Chimica Nucleare Capitolo 20

X A Z

numero di massa numero atomico

Simbolo dell’elemento

Numero atomico (Z) = numero di protoni nel nucleo

Numero di massa (A) = numero di protoni + numero of neutroni

= numero atomico (Z) + numero di neutroni

A

Z

1p 1 1H 1 or

protone 1n 0

neutrone 0e

-1 0β -1 or

elettrone 0e

+1 0β +1 or

positrone 4He 2

4α 2 or particella α

1

1

1

0

0

-1

0

+1

4

2

Bilanciare le equazioni nucleari

1.  Conserva il numero di massa (A). La somma di protoni più neutroni nei prodotti deve uguagliare la somma di protoni più neutroni nei reagenti.

1n 0 U 235

92 + Cs 138 55 Rb 96

37 1n 0 + + 2

235 + 1 = 138 + 96 + 2x1

2.  Conserva il numero atomico (Z) o carica nucleare. La somma delle cariche nucleari nei prodotti deve uguagliare la somma delle cariche nucleari nei reagenti.

1n 0 U 235

92 + Cs 138 55 Rb 96

37 1n 0 + + 2

92 + 0 = 55 + 37 + 2x0

212Po decade attraverso emissione α. Scrivi l’equazione nucleare bilanciata del decadimento di 212Po.

4He 2

4α 2 or particella α -

212Po 4He + AX 84 2 Z

212 = 4 + A A = 208

84 = 2 + Z Z = 82

212Po 4He + 208Pb 84 2 82

Stabilità nucleare e decadimento radioattivo

Decadimento Beta

14C 14N + 0β + ν 6 7 -1

40K 40Ca + 0β + ν 19 20 -1

1n 1p + 0β + ν 0 1 -1

Diminuzione # neutroni di 1

Aumento # protoni di 1

Perdita di un positrone

11C 11B + 0β + ν 6 5 +1

38K 38Ar + 0β + ν 19 18 +1

1p 1n + 0β + ν 1 0 +1

ν e ν hanno A = 0 e Z = 0

Diminuzione # neutroni di 1

Aumento # protoni di 1

Cattura elettronica

37Ar + 0e 37Cl + ν 18 17 -1

55Fe + 0e 55Mn + ν 26 25 -1

1p + 0e 1n + ν 1 0 -1

Decadimento α

212Po 4He + 208Pb 84 2 82

Fissione spontanea

252Cf 2125In + 21n 98 49 0

Stabilità nucleare e decadimento radioattivo

Diminuzione # protoni di 1

Aumento # neutroni di 1

Diminuzione # protoni di 2 Diminuzione # neutroni di 2

n/p troppo alto decadimento beta

X

n/p troppo basso emissione di positrone o cattura elettronica

Y

Stabilità nucleare •  Alcuni numeri of neutroni e protoni sono extra stabili

•  n or p = 2, 8, 20, 50, 82 e 126 •  come sono stabili i numero di elettroni associati ai gas

nobili (e- = 2, 10, 18, 36, 54 e 86) •  I nuclei con un numero pari di protoni e neutroni sono

generalmente più stabili rispetto a quelli con un numero dispari di protoni o neutroni.

•  Tutti gli isotopi degli elementi con numero atomico maggiore di 83 sono radioattivi.

•  Tutti gli isotopi del Tc e del Pm sono radioattivi.

L’energia di legame nucleare (BE) l’energia richiesta per scindere un nucleo nei suoi componenti, cioè neutroni e protoni. BE + 19F 91p + 101n 9 1 0

BE = 9 x (massa p) + 10 x (massa n) – massa19F

E = mc2

BE (uma) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 – 18.9984

BE = 0.1587 uma 1 uma = 1.49 x 10-10 J

BE = 2.37 x 10-11J

energia di legame nucleare per nucleone = energia di legame

numero di nucleoni

= 2.37 x 10-11 J 19 nucleoni = 1.25 x 10-12 J

Andamento dell’energia di legame nucleare per nucleone, in funzione del numero di massa

stabilità nucleare energia di legame nucleare nucleoni

Figura 21.2 pag. 715 testo originale

Cinetica del decadimento radioattivo

N figlio

velocità = - ΔN Δt velocità = λN

ΔN Δt = λN -

N = N0exp(-λt) lnN = lnN0 - λt N = numero di atomi presenti al tempo t

N0 = numero di atomi presenti al tempo t = 0

λ = la costante cinetica di decadimento

ln2 = t½

λ

Cinetica del decadimento radioattivo

[N] = [N]0exp(-λt) ln[N] = ln[N]0 - λt

[N]

ln [N

]

Datazione con il radiocarbonio 14N + 1n 14C + 1H 7 1 6 0

14C 14N + 0β + ν 6 7 -1 t½ = 5730 anni

Datazione utilizzando l’isotopo uranio-238 238U 206Pb + 8 4α + 6 0β 92 -1 82 2 t½ = 4.51 x 109 anni

Trasmutazione nucleare

14N + 4α 17O + 1p 7 2 8 1

27Al + 4α 30P + 1n 13 2 15 0

14N + 1p 11C + 4α 7 1 6 2

ciclotrone, acceleratore di particelle

Nuclear Transmutation