Àtom y Radioactivitat

Hipòtesi de Dalton. Arquetips atòmics. Radioactivitat alfa, beta, gamma. Thomson. Fisió. Fusió. Curie. Rutherford

  • Enviado por: Iddzc
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 38 páginas
publicidad
publicidad

TREBALL DE

QUÍMICA

ÍNDEX:

. Què és l'àtom

. Arquetips atòmics

. Biografia: Marie Curie

. Biografia: Ernest Rutherford

. Radioactivitat

. Tipus de radioactivitat

. Fusió

. Fisió

.Opinió personal

Què es l'àtom?

És la fracció més menuda d'un element que conserva les propietats del mateix.

És imposible de dividir-lo per medi de reaccions químiques. Està constituït per un nucli configurat de protons i neutrons cobert per una capa d' electrons, el nombre del quals és igual al nombre de protons que hi ha al nucli.

De mica en mica l'àtom va anar adquirint una forma més complexa gràcies a la supusició de Dalton i als prototips atòmics que veurem seguidament.

Hipòtesis de Dalton

Les primeres evidències qantitatives de la teoria atòmica de la matèria es deuen als treballs dels químics francesos Lavoisier i Proust.

Dalton, al començament del S..XIX senta els principis de la probabilitat nuclear: a les seves tasques sobre la composició dels gasos el van conduïr a fórmules l'any 1804, la llei de les proporcions múltiples i constants: per formar les substàncies compostes, els elements químics es combinen sempre en certes concordàncies ben definides o en múltiples senceres d'elles.

Dalton va interpretar l'idea gregua dels àtoms individuals i va asignar-los com a diferents elements químics determinats per pesos atòmics.

El concepte químic de pes atòmic expressa les tares relatives dels diferents àtoms, però ni Dalton ni els seus contemporànis sabien quan pesava l'àtom en realitat, excepte que debia pesar molt poc.

Al 1803 Gay-lussac exposà la llei dels volums dels gasos que porta el seu nom i que va permetre especificar la composició de diverses molècules.

Diversos científics van seguir perfeccionant la tesis d'àtom, fins que els rus D.I Mendeleiv, aconseguí classificar en una taula periòdica segons pesos atòmics progressius i per analogia de les seves adquisicions físiques i químiques, els disímils rudiments fins llavors coneguts, anomenant l'existencià i propietats d'elements ignorats, els quals, s' exterioritzaren temps després.

Arquetips atòmics

Però no en tenien prou amb la hipòtesis de Dalton, també volien i havien de saber quin paper distendien les partícules en els àtoms, i també on eren situats en el seu interior el protó, el neutró i l'electró.

Per això Thomson, Rutherford i Bohr van desenvolupar els seus propis models àtomics basant-se en fets i experiments.

Exemplar atòmic de J.J. Thomson

Les experiències del físic anglès J.J. Thomson, al 1897, sobre els raigs catòdics van mostrar que els destells, éren, de fet, corpuscles molt lleugers carregats negativament. Aquestes briznes fóren anomenades electrons ( veu introduïda per G.C. Stoney al 1891 ).

A partir d'aquí l'àtom va desistir de considerar-se partícula simple indivisible i va passar a ser una estructura complexa formada per càrregues positives ( ions ) i negatives ( electrons ). Thomson va proposar un model d'àtom en el que les càrregues positives estaven distribuïdes uniformement a l'interior d'una esfera i entre les quals s'hi trobaven escampats els electrons.

Al adonar-se de les posicions d'equilibri d'aquests bé per colisió entre els àtoms o per la incidència d'ones lluminosoes, els electrons han d'oscil.lar armònicament entorn les carrègues positives, emitint un conjunt d'ones monocromàtiques. Tot i això, el model no concordava amb la rutina: els intents d'associar les ratlles espectrals conegudes dels diferents elements a les freqüències de tals agitacions energètiques no van donar resultats positius.

Electron

Prototip atòmic de Rutherford

La validesa del model atòmic de Thomson restà totalment refusada a la llum de les experiències del neozelandés Rutherford, al 1911, sobre la dispersió de les partícules gamma sobre la màteria.

En efecte, tal model d'àtom tindria un dèbil camp elèctric intern que produiria petites desviacions angulars quan insidíssin sobre ell les partícules gamma carregades positivament.

Al especificar aquestes fortes desviacions, Rutherford arribà a la conclusió de que l'àtom debia estar format per un nucli central, concentrat en una regió molt menor que el volum del corpuscle que englobés tota la seva càrrega positiva i la major part de la seva massa.

Els electrons estarien situats a distàncies del nucli molt superiors al seu radi, al seu voltant i en capes concèntriques, on giren Z electrons perifèrics irradiant potència electromagnètica.

També va anomenar, els protons i els neutrons, dient que hi havia tants protons com electrons dins l'àtom.

Arquetip atòmic de Bohr

Bohr, va seguir el mateix prototip de Rutherford, modificant-ne la posició dels orbitals i dels electrons, col.locant-los de la següent manera:

  • dins l'àtom hi ha diferents nivells d'orbitals.

  • En aquests orbitals s'hitroben els electrons.

  • Els orbitals admeten un nombre màxim d'electrons

  • Els nivells tenen un valor definit.

  • Expressarem el nombre d'electrons en un orbital: 2n2

Biografies

CURIE, Marie ( Vàrsovia, 1867- Saucellemoz, 1934 )

De soltera Sklodowska. Física francesa d'orígen polac, esposa i col.laboradora de Pierre Curie. Instal.lada a París ( 1891 ), es llicència en ciències físiques ( 1893 ) i matemàtiques ( 1899 ) a la Sorbona.

Al 1894 va intimar amb Pierre Curie, amb el qual va contraure matrimoni l'any següent.

Moguda pels descombriments de Becquerel sobre l'emissió espontània de les sals d'urani, es dedicà de ple a l'estudi dels factors radioactius amb l'auxili de la instrumentació dissenyada per Pierre i el seu cunyat Paul Jaques, va descobrir gairebé simultàniament amb el científic alemany Schmidt la radioactivitat del tori ( 1897 ).

Pierre curie, que es va ausentar temporalment de les seves investigacions, es va unir a la seva esposa en la difícil tasca que els portà al descombriment del poloni i el radi ( 1902 ) i a obtenir el seu pes atòmic.

Al morir Pierre, ( 1906 ), Marie el va succeïr en la càtedra de física de la soborna, la qual cosa la convertí en la primera dona que va ocupar a Frància una càtedra universitària. Tot i que li van concedir el dret a formar part de l'Acadèmia de ciències en funció de la seva carrera científica, no fou admitida en ella pel problema burocràtic que originava el fet de ser dona.

Va fundar l'institut de Ràdio de París ( 1914 ), que dirigí fins la seva mort. Va obtenir dues vegades el premi Nobel, al 1903, compartit amb P.Curie i H.Becquerel el de física, i al 1911 el premi Nobel de química. Entre els seus assaigs de caràcter científic destaquen:

“Le polonium et le radium, leur decoverte par les rayons de Becquerel (1899), Recherches sur les substances radiactives (1904), Trate de la radioactivité i l'isotopie et les éléments isotopes (1924).

RUTHERFORD, Sir Ernest (Nelson,1871- Cambridge,1937)

Físic britànic, nacut a Nova Zelanda.

Va estudiar en el Canterbury College, a Christchurch. Fou professor de física en les universitats McGill de Montreal (1898-1907) i Manchester (1970-1919).

Substituí a J.J.Thomson com a director del Cavendish Laboratory de la facultat de Cambridge (1919-1937), i també mestre de filosofia natural a la Royal Institution (1922-1937) i president de la Royal Society (1925-1930).

Al 1897 esbotzà la classificació del raigs propalats pels elements radioactius en tres tipus distints de radiació (alfa, beta i gamma).

Al 1902 va demostrar, en col.laboració de F.Sodd, que la irradiació és una aparició que ampara al desacoplament ingenu dels àtoms dels elements radioactuis. Pormenoritzà els seguts canvis radioactius en les famílies del liti, tori i actini (1903-1907).

A Manchester, en associació amb H.Geiger, desenvolupà el contador de centeller (1908), demostrant que les partícules alfa consistien en àtoms d'heli carregats positivament, i calculà la quantitat de molècules alfa emitidesper 1g de radi en 1s determinant amb gran precisió el valor de la càrrega elemental de l'electró.

També a Manchester portà a terme una sèrie de famosos experiments sobre dispersió de molècules alfa a partir d'estretes làmines de metall, a partir de les quals establí (1911) la teoría nuclear de l'àtom que porta el seu nom i segons la qual gairebé tota la massa atòmica es troba concentrada en el nucli central, colmat positivament i neutralitzat per les càrregues negatives dels electrons que donen voltes en torn seu en òrbites de radi diferent.

En el Canvendish Laboratory, en auxili amb J.Chadwick, testimonià que els nuclis dels elements lleugers podien desbaratar-se mitjançant el bombadeig amb partícules alfa.

Al 1934, juntament amb M.Oliphant i P.Harteck, efectuà una de les primeres experiències de reacció de fusió al canyonejar nuclis de deuteri amb deutrons.

Al 1908 va rebre el premi Nobel de química.

Autor de RadioActivity, 1904; Radioactive substances and their Radiations, 1913; i The Newer Alchemy( la més recent alquímia), 1937.

RADIOACTIVITAT

Què és la radioactivitat?

La radioactivitat és la propietat que tenen determinats nuclis atòmics de desintegrar-se espontàniament, senseb intervenció de forces externes, propalant partícules i fosforescències electromagnètiques.

N'hi ha de dos tipus: radioactivitat artificial i natural..

Radioactivitat artificial

És la que és introduïda certa substància a l' acció d'agents externs.

Radioactivitat natural

La que es produeix espontàniament en els cossos sense mediació d'intermediaris superficials.

Història de la radioactivitat

La radioactivitat natural fou descoberta casualment per Henry Becquerel al 1896 durant una sèrie d'experiències sobre la luminiscència elaborada amb sulfat doble de potassi i urani.

El mètode emprat consistia en col.locar una cristall d'aquella sal sobre una placa fotogràfica, coberta per un paper gruixut, i sotmetre el conjunt a l'acció de la llum solar.

Operant amb aquestes condicions, el disc quedava impressionat en la zona en la qual havia estat col.locada la sal d'urani, fenòmen que es va interpretar com degut a la irradiació de lluminositat; si entre la sal d'urani i la placa fotogràfica s'intercalava una estampa metàl.lica, la zona coberta per aquesta no quedava afectada.

En el curs d'aquests experiments, un dia nublat, inadecuat per a portar-los a terme, Becquerel deposità els materials en un calaix; pocs dies després, quant anà a revelar la placa fotogràfica, va descobrir que aquesta va quedar igualment impressionada.

El fenòmen no podia ser atribuït a la fosforescència, i havia d'exposar la hipotèsis de que les sals d'urani transmitien espontàniament algun tipus de radiació.

Per altra banda, formulant experiènces amb sals d'urani no fulgurants, tornaven a apareixer senyals sobre les plaques calcades, les quals restaven atenuades si entre la sal i el disc s'hi interposava una prima fulla d'alumini.

Era precís, doncs, atribuïr a l'urani la responsabilitat de les projeccions descobertes.

Rutherford, al estudiar mitjançant camps elèctrics les propagacions trobades per Becquerel, arribà a la conclusió de que aquestes eren de dos tipus: la radiació alfa, facilment cautivada per la matèria, i la radiació beta, més penetrant.

L'any 1898 es divulgaren dos nous elements radioactius, el poloni i el radi, i també es revelà que la seva activitat era un milió de vegdaes superior a la del urani.

A partir de llavors s'han descobert grans quantitats d'isòtops irradiants dels diversos elements.

L'estudi de la radioactivitat impulsà el desenvolupament de probabilitats sobre l'estructura de l'àtom, i en particular del seu nucli, que van marcar el començament d'una nova era: la física nuclear, de la qual en parlarem més endavant.

Diferents físics van donar a conèixer que la radioactivitat podia ser induïda artificialment. Aquest fenòmen s'anomenà radioactivitat artificial.

Tipus de radioactivitat

Es coneixen en l'actualitat sis tipus diversos de radioactivitat, cadascun d'ells caracterizat per les diverses radiacions difundides pel nucli: radioactivitat alfa, radioactivitat beta, desintegració gamma i captura K, la única de la qual no parlarem.

Radioactivitat alfa

Es la radiació més pesada de les retransmeses pel nucli, i també la més penetrant, ja que està dotada d'una finíssima fulla d'alumini per xuclarla totalment.

Quan un nucli donat radia una partícula alfa, el nucli produït és un isòtop distint a l'inicial qual nombre màsic és quatre unitats menor, mentre que el nombre atòmic és menor en dues unitats; per tant, l'element resultant està situat a la taula periòdica dues columnes més a l'esquerra que l'inicial.

Radioactivitat beta

En la radioactivitat beta, el nucli atòmic transmeteix un electrò, junt amb un antineutrí, però un neutrí sense la partícula radiada és un positró; ambdós tipus de radiació reben el nom de desintegració beta menys, i desintegració beta més; en els dos casos, el nombre de massa del producte resultant és el mateix que el del nucli inicial, i el nombre atòmic augmenta en una unitat en la desintegració beta menys, mentre que disminueix en una unitat en la beta més.

Desintegració gamma

En la desintegració gamma, el nucli atòmic que irradia projecció electromagnètica (fotó), conserva equiparable nombre i pes atòmic. Pel que sigui aquesta disgregació representa una transfiguració entre un estat excitat del cor i una ubicació primordial semblant a les transicions dels electrons corticals de l'àtom.

Les radiacions gamma, al estar carents, són les més estrepitoses i poden arribar a travessar una capa de fins 22 cm de plom abans de ser totalment absorbides per aquest.

Captura K

Aquest tipus de radioactivitat, consistent en que el nucli inestable xucla un electró de nivell atòmic fonamental (nivell K) i transmeteix seguidament un neutrí. Aquest tipus de transcisió, que implica la disminució del nombre atòmic en una unitat, es presenta tan sols en nuclis inestables, que d'aquesta manera passen a ser estables.

Finalment, i en determinades condicions energètiques, un nucli fluctuant pot patir una fisió (de la qual en parlarem més endavant) espontània per dividir-se en tres o quatre fragments menys pesants.

Fisió

Al 1934 Fermi suggerí la possibilitat mitjançant el bombardeig de l'urani amb neutrons que es poguessin obtenir amb elements de major nombre atòmic. Com a consequència d'experiencies d'aquest tipus, Hahn i Strassman, al 1939, identificaren com a productes resultants de la reacció neutró-nucli d'urani dos isòtops de lantani i bari de nombres de massa de 139 i 140, respectivament.

Aquest procés insinuava la viabilitat d'escindir nuclis pesats apaciguant el bombardeig dels mateixos amb neutrons.

En noves ocasions els mateixos autors trobaren com manufactures conseqüents del procés d'isòtops de l'estronci, el liti, el criptó i el xenó.

La fisió pot ser un procedediment natural, si bé aquesta aparença és molt peculiar, o induïda pel xoc amb el nucli d'un neutró, un fotó, o una fracció saturada.

La colisió d'un neutró no elabora ineludiblement fisió del nucli, ja que aquest sumari lluita amb la captura radioactiva de la molècula, depenent el fenòmen que té lloc de l'energia del neutró.

Els dos fragments produïts per la fisió tenen nombre de massa desigual, si bé es donen amb major probabilitat els que poseeixen pròxims a 95 i 135, correspondenment.

En el procés de fisió es desprèn una considerable energia, bastant més gran que la quefins el seu descobriment s'havia detectat en altres procesos nuclears; a més, s'acompanya de la difusió de varis neutrons, que es poden utilitzar per separar nous nuclis, fet que constitueix la noció de la escisió nuclear en cadena i que pot aprofitar-se per la producció d'energia per medi de reactors nuclears.

Fusió

Perquè es produeixi la fusió és esencial que els àtoms inicials estiguin dotats d'una gran energia cinètica que els permetisuperar la barrera de repulsió fructificada per l' aflicció positiva que contenen.

Tot i així, a temperatures inferiors pot originar-se una anomalia, ja que sempre existiran nuclis amb una energia superior a la mitja.

L'estudi de la variació del defecte de massa amb el nombre de massa indica que la lliberació de forca, i per tant la reacció, es particularment favorable quan els nuclis que reaccionen són lleugers; quan dos nuclis livians es fonen en un més pesat, l'energia del enllaç del foco resultant és major que la suma de les potències de lligadura dels centres cismàtics, i aquesta diferencia és precisament la que es desprèn de la fusió.

En condicions adequades, la forca alliberada és suficient per excitar atres nuclis, ocasionant una reacció en cadena, fundament de les bombes termonuclears o bombes H.

La reacció en cadena també pot causar-se en estipulacions controlades; tot i així, encara no s'ha aconseguit la construcció de reactors nuclears de fusió que permetin el seu ús industrial, a causa de les grans dificultats tècniques que implica.

L'energia redimida en la fusió és molt menor que la produïda en una reacció de fisió, però el vigor fugat per unitat de massa és molt major en el primer cas. Exactament en aquest fet i en el cost relativament baix de l'extracció deuteri de l'aigua es basen en les esperances de que els procesos de fusió controlats constitueixin en el futur una font quasi inesgotable d'energia.

Les intransigències de fusió son les fonts de l'energia del Sol i les estrelles. Un dels procesos, però no l'únic, que se suposa que té lloc en les mateixes és l'anomenat cicle de Bethe. Se sospita que els elements químics existents a l'Univers s'han sintetitzat en les estrelles a partir dels més lleugers.

. Metall: el tipus d'instal.lació que es deu emprada per la fusió depèn principalment de la composició i la quantitat de metall objecte de fusió, del grau de control requerit, de factors econòmics i de la classe de reaccions químiques que s'originaran. Els forns de fusió es poden classificar segons el mètode d'escalfament, en elèctrics, de fuel o de carbó, i segons que la carga estigui o no en contacte directe amb el combustible, en forns de crisol, de mufla i de cubilot.

. Termol: Les molècules que formen la xarxa cristal.lina d'un sòlid efectuen oscil.lacions en torn a les seves posicionsd'equilibri, que són tan grans quant major és la emperatura.

Quan s'arriba cert valor d'aquesta (punt de fusió), l'energia és suficient per a que les partícules puguin abandonar l'estructura cristal.lina, i el cos comenci a passar a l'estat líquid. Les lleis que regeixen la fusió són les següents:

  • Per una pressió donada cada cos es fon a una temperatura determinada, la qual resta invariable mentre dura la fusió.

  • En el punt de fusió cada unitat de massa ha d'absorbir, per fusionar, una quantitat determinada de calor, característica de la mateixa denominada calor latent de fusió o, simplement, calor de fusió.

  • Les fases sòlida i líquida d'una substància només estan en equilibri a la temperatura de fusió.

  • Fusió i solidificació són procesos inversos que. Per les mateixes condicions externes, tenen lloc a la mateixa temperatura, i el calor xuclat o fugat, segons el cas, és el mateix en ambdues.

La pressió té poca importància sobre el punt de fusió, donat que el canvi de volum sol ser molt petit; per als cossos que augmenten el volum al fondre's, que és el cas general, l'increment de pressió implica el del punt de fusió, mentre que per als que disminueixen de volum, com succeeïx amb l'aigua, l'augment de pressió implica un descens de la temperatura de fusió.

En els cossos que careixen d'estructura cristal.lina (cera, vidre, etc.) te lloc l'anomenda fusió vítria; el pas de l'estat sòlid al líquid no es produeix en forma discontínua, sinó a través d'un progressiu afeminament del sòlid.

No pot fixar-se, per tant, un punt de fusió característic.

Aplicacions de fusió i fisió

Els fenòmens radioactius han obert un ampli camp d'aplicacions industrials, militars i cientñifiques. Entre les cuals destaquen:

  • La utilització d'energia escapada durant les reaccions en cadena controlades en les piles i centrals atòmiques.

  • La fabricació d'ingenis nuclears de fisió (bomba A) i de fusió (bomba H).

  • La producció d'isòtops artificials, quals radiacions són utilitzades en medicina, per al tractament del càncer, en biología, per a seguir el metabolisme dels elements en els organismes vivents, en química, per tècniques de microanàlisis, i en la indústria, per a radiografies de metalls, medició de calibres de planches i tubs, càlcul d'eficàcia dels lubricants, etc

Opinió personal

Durant el transcurs d'aquest treball he anat aprenent molt sobre temes que no havia tocat mai com la radioactivitat, la fusió, la fisió...

He pogut desenvolupar una manera de pensar sobre aquests temes, les centrals nuclears etc. i penso que és realment necessària per tots els ésser humans, ja que sense ella, perdríem la meitat d'energia de la que podem gaudir ara. No obstant, també te els seus contres, ja que en qualsevol moment, per un petit descuit, pot provocar verdaderes catàstrofes en el nostre planeta, a part de que l'aire que produeix conté partícules cancerígenes i pot afectar a la població que viu a la vora de qualsevol central nuclear.

Aquests fets s'haurien d'intentar evitar emprant els coneixements de l'ésser humà, que no és tonto quan no ho fa veure.

'Àtom y Radioactivitat'

'Àtom y Radioactivitat'

'Àtom y Radioactivitat'

'Àtom y Radioactivitat'