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    © 2009 Brooks/Cole - Cengage Slide da: Kotz, Treichel, Townsend - Chemistry

    2017

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    Radioattività

    è il fenomeno per cui piccole particelle di materia (particelle α o β) e/o radiazioni elettromagnetiche (raggi γ) sono emesse da un nucleo atomico instabile

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    Isotopi

    •  Atomi di uno stesso elemento (identico Z)

    ma differente numero di massa (A).

    •  Boro-10 (10B) ha 5 p e 5 n: 105B

    •  Boro-11 (11B) ha 5 p e 6 n: 115B

    10B

    11B

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    Tipi di Radiazione

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    Potere penetrante delle radiazioni

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    Reazioni Nucleari

    •  Ernest Rutherford scoprì che il Ra forma

    il gas Rn emettendo una particella alfa.

    •  1902—Rutherford e Soddy proposero che la radioattività fosse dovuta alla naturale trasformazione di un isotopo di un elemento nell’isotopo di un’altro elemento.

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    Reazioni Nucleari

    •  Emissione alfa

    Il numero di massa (A) diminuisce di 4 unità, mentre il numero atomico (Z) diminuisce di 2 unità.

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    Reazioni Nucleari

    •  Emissione beta

    Il numero di massa (A) resta invariato e il numero atomico (Z) aumenta di 1 unità.

    Spiegazione:

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    Serie di Decadimento Radioattivo

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    Altre Reazioni Nucleari

    Emissione di Positroni (0+1β): un protone del nucleo si

    trasforma in un neutrone 11p  10n + 0+1β

    Cattura di elettroni: un nucleo assorbe un elettrone del guscio K trasformando un protone in un neutrone ed emettendo un neutrino.

    0

    -1e + 11p  10n

    207

    207

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    Fascia di Stabilità e Decadimento Radioattivo

    243

    95Am 42α + 23993Np

    L’emissione α riduce Z

    L’emissione β aumenta Z

    60

    27Co  0-1β + 6028Ni

    Gli isotopi con un basso rapporto n/p, che si trovano sotto la fascia di stabilità, decadono per emissione positronica o cattura elettronica.

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    L’Energia di Legame Nucleare, Eb

    Eb è l’energia richiesta per separare il nucleo di un atomo in protoni e neutroni.

    Per il Deuterio, 21H

    2 1H  11p + 10n

    Eb = 2.15 x 108 kJ/mol

    Eb per nucleone = Eb/2 nucleone

    = 1.08 x 108 kJ/mol nucleone

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    Calcolare l’Energia di Legame Nucleare

    Per il deuterio, 21H: 21H  11p + 10n

    Massa 21H = 2.01410 g/mol

    Massa protone = 1.007825 g/mol

    Massa neutrone = 1.008665 g/mol

    Difetto di massa ∆m = 0.00239 g/mol

    Dalla equazione di Einstein:

    Eb = (∆m)c2 = 2.15 x 108 kJ/mol

    Eb per nucleone = Eb/2 nucleone

    = 1.08 x 108 kJ/mol nucleone

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    Stabilità Relativa dei Nuclei

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    Tempo di Dimezzamento

    Il tempo necessario per avere il decadimento di metà degli atomi di un radioisotopo si chiama tempo di dimezzamento (t1/2) e ha valore costante per ogni coppia nucleo genitore / nucleo figlio.

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    Tempo di Dimezzamento

    Decadimento di 20.0 mg di 15O. Ogni due minuti la quantità di 15O si dimezza.

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    Cinetica del Decadimento Nucleare

    Attività (A) = Disintegrazioni/tempo = (k)(N)

    dove N è il numero di atomi e k è la costante di decadimento (tempo–1).

    Il decadimento segue una legge o–1 del primo ordine, quindi ln (A/Ao) = -kt

    Il tempo di dimezzamento del decadimento radioattivo è t1/2 = 0.693/k

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    La concentrazione di 14C (circa 10-12 del totale di atomi di carbonio) resta pressoché costante, per effetto di un equilibrio dinamico fra continua “produzione” da parte dei raggi cosmici e continua “scomparsa” per decadimento radioattivo

    protoni cosmici su O, N nella troposfera  reazioni (p,n)  14N(n,p), 14C

    produzione del 14C in atmosfera:

    Radiodatazione del Carbonio-14

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    Tramite i vari metabolismi biologici,

    TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI

    PARTECIPANO A QUESTO EQUILIBRIO

    e hanno perciò nei loro tessuti 14C, con circa la stessa

    concentrazione presente nell’ atmosfera

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    La morte degli organismi 

    Quando un organismo muore smette di assimilare il 14C e questo comincia a trasformarsi in azoto, questa trasformazione si chiama decadimento, significa che il 14C diminuisce della metà trasformandosi in un tempo di circa 5730 anni. 

     Gli archeologi e i paleontologi misurano la quantità di 14C che è rimasta nella materia organica che analizzano e in tal modo possono stabilire in che epoca è vissuto un nostro progenitore, un albero, un fossile o qualsiasi residuo organico.  

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    Esempio di datazione. In questo caso, il campione ha una data compresa tra il 575 d.C. (1375BC) e l'821 d.C. (1129BC) con il 95,4% di confidenza

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    Fissione Nucleare

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    Schema di una reazione nucleare.

    1) Un nucleo di uranio-235 viene "bombardato" da un neutrone e avviene la fissione che spezza il nucleo in due atomi (kripton e bario) e libera tre neutroni e dell'energia.

    2) Uno di questi neutroni è assorbito da un altro nucleo di uranio-238 ed è perso nel bilancio. Un secondo neutrone può "fuggire" dal sistema o essere assorbito da un elemento che non continua la reazione. Il terzo neutrone viene assorbito da un nucleo di uranio-235 che si spezza in due atomi liberando due neutroni e dell'energia.

    3) I due neutroni liberati si scontrano con due nuclei di uranio-235 e ogni nucleo libera da uno a tre neutroni che servono per continuare la reazione a catena.

    Fissione Nucleare

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    Unità di Misura delle Radiazioni

    Curie: 1 Ci = 3.7 x 1010 disintegrazioni/s

    Unità SI è il becquerel: 1 Bq = 1 disintegrazione/s

    Rad: misura la quantità di energia assorbita

    1 rad = 0.01 J assorbiti / kg tessuto

    Rem: si basa sul rad e il tipo di radiazione. Quantifica il danno biologico del tessuto.

    In genere si utilizza il “millirem”

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    Effetti delle Radiazioni