21: Nuclear Chemistry (Hóa học hạt nhân
- Page ID
- 217823
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Các phản ứng hóa học mà chúng ta đã xem xét trong các chương trước liên quan đến những thay đổi trong cấu trúc điện tử của các loài liên quan, tức là sự sắp xếp của các electron xung quanh nguyên tử, ion hoặc phân tử. Cấu trúc hạt nhân, số lượng proton và neutron trong hạt nhân của các nguyên tử liên quan, vẫn không thay đổi trong các phản ứng hóa học. Chương này sẽ giới thiệu chủ đề hóa học hạt nhân, bắt đầu với việc phát hiện ra phóng xạ vào năm 1896 bởi nhà vật lý người Pháp Antoine Becquerel và ngày càng trở nên quan trọng trong thế kỷ XX và hai mươi mốt, cung cấp cơ sở cho các công nghệ khác nhau liên quan đến năng lượng, y học, địa chất, và nhiều lĩnh vực khác.
- Giới thiệu
- Chương này sẽ giới thiệu chủ đề hóa học hạt nhân, bắt đầu với việc phát hiện ra phóng xạ vào năm 1896 bởi nhà vật lý người Pháp Antoine Becquerel và ngày càng trở nên quan trọng trong thế kỷ XX và hai mươi mốt, cung cấp cơ sở cho các công nghệ khác nhau liên quan đến năng lượng, y học, địa chất, và nhiều lĩnh vực khác.
- 21.1: Cấu trúc hạt nhân và sự ổn định
- Một hạt nhân nguyên tử bao gồm các proton và neutron, được gọi chung là nucleon. Mặc dù các proton đẩy nhau, hạt nhân được giữ chặt với nhau bởi một lực tầm ngắn, nhưng rất mạnh, được gọi là lực hạt nhân mạnh. Một hạt nhân có khối lượng nhỏ hơn tổng khối lượng của các nucleon cấu thành của nó. Khối lượng “thiếu” này là khuyết tật khối lượng, đã được chuyển đổi thành năng lượng liên kết giữ hạt nhân lại với nhau theo phương trình tương đương khối lượng-năng lượng của Einstein, E = mc2.
- 21.2: Phương trình hạt nhân
- Hạt nhân có thể trải qua các phản ứng làm thay đổi số proton, số neutron hoặc trạng thái năng lượng của chúng. Nhiều hạt khác nhau có thể tham gia vào các phản ứng hạt nhân. Phổ biến nhất là proton, neutron, positron (là các electron mang điện tích dương), hạt alpha (α) (là hạt nhân heli năng lượng cao), hạt beta (β) (là các electron năng lượng cao) và tia gamma (γ) (tạo ra bức xạ điện từ năng lượng cao).
- 21.3: Phân rã phóng xạ
- Hạt nhân không ổn định trải qua quá trình phân rã phóng xạ tự phát. Các loại phóng xạ phổ biến nhất là phân rã α, phân rã β, phát xạ γ, phát xạ positron và bắt electron. Phản ứng hạt nhân cũng thường liên quan đến tia γ, và một số hạt nhân phân rã bằng cách bắt electron. Mỗi phương thức phân rã này dẫn đến sự hình thành một hạt nhân ổn định mới đôi khi thông qua nhiều lần phân rã trước khi kết thúc bằng một đồng vị ổn định. Tất cả các quá trình phân rã hạt nhân đều tuân theo động học bậc nhất và mỗi đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã riêng.
- 21.4: Biến đổi và năng lượng hạt nhân
- Có thể tạo ra các nguyên tử mới bằng cách bắn phá các nguyên tử khác bằng hạt nhân hoặc các hạt tốc độ cao. Các sản phẩm của các phản ứng biến đổi này có thể ổn định hoặc phóng xạ. Một số nguyên tố nhân tạo, bao gồm techneti, astatine và các nguyên tố transuranium, đã được sản xuất theo cách này. Năng lượng hạt nhân cũng như các vụ nổ vũ khí hạt nhân có thể được tạo ra thông qua quá trình phân hạch (phản ứng trong đó một hạt nhân nặng được chia thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhẹ hơn và một số neutron).
- 21.5: Công dụng của đồng vị phóng xạ
- Các hợp chất được gọi là chất đánh dấu phóng xạ có thể được sử dụng để theo dõi các phản ứng, theo dõi sự phân bố của một chất, chẩn đoán và điều trị các tình trạng y tế, v.v. Các chất phóng xạ khác rất hữu ích để kiểm soát dịch hại, hình dung cấu trúc, cung cấp cảnh báo cháy và cho nhiều ứng dụng khác. Hàng trăm triệu thử nghiệm và thủ tục y học hạt nhân, sử dụng nhiều loại đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã tương đối ngắn, được thực hiện hàng năm ở Mỹ.
- 21.6: Tác động sinh học của bức xạ
- Chúng ta thường xuyên tiếp xúc với bức xạ từ các nguồn tự nhiên và do con người sản xuất. Bức xạ này có thể ảnh hưởng đến các sinh vật sống. Bức xạ ion hóa đặc biệt có hại vì nó có thể ion hóa các phân tử hoặc phá vỡ các liên kết hóa học, làm hỏng các phân tử và gây ra trục trặc trong các quá trình tế bào. Các loại bức xạ khác nhau về khả năng xuyên qua vật chất và làm hỏng mô, với các hạt alpha ít xuyên thấu nhất, nhưng có khả năng gây hại nhất và tia gamma xuyên thấu nhiều nhất.
- Bài tập
- Đây là những bài tập về nhà để đi kèm với Textmap được tạo cho “Hóa học” bởi OpenStax.