2. Nükleer Kimya
Nükleer kimya atom çekirdeği ve atom
çekirdeğindeki değişimleri inceler.
Çekirdek tepkimelerinde
atom çekirdeği bir başka atomun çekirdeğine
dönüşebilmekte,
çekirdek parçalanarak daha küçük çekirdekler
oluşturmakta veya
çekirdekler birleşerek yeni çekirdekler
oluşturabilmektedir.
3. Atomun Yapısı
Çekirdek Elektron
Atom kütlesinin Atom kütlesinin
%99.9 unu %0.01 ini oluşturur.
oluşturur. Atom hacminin
Atom hacminin 9999/10,000 ini
1/10,000 ini oluşturur.
oluşturur.
4. Atomun Yapısı
Çekirdek Elektron
Atom kütlesinin %99.9 Atom Kütlesinin %0.01
Atom Hacminin1/10,000 Atom Hacminin 9999/10000
protonlar (p+) ve elektronlardan (e-)
nötronlardan (n0) oluşur
oluşur
5. Atomun Yapısı
Çekirdek Elektron
Atom kütlesinin %99.9 Atom Kütlesinin %0.01
Atom Hacminin1/10,000
protons (p+) ve nötronlardan (n0) electronlardan (e-) oluşur.
oluşur.
Pozitif yüklü Negatif yüklü
6. Atomun Yapısı
Çekirdek Elektron
Atom kütlesinin %99.9 Atom Kütlesinin %0.01
Atom Hacminin1/10,000
Protonlar (p+) ve nötronlardan (n0) Elektronlardan (e-) oluşur.
oluşur.
Pozitif yüklü Negatif yüklü
Güçlü Nükleer Zayıf elektrostatik
Kuvvet kuvvet (negatif
(çekirdeği bir yüklü oldukları için)
arada tutar)
7. Atom
Atom
Atom Elektron
Çekirdeği Bulutu
Protonlar Nötronlar Elektronlar
10. Atom Çekirdeği
Geiger ve Rutherford 1909
Rutherford, radyoaktif maddeden elde ettiği alfa
taneciklerini, çok ince metal yaprak(altın levha)
üzerine göndermiştir.
12. Atom Çekirdeği
Atomun kütlesinin çok büyük bir bölümü ve atomdaki
pozitif yük, atomun merkezinde çok küçük bir bölgede
yoğunlaşmıştır. Bu bölgeye çekirdek adı verilir.
Çekirdeğin hacmi, atomun hacmi içinde çok küçüktür.
O halde atomun büyük bir kısmı boş bir uzay
parçasıdır.
Pozitif yükün büyüklüğü atomdan atoma değişir.
Çekirdekteki yük miktarı, bir elementin tüm
atomlarında aynı olmakla birlikte farklı elementlerin
atomları da farklıdır.
Çekirdeğin dışında, çekirdekteki pozitif yükle eşit
sayıda elektron bulunmaktadır.
13. Atom Çekirdeği
Rutherford atomun kütlesinin çekirdekteki
protonların kütlesinin yaklaşık iki katı kadar
olduğunu görmüş ve çekirdekte yüksüz ama kütlesi
olan taneciklerin olduğunu tahmin etmişti.
Çekirdekte yoğunlaşmış olan pozitif yüklü
taneciklere proton adı verilmiştir. Çekirdekte
bulunan yüksüz taneciklerin (nötronların) keşfi
ise 1932 de James Chadwick tarafından
gerçekleştirilmiştir.
Tabiatta nötronu olmayan tek element hidrojendir.
14. Atom Çekirdeği
Atomik çap 10-8 cm Çekirdek çapı 10-13 cm
En ağır atomun kütlesi sadece 4.8 x 10-22 g.
dır.
ve çapı sadece 5 x 10-10 m. dir.
15. Kimyasal Semboller
Bir kimyasal sembol aşağıdaki şekilde
gösterilir…
14
6 C
= -
18. Kimyasal ve Nükleer
Reaksiyonlar
Kimyasal Reaksiyonlar Nükleer Reaksiyonlar
Bağlar kırıldığı zaman olur. Çekirdek partiküller ve/veya ışınlar
yaydığı zaman olur.
Atomlar yeniden Atomlar sık sık diğer
düzenlenmesine elementin atomlarına
rağmen değişmeden dönüşür.
kalırlar.
19. Kimyasal ve Nükleer
Reaksiyonlar
Kimyasal Reaksiyonlar Nükleer Reaksiyonlar
Bağlar kırıldığı zaman olur. Çekirdek partiküller ve/veya ışınlar
yaydığı zaman olur.
Atomlar yeniden düzenlenmesine Atomlar sık sık diğer elementin
rağmen değişmeden kalırlar. atomlarına dönüşür.
Sadece değerlik Protonları, nötronları ve
elektronlarını içerirler. elektronları içerebilir.
20. Kimyasal ve Nükleer
Reaksiyonlar
Kimyasal Reaksiyonlar Nükleer Reaksiyonlar
Bağlar kırıldığı zaman olur. Çekirdek partiküller ve/veya ışınlar
yaydığı zaman olur.
Atomlar yeniden düzenlenmesine Atomlar sık sık diğer elementin
rağmen değişmeden kalırlar. atomlarına dönüşür.
Sadece değerlik elektronlarını içerirler. Protonları, nötronları ve elektronları
içerebilir.
Küçük enerji Büyük enerji
değişimleri ile değişimleri ile
ilişkilidir. ilişkilidir.
21. Kimyasal ve Nükleer
Reaksiyonlar
Kimyasal Reaksiyonlar Nükleer Reaksiyonlar
Bağlar kırıldığı zaman olur. Çekirdek partiküller ve/veya ışınlar
yaydığı zaman olur.
Atomlar yeniden düzenlenmesine Atomlar sıksık diğer elementin
rağmen değişmeden kalırlar. atomlarına dönüşür.
Sadece değerlik elektronlarını içerirler. Protonları, nötronları ve elektronları
içerebilir.
Küçük enerji değişimleri ile ilişkilidir. Büyük enerji değişimleri ile ilişkilidir.
Reaksiyon Hızını Reaksiyon Hızını
sıcaklık, partikül sıcaklık, partikül
boyutu ve boyutu ve
konsantrasyon konsantrasyon
etkiler. etkilemez.
22. Radyoaktivite :
Atom çekirdeğinin tanecikler veya elektromanyetik
ışımalar yayarak kendiliğinden parçalanmasıdır,
bir enerji türüdür.
Çekirdek tepkimesi sırasında ortaya çıkar. İnsan
vücudunun da, birçok nesnenin de içinden geçebilir.
Yalnızca toprağın, kayaların ve özellikle kurşunun
içinden rahatça geçemez. Radyasyon yayan
nesneler, radyoaktif olarak adlandırılır.
Doğal radyasyon Uranyum gibi bazı kimyasal
elementler ile uzay boşluğundaki yıldızlar ve bazı
nesneler tarafından üretilir.
23. Radyoaktivitenin Keşfi
(1895 – 1898):
Radyoaktivite, 1895 yılında Wilhelm Röntgen'in x-
Işınlarını bulmasından sonra,
1896 yılında Henry Becquerel'in uranyumun gözle
görülmeyen ışınlar yaydığını belirlemesiyle
keşfedilmiştir.
Bu buluşların ardından Marie ve Pierre Curie
tarafından başka radyoaktif elementler bulunarak
izole edilmiştir.
Radyoaktif maddeler tarafından yayılan ışınların
24. Radyoaktivitenin Keşfi
(1895 – 1898):
belirli maddelerin yüzeyine
elektron bombardımanı yapıldığı zaman gözle
görünmez ışınlar yayıldığını buldu.
Becquerel kazara ışıldayan tuzlarını
üretti.
Bu tuzlar eş zamanlı olarak fotoğraf plakalarını
koyulaştırdı.
25. Radyoaktivitenin Keşfi
(1895 – 1898):
Işınlar saçan Uranyum
atomlarının bileşenlerini izole etti.
–Işınlar saçan
prosestir.
–Bir radyoaktif kaynak
tarafından saçılan ışınlar ve partiküllerin nüfuz
etmesidir.
27. Radyoaktivitenin Keşfi
(1895 – 1898):
Proton sayıları aynı, nötron sayıları farklı atomlara
denir.
Kararsız çekirdeğe sahip atomların izotoplarına denir.
Kararsız çekirdeğin daha kararlı atomik yapı
oluşturmak için radyasyon yayarak enerji kaybetmesi
olayıdır.
28. İzotop Atomlar
(1895 – 1898):
Proton sayıları aynı, nötron ayıları farklı yada atom
numarası aynı kütle numarası farklı atomlara
atomlar denir.
İzotop element atomları hidrojen dışında aynı
sembol ile gösterilirler.
İzotop atomların kimyasal özellikleri aynı bazı
fiziksel özellikleri farklıdır.
Atomların çoğunlukla izotopları vardır.
Ancak F, Na, Al, P, Mn, As, I, Bi ...gibi atom
numarası tek olan birçok elementin izotopu
yoktur.
29. İzotop Atomlar
(1895 – 1898):
İzotop atomların proton sayıları aynı olduğu için
kimyasal özellikleri aynıdır.
İzotop atomların nötron sayıları farklı olduğu
için fiziksel özellikleri farklıdır.
İzotop iyonların, değerlik elektron sayıları farklıysa, hem
fiziksel hem de kimyasal özellikleri farklıdır.
İzotop iyonların değerlik elektron sayıları aynıysa,
fiziksel özellikleri farklıdır. Kimyasal özellikleri
benzer denilebilir.
Bir elementle oluşturdukları bileşik formülleri aynı, mol
kütleleri farklıdır.
Doğada bulunuş yüzdeleri farklıdır. Bu nedenle
elementler için ortalama atom kütlesinden bahsedilir.
30. Nükleer Reaksiyonlarda Enerji
1905, Albert Einstein meşhur
kütle-enerji ilişkisi denklemini
geliştirdi.
E = mc2
E = Enerji
m = Kütle
c = Işık hızı
31. Nükleer Reaksiyonlarda Enerji
1 mol Uranium-238 in bozunması sürecinde kütle
değişimi 0.0046 g dır.
Enerji değişimi, E, hesaplayınız.
E = ( m) c2
E = (4.6 10−6 kg)(3.00 108 m/s)2
E = 4.1 1011 J
39. Beta Işıması
Kompozisyon – Beta parçacıkları, bir elektron
ile aynı
Sembol – e-, β
Yük – 1-
Kütle (amu) – 1/1837 (pratik olarak 0)
Yaklaşık Enerji– 0.05 – 1 MeV
Nüfuz Etme Gücü– orta (4 mm vücut dokusu)
Korunma – metal folyo
41. Gama Işıması
Gama (γ) ışınları tanecik değildir. Bunlar kısa
dalga boylu ve yüksek enerjili (x- ışınları
benzeri) ışınlardır.
Alfa (α) ve beta (β) ışıması sırasında birçok
atom çekirdeği uyarılmış birer yapıya
(yüksek enerjili hale) ulaşırlar. Bu tür yüksek
enerjili çekirdekler, gamma (γ) ışıması
yardımı ile rahatlama yolunu seçerler. Özetle
birçok alfa ve beta ışımalarının, gama ışımasını
da birlikte sürdürdüklerini belirtebiliriz.
Gamma ışıması sürdüren bir çekirdekte atom
42. Gama Işıması
Kompozisyon – Yüksek-Enerjili
Elektromanyetik Radyasyon.
Sembol – γ
Yük – 0
Kütle (amu) – 0
Yaklaşık Enerji– 1 MeV
Nüfuz Etme Gücü– Yüksek (Kolayca vücuda
nüfuz eder)
Korunma – Kurşun, Beton
51. Nükleer Stabilite
Atom çekirdeklerinin, parçalanmaya ve nükleer
bozunmaya karşı dayanıklılığı "çekirdek
kararlılığı" olarak tanımlanır.
Çekirdek kararlılığında en büyük etken, atom
çekirdeklerinin bünyesinde yer alan nötron ve
protonların birbirlerine oranıdır.
Atom kütlesi küçük olan çekirdeklerin kararlı
olabilmesi için nötron/proton oranının bir veya
bire yakın bir değerde olması gereklidir.
52. Nükleer Stabilite
Karbonun izotoplarına nötron/proton oranı
ilişkin
değerleri sırasıyla 1,00, 1,16 ve 1,33 dür. Bu nedenle
doğal karbon izotopları arasında kararlı
olmasına karşın
kararsızdır.
Atom kütlesi büyük olan çekirdeklerin kararlı olabilmesi için
nötron/proton oranının yaklaşık 1,5 civarında bir
değerde olması gereklidir. Örneğin civa elementini ele alırsak
, çekirdeğinde 80 proton ve 120 nötron olmasına ve
nötron/proton oranının 1,5 olmasına karşın, bu çekirdeğin
kararlı olduğunu görürüz.
53. Nükleer Stabilite
Eğer bir genelleme yapılacak olunursa, kadar olan küçük
kütleli atomlarda nötron/proton oranlarının yaklaşık 1
olduğunu, daha yüksek kütleli atomlar için bu eşitliğin
bozulduğunu belirtebiliriz.
Bu durumun nedenlerini, atom çekirdeklerindeki itme ve
çekme kuvvetlerinde aramalıyız.
Doğal olarak atomların atom numarası arttıkça, proton
sayıları artmakta ve protonlar arası itme etkileşimi de buna
paralel artmaktadır.
Yani çekirdeği bir arada tutan çekme kuvvetlerine kıyasla,
itme kuvvetleri gittikçe daha belirgin olmakta ve bir noktadan
sonra ön plana geçebilmektedir. Bu durum ise çekirdeklerin
54. Nükleer Stabilite
Çekirdek parçalanmıyorsa izotop tamamen
stabildir.
Atom Numarası ile arasında olan
elementler
Proton:nötron ( ) oranı
Örneğin: Karbon – 12 protona ve nötrona
sahiptir.
55. Nükleer Stabilite
Atom Numarası ile arasında olanlar
proton:nötron (p+ : n0) oranı
Örneğin: Mercury – 200 protona ve
nötrona sahiptir.
57. Alfa Bozunması
Örnek 1: Radyum-226 nın alfa ışıması yaparak
radyoaktif bozunması için nükleer reaksiyonu
yazınız.
58. Alfa Bozunması
Step 1: Başlangıç elementini sola yaz.
Step 2: Ok çiz.
Step 3: Alfa partikülünü sağa yaz.
Step 4: Her şeyin dengede olduğunu
sağlayarak diğer ürünü belirle.
60. Alfa Bozunması
Örnek 2: Polonyum-210 un alfa ışıması yaparak
radyoaktif bozunması için nükleer reaksiyonu
yazınız.
61. Alfa Bozunması
Step 1: Başlangıç elementini sola yaz.
Step 2: Ok çiz.
Step 3: Alfa partikülünü sağa yaz.
Step 4: Her şeyin dengede olduğunu
sağlayarak diğer ürünü belirle.
63. Beta Bozunması
Örnek 1: Karbon-14 beta ışıması yaparak
radyoaktif bozunması için nükleer reaksiyonu
yazınız.
64. Beta Bozunması
Step 1: Başlangıç elementini sola yaz.
Step 2: Ok çiz.
Step 3: Beta partikülünü sağa yaz.
Step 4: Her şeyin dengede olduğunu
sağlayarak diğer ürünü belirle.
66. Beta Bozunması
Örnek 2: Zirkonyum-97 un beta ışıması
yaparak bozunması için nükleer reaksiyon
yazınız.
67. Beta Bozunması
Step 1: Başlangıç elementini sola yaz.
Step 2: Ok çiz.
Step 3: Beta partikülünü sağa yaz.
Step 4: Her şeyin dengede olduğunu
sağlayarak diğer ürünü belirle.
72. Gözden Geçirme
Radyoakti Yayılan Kütle No Atom No
f Partikül daki daki
Bozunma Değişim Değişim
Tipi 4
2
Alpha α -1He
0 -4 -2
Beta β e 0 +1
Gamma γ 0 0
73. Yarılanma Süresi
Bir radyoizotopun ürünlerine
bozunması için gerekli olan dir.
# of ½ lives % Remaining
0 100%
1 50%
2 25%
3 12.5%
4 6.25%
5 3.125%
6 1.5625%
75. Yarılanma-Ömrü
Örneğin, Yarılanma ömrü 29 yıl olan
Stronsiyum-90 dan 10 gr bulunmaktadır. X
yılından sonra ne kadar kalacağını hesaplayan
bir formül türetiniz. Zaman
Yarılanma Kalan
Ömrü Yıllar Miktar(g)
Sayısı
0 0 10
1 29 5
2 58 2.5
3 87 1.25
4 116 0.625
78. Yarılanma-Ömrü
Örnek 1: Galyum – 68 68.3 dakika yarılanma
ömrüne sahiptir, 160.0 mg Galyum-68
örneğinden 1 yarılanma ömrü sonunda?
________
2 yarılanma ömrü sonunda? ________
3 yarılanma ömrü sonunda? ________ ne
kadar kalır.
79. Yarılanma-Ömrü
Örnek 2: 5 yıl yarılanma ömrüne sahip Kobalt–
60, kanserin radyasyonla tedavisinde kullanılır.
Eğer bir hastane 30.0 g Kobalt-60 satın alırsa
15 yıI sonra ne kadar kalacaktır?
______________
80. Yarılanma-Ömrü
Örnek 3: Demir-59 tıpta kan dolaşımı
düzensizliklerini teşhis etmek için kullanılır.
Demir-59 un yarılanma süresi 44.5 gündür.
2.000 mg numuneden 133.5 gün sonra ne
kadar kalacaktır? ______________
81. Yarılanma-Ömrü
Example 4: Polonyum-218 in yarılanma ömrü
3.0 dakikadır. Şayet 20.0 g ile başlanırsa, 1.25
g kalıncaya kadar ne kadar süre geçecektir?
______________
82. Yarılanma-Ömrü
Örnek 5: Başlangıçta 150.0 mg Radon-222
içeren bir örnek 11.4 gün sonra 18.75 mg
Radon-222 içermektedir. Yarılanma ömrünü
hesaplayınız.
83. Nükleer Reaksiyonlar
Özellikler:
Bir elementin izotopları diğer elementin
izotoplarına
.
değişimini içerir.
miktarda serbest
bırakılır.
84. Nükleer Reaksiyonların Tipleri
parçalanma – alfa ve beta
partikülleri ve gama ışını yayılması.
Nükleer bir
veya
. yayılmasıdır.
85. Fisyon (Çekirdek
Parçalanması):
bir nötronun, uranyum gibi ağır bir
element atomunun çekirdeğine çarparak
yutulması, bunun sonucunda bu atomun kararsız
hale gelerek daha küçük iki veya daha fazla farklı
çekirdeğe bölünmesi reaksiyonudur. Dolayısıyla
Fisyon, bir çekirdek tepkimesidir.
Parçalanma sonucunda ortaya çıkan atomlara
fisyon ürünleri denir. Bunların bazıları radyoaktiftir.
Bir nötron yutulması ile başlayan fisyon tepkimesi
sonucunda, büyük miktarda enerji ile birlikte,
birden fazla nötron ortaya çıkar.
Çekirdek tepkimeleri sonucunda açığa çıkan
enerji, kimyasal tepkimelere göre yaklaşık bir
milyon kat düzeyinde daha fazladır.
86. Fisyon (Çekirdek
Parçalanması):
Zincirleme Reaksiyon: Fisyon sonucunda
ortaya çıkan nötronların, ortamda bulunan
diğer fisyon yapabilen atom çekirdekleri
tarafından yutularak, onları da aynı reaksiyona
sokması ve bunun ardışık olarak
tekrarlanmasıdır.
Kontrolsüz bir zincirleme reaksiyon, çok çok
kısa bir süre içinde çok büyük bir enerjinin
ortaya çıkmasına neden olur. Atom
bombasının patlaması bu şekildedir.
92. Füzyon (Çekirdek
Birleşmesi):
Küçük ve kararlılığı az olan çekirdeklerin
birleşerek kararlı büyük çekirdekler
oluşturmasına kaynaşma .
tepkimeleri adı verilir.
Kontrolsüz bir zincirleme reaksiyon, çok çok
kısa bir süre içinde çok büyük bir enerjinin
ortaya çıkmasına neden olur. Atom
bombasının patlaması bu şekildedir.
Nükleer santrallarda ise zincirleme reaksiyon
kontrollü bir şekilde yapılır. Bu kontrolün
kaybedilerek nükleer yakıtın bir bomba haline
dönüşmesi fiziksel olarak olanaksızdır.
93. Füzyon (Çekirdek
Birleşmesi):
Hidrojen bombasının, Güneş’te gelişen
olayların ve Güneş enerjisinin temeli
kaynaşma (füzyon) tepkimeleridir.
Kaynaşma tepkimelerinde açığa çıkan
enerji, bölünme tepkimelerinden daha
büyüktür.
94. Füzyon (Çekirdek
Birleşmesi):
Füzyon (Çekirdek Birleşmesi): Hafif
radyoaktif
nin daha
ağır atom çekirdeklerini meydana getirmesi
olayıdır.
Füzyon tepkimesinde ortaya çıkan
çok daha tür.
bu gruba
95. Uses of Radiation
Radioactive _______________ - Carbon - ____
used to determine the ________ of an object that
was once alive.
___________________________ of diseases –
Iodine – 131 used to detect _________________
problems, technetium – 99 used to detect
___________ tumors and ____________
disorders, phosphorus – 32 used to detect
__________ cancer.
Treatment of some _______________________
(cobalt – 60 and cesium – 137) – cancer cells are
more ________________________ to radiation
than normal, healthy cells
96. Uses of Radiation
X-rays
Radioactive ________________ (used in
research to _______ chemicals)
Everyday items – thorium – 232 used in
______________________, plutonium – 238
used in _______________________, and
americium – 241 in
___________________________________
