fusion:\(\ce{^1_1H + ^3_1H ⟶ ^4_2He}\).

21.6: Matumizi ya Radioisotopes

Q21.6.1

Je, nuclide mionzi inaweza kutumika kuonyesha kwamba usawa:

\[\ce{AgCl}(s)⇌\ce{Ag+}(aq)+\ce{Cl-}(aq)\]

ni usawa wa nguvu?

Q21.6.2

Technetium-99m ina nusu ya maisha ya masaa 6.01. Ikiwa mgonjwa anayejitenga na technetium-99m ni salama kuondoka hospitali mara moja 75% ya dozi imeharibika, wakati mgonjwa anaruhusiwa kuondoka?

Q21.6.3

Iodini inayoingia mwili huhifadhiwa kwenye tezi ya tezi ambayo hutolewa ili kudhibiti ukuaji na kimetaboliki. Tezi inaweza kuonyeshwa ikiwa iodini-131 inakabiliwa ndani ya mwili. Katika dozi kubwa, I-131 pia hutumiwa kama njia ya kutibu kansa ya tezi. I-131 ina nusumaisha ya siku 8.70 na kuoza kwa β ^-chafu.

1. Andika equation nyuklia kwa ajili ya kuoza.
2. Itachukua muda gani kwa 95.0% ya dozi ya I-131 kuoza?

21.7: Athari za kibiolojia za mionzi

Q21.7.1

Ikiwa hospitali ilikuwa ikihifadhi radioisotopes, ni nini kiwango cha chini kinachohitajika kulinda dhidi ya:

1. cobalt-60 (emitter kali γ kutumika kwa ajili ya mnururisho)
2. molybdenum-99 (emitter beta kutumika kuzalisha technetium-99 kwa ajili ya upigaji picha)

Q21.7.2

Kulingana na kile kinachojulikana kuhusu njia ya kuoza ya msingi ya Radon-222, kwa nini kuvuta pumzi ni hatari sana?

Q21.7.3

Kutokana na sampuli uranium-232 (\(t_{1/2} = \mathrm{68.9 \;y}\)) na uranium-233 (\(t_{1/2} = \mathrm{159,200\; y}\)) ya molekuli sawa, ni nani atakayekuwa na shughuli kubwa na kwa nini?

Q21.7.4

Mwanasayansi anajifunza sampuli ya 2.234 g ya thorium-229 (t _1/2 = 7340 y) katika maabara.

1. Shughuli yake katika Bq ni nini?
2. Shughuli yake katika Ci ni nini?

Q21.7.5

Kutokana na sampuli neon-24 (\(t_{1/2} = \mathrm{3.38\; min}\)) na bismuth-211 (\(t_{1/2} = \mathrm{2.14\; min}\)) ya molekuli sawa, ni nani atakayekuwa na shughuli kubwa na kwa nini?