Chimica - chimica nucleare

Chimica nucleare

La chimica nucleare studia:

• La struttura del nucleo atomico;
• Le trasformazioni di questo;
• Le conseguenze di tali trasformazioni.

I nuclei che cambiano spontaneamente la propria struttura atomica emettendo radiazioni sono detti radioattivi.

Nella scoperta della chimica nucleare ha grande importanza l'esperimento di Rutherford, che distingue 3 tipi di radiazioni diverse: alfa, beta e gamma. Le prime due erano influenzate dal campo magnetico (in modo opposto una rispetto all'altra), le gamma non lo erano.

Particelle e forze

Il protone libero è una particella stabile, mentre il neutrone è instabile e tende a decadere liberando un elettrone.

La forza forte è la forza di attrazione fra nucleoni, che vince la repulsione elettrostatica tra i protoni. Ci sono situazioni in cui protoni e neutroni non riescono a mantenere la stabilità del nucleo e si ha quindi un decadimento verso una forma più stabile.

Nuclidi

• Il numero di protoni è Z;
• Il numero di nucleoni è A;
• Il numero di neutroni varia in base al tipo di isotopo;
• Gli isotopi di un elemento sono detti nuclidi;
• Gli isotopi sono meno stabili in quanto hanno uguale numero atomico Z, ma diverso numero di neutroni e quindi di massa A.

Disintegrazioni (o decadimento) nucleari

L'emissione di particelle beta o alfa è dovuta alla parziale rottura del nucleo; il nucleo si trasforma in quello di un altro elemento, detto figlio. Le radiazioni alfa e beta sono spesso accompagnate da radiazioni gamma; questo perché il nucleo, essendo in una situazione di alto contenuto energetico, per riassestarsi emette un fotone sotto forma di radiazione gamma.

Tipi di disintegrazione

• Disintegrazione alfa: qualcosa di instabile diventa più stabile emettendo una particella alfa di numero di massa 4 e numero atomico 2, che corrisponde al nucleo dell'elio. Quando un nucleo emette una particella alfa perde due unità di carica positiva e una massa equivalente a quella di quattro nucleoni (Z-2);
• Disintegrazione beta: il nucleo emette energia e perde materia sotto forma di un elettrone di massa 0 e “numero atomico” -1; questa perdita corrisponde alla trasformazione di un neutrone in un protone (Z+1);
• Altre modalità di disintegrazione:
• Cattura elettronica: un nucleo cattura un elettrone che è negli orbitali attorno a lui e lo fa diventare parte del nucleo; un protone si trasforma in un neutrone → il numero atomico diminuisce (Z-1);
• Emissione di positroni: viene emesso un positrone ed il numero atomico si riduce di un'unità.