Riassunto esame Chimica generale e inorganica, Prof. Messori Luigi, libro consigliato Chimica generale , Rodomontano

NUCLEO

È l'insieme di nucleoni (protoni e neutroni) uniti tra loro, hanno volume molto

piccolo rispetto al totale, concentrano la massa dell'atomo.

•Neutrone libero:instabile e tende a decadere liberando un protone e un elettrone. È stabile

solo quando si trova nel nucleo

•Protone libero:stabile.

Gran parte dei nuclidi sono isotopi stabili, tali che un gran numero di protoni e neutroni si

trovano in un volume ristretto (nucleo), questi sono tenuti insieme dalla forza forte, forza di

attrazione più potente di quella columbiana, in grado di vincere la repulsione elettrostatica

tra protoni.Tale interazione forte si può spiegare con lo scambio dei mesoni tra nucleoni, cioè

particelle subatomiche di massa circa 1/5 dei nucleoni.

Diametro nucleare molto piccolo: femtometro (fm = 10-15), sono responsabili delle forze

nucleari.

I nuclidi presentano un numero atomico Z (protoni) e un numero di massa A(protoni più

neutroni) in cui i neutroni variano in misura ridotta differenziando gli isotopi= atomi con

stesso Z e diverso A. Ogni isotopi di un elemento è detto nuclide.

Es: gli isotopi del calcio hanno 20 protoni e neutroni che vanno da 20 a 28

Z definisce l'elemento (Z=6→ Carbonio)

A definisce il numero di nucleoni e neutroni, per essere stabili i nuclidi devono avere neutroni

più o uguali ai protoni

DISINTEGRAZIONI NUCLEARI

È il processo seguito radionuclidi che consiste nella parziale rottura del nucleo che emette

particelle beta o alfa e comporta la trasformazione di un elemento in un altro perché si avrà

un’alterazione di Z.

La disintegrazione trasforma il nucleo di partenza in quello di un altro elemento, detto

nucleo figlio.

Le radiazioni gamma (non corpuscolata) sono ad alta energia associate alle disintegrazioni

nucleari, riguardano la modalità di riassestamento del nucleo dopo che ci è stata la

disintegrazione.

I decadimenti corpuscolati alfa e beta sono spesso accompagnati da radiazioni

gamma.

Dopo la disintegrazione, il nucleo figlio ha eccessiva energia e tende così

ad assestarsi (energia minore) emettendo gamma.

L’emissione di onde elettromagnetiche è associata al passaggio da energia maggiore (stato

eccitato) a energia minore (stato fondamentale).

A seconda della posizione del nuclide instabile possiamo prevederne la disintegrazione:

-Nuclidi grossi: si alleggeriscono emettendo particelle

-Nuclidi fuori la banda di stabilità: avvicinano il rapporto di neutroni e protoni a 1.

•Disintegrazione alfa: il nucleo che emettendo una particella alfa perde 2 unità positive e

una massa pari a quella di 4 nucleoni. Il numero atomico scende di 2 unità.

-

•Disintegrazione beta: il nucleo emette una particella beta , privandosi di una carica

negativa. La perdita può essere interpretata come la trasformazione di un neutrone in

protone. Il numero atomico sale di 1 unità.

•Cattura elettronica: la cattura del nucleo di un elettrone riduce il numero atomico.

•Emissione positroni: viene emesso un posizione di carica +1 riducendo il numero

atomico.

STABILITÀ NUCLEI

Un grafico Z→N definisce la banda di stabilità circondata dal mare di

instabilità.

•Z fino a 20 , i nuclidi hanno stesso numero protoni e neutroni

•Z>20, i nuclidi sia stabili che instabili hanno più neutroni che protoni

(A>2Z).

Previsione disintegrazione:

•Nuclei sopra la banda di stabilità, ricchi di neutroni, per rientrare nella

-

stabilità cedono una particella beta .

•Nuclei sotto la banda di stabilità, ricchi di protoni, per rientrare nella stabilità

-espellono un positrone

-catturano un elettrone

Nuclidi con Z>83 si alleggerisce emettendo protoni e neutroni (disintegrazioni alfa).

La disintegrazione di atomi pesanti spesso va a tappe: radiazione alfa seguita da beta o alfa,

fino a raggiungere stabilità (spesso piombo, Z=82).

PARI E DISPARI

I nuclidi possono avere numeri pari (Even) e dispari (odd) di protoni e neutroni. Quelli a

numero pari sono più stabili.

Elementi con:

-Z <81: Isotopi stabili + 34 isotopi instabili

-81 ≤ Z≤ 83: Isotopi stabili + 12 isotopi instabili

7 232 235 238 81 82 83 83

-84 ≤ Z≤ 92: Tutti instabili con t <10 a tranne Th, U, U , Tl, Pb, Bi, Po

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VELOCITÀ DISINTEGRAZIONE (cinetica)

•Decadimento uni-molecolare: nucleo precursore + nucleo prodotto + radiazione.

Si definisce decadimento radioattivo in termini di semivita t : il tempo in cui si disintegra la

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metà dei nuclei di un campione.

È un processo classico monoesponenziale che prevede emivita diversi a seconda del

nuclide.

Tutti i processi di decadimento radioattivo sono di primo ordine.

Può essere un processo che definisce famiglie radioattive.

FAMIGLIE RADIOATTIVE

Tutti gli isotopi da Polonio a Uranio sono radioattivi, molti hanno tempi di dimezzamento

corti(alcune ore).

Gli isotopi radioattivi sono ancora presenti in natura in quanto prodotti e costantemente

riforniti da nuclidi con tempi di dimezzamento lunghi.

Esistono isotopi con tempi di dimezzamento molto lunghi che garantiscono la presenza

costante di quei nuclidi che hanno tempi di dimezzamento brevi.Si definisce così una

famiglia radioattiva o serie radioattive.

NUCLEOSINTESI

È il processo opposto che forma elementi chimici attraverso:

-Riscaldamento sostanza a temperature elevatissime

-Bombardamento nuclei con particelle elementari accelerate

-Trasmutazione neutroni (non subisce repulsione elettrostatica dalla carica elettrica del

nucleo)

Tale processo fonde atomi piccoli per dare origine ad elementi più grandi e che ha dato vita

a tutti gli elementi presenti oggi nella tavola periodica.

MISURA RADIOATTIVITÀ

Quando la radioattività è elevata è dannosa per gli esseri viventi,quindi dobbiamo sapere

misurarla.

Precedentemente si poteva misurare tramite pellicole fotografiche; successivamente con

contatori Geiger o scintillatori.

Per misurare la radioattività devo usare DPI e modalità adeguate.

•Particelle alfa: non penetranti, velocità 10% di c, potere pari a 1, è sufficiente un foglio di

carta o la stessa nostra pelle come protezione.

•Particelle beta: moderati,velocità sotto 90% di c, potere pari a 100, è sufficiente un foglio di

alluminio come protezione

•Particelle gamma: molto penetranti accompagnate spesso da altre radiazioni, potere pari a

10000, è sufficiente cemento o piombo come protezione

UNITÀ DI MISURA 10

•Curie: da Marie Curie, attività di 1g di radio -226 si verificano 3,7×10 disintegrazioni per

secondo, indica radioattività molto elevata quindi si usano sottoprodotti.

•Baquerel: disintegrazioni per secondo

•Conte per minuto: relativa a strumento usato e fonte radioattiva.

•Rad: quantità di radiazione depositata per kg di tessuto umano

•Rem: dose efficace che tiene conto del potere distruttivo delle radiazioni.

TEMPERATURA

Per la differenza tra energia di legame nucleare e quella termica , l’energia impiegata dal

decadimento non è influenzata dalla temperatura.

DATAZIONE RADIOCARBONIO

Il C si trova in natura e in tutti gli esseri viventi , ha un tempo di semivita di 5730 anni . È

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continuamente prodotto da nuclei di azoto bombardati da neutroni prodotti da raggi cosmici.

Un organismo assume alimenti contenenti carbonio, dove c’è una quantità definita di C,

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quando l’organismo muore, il C inizia a decadere perché non lo può più assumere

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dall’esterno.Dopo 5730 anni la quantità di C è dimezzata.

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Negli esseri viventi il rapporto C/ C è circa 1/10 .

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Posso analizzare l’età di un reperto fossile individuando la presenza di C.

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DIFETTO DI MASSA

È la differenza tra la somma di masse di singoli costituenti del nucleo e la massa del nucleo.

La massa del nucleo di un atomo è inferiore alla somma delle masse dei nucleoni.

Se prendiamo i nucleoni dell’elio e il nucleo dell’elio, ci accorgiamo che nucleoni isolati

hanno massa superiore a quella del nucleo,costituito dagli stessi nucleoni. I nucleoni

perdono massa per entrare nel nucleo (difetto di massa) per convertirla in energia sulla base

della formula di Einstein:

2 8 -1

E=mc C=2,998×10 m s

L’energia media spesa dal nucleone dipende dalla sua massa che è massima tra 50 e 75.

L'energia è prodotta per:

•Fusione: costringe nuclei di H a a fondersi per dar origine a He o Li.

•Fissione: rottura di un nucleo in due nuclei piccoli e di massa simile, dovrebbe essere

spontanea in quanto accompagnata da un grande guadagno energetico.

Si ha una barriera di potenziale che impedisce la fissione e porta gli isotopi stabili a

decadimento, svantaggioso a livello energetico.

Questi hanno portato all'era atomica a partire dagli anni ‘50 con la bomba atomica, per cui

sono impiegati processi di fissione controllati, e alla nascita di centrali nucleari che, partendo

da materiali fissili, ampiamente presenti in natura, producono abbondante energia.

Attualmente si sta ideando un futuro di energia pulita con la fusione.

REAZIONI A CATENA 238

L’ isotopi più abbondante dell'uranio è U (non fissile). La fissione dell'uranio non è

spontanea in quanto è una reazione sporadica e i neutroni liberati non colpiscono nuclidi

fissili in quanto vengono dispersi. 235

È opportuno arricchire l'uranio rispetto alla sua composizione naturale per ottenere U

separato dagli altri isotopi.

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Anche piccole quantità di U non danno reazione a catena in quanto disperde i neutroni.

È necessaria una massa minima, la massa critica, affinché i neutroni che incontrano nuclidi

fissili siano maggiori di quelli dispersi.

La velocità della reazione a catena può essere controllata se inseriamo nel materiale fissile,

barre di grafite in grado di assorbire i neutroni , di rallentare e interrompere la reazione a

catena.

RADIOISOTOPI IN BIOLOGIA E MEDICINA

•Sono usati nella radioterapia per tracciare e distruggere lesioni tumorali.

•Devono avere semivita di giorni o mesi

•Non devono accumularsi

•Devono formarsi isotopi stabili

Luce

Modello ondulatorio: La luce è composta da onde elettromagnetiche che si propagano in

linea retta a velocita’ 2.9979 x 108 m s-1 nel vuoto.Un’onda elettromagnetica è costituita da

campi elettrici e magnetici che oscillano in direzioni perpendicolari tra loro e alla direzione di

propagazione.

-H: campo magnetico, esercita forza su particella ca