Chimica Nucleare - Ivano Coccorullo · 2013-12-25 · Stabilità nucleare • Alcuni numeri of...
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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
