La radioattività

La massa in grammi di una mole di una qualunque sostanza è espressa dal

altro numero che ne esprime il peso atomico o molecolare.

18 g di acqua contengono il numero di avogadro di particelle.

LA RADIOATTIVITÀ

Nelle reazioni nucleari abbiamo la trasformazione di un elemento in un

altro. Solo in queste trasformazioni avviene che gli atomi si trasformano

perché in tutte le atre reazioni sono le sostanze che si trasformano.

DECANDIMENTO RADIOATTIVO: trasformazione spontanea di nuclei instabili.

Si dice radioattivo, perché significa qualcosa che viene espulso.

Un nucleo che decade si dice radioattivo.

I prodotti del decadimento radioattivo hanno un difetto di massa totale sup

7,32 gradi, del nucleo che decade. Sposta durante il decadentimento un po’

di massa si trasforma in energia = E=mc². Siccome c² è molto grande, basta

una piccola massa per avere molta energia.

Si dice difetto di massa perché le masse di protoni e neutroni quando sono

nel nucleo sono leggermente inferiori. Allora, rimangono e detto difetto di

massa. Una parte di questa masso si trasforma in energia per tenere i nucle

me legati. Più alto è il difetto di massa, più sono stabili il nucleo, per

ché è stata utilizzata più energia per tenere i nuclei. Questi nuclei sono

più stabili. Quindi:

DIFETTO DI MASSA: differenza fra la massa di un nucleone libero (in quiete) e

una legato. DIF. DI MASSA = Z*MASSA DI 1H + N * MASSA NEUTR - MASSA NUCLEO

Gli elementi che nella tavola periodica stanno vicino al ferro sono quelli

più stabili, perché hanno un difetto di massa maggiore.

Con tornare in rottura grandi quantità di energia ci sono due metodi:

• FUSIONE: consiste nel fondere elementi leggeri per ottenere elementi più pe
• si.

dimensione mol^-1

Le masse in grammi di una mole di una qualunque sostanza è espressa dallo

stesso numero che ne esprime il peso atomico o molecolare

3 l di acqua contengono il numero di avogadro di particelle.

LA RADIOATTIVITÀ

Nella reazioni nucleari abbiamo la trasformazione di un elemento in un

altro. Solo in queste trasformazioni avviene che gli atomi si trasformano,

perché in tutte le altre reazioni sono le elettroni che si trasformano.

DECADIMENTO RADIOATTIVO: trasformazione spontanea di nuclei instabili.

Si dice radioattivo, perché significa qualcosa che viene espulso.

Un nucleo che decade si dice radioattivo.

I prodotti del decadimento radioattivo hanno un difetto di massa totale superiore

al difetto del nucleo che decade. Infatti durante il decadimento un po’

di massa si trasforma in energia = E=mc². Siccome c² è molto grande, basta

una piccola massa per avere molta energia.

Si dice difetto di massa perché le masse di protoni e neutroni quando sono

nel nucleo sono leggermente inferiori. Allora, mancano è detto difetto di

massa. Una parte di questa massa si trasforma in energia per tenere i nucleoni

legati. Più alto è il difetto di massa, più sono stabili i nucleoni, perché

c’è è stata utilizzata più energia per tenere i nucleoni. Questi nuclei sono

i più stabili. Quindi:

DIFETTO DI MASSA: differenza fra la massa di un nucleone libero (in quiete) e

una legata. DIF. DI MASSA = Z x MASSA DI H + N x MASSA NEUTR - MASSA NUCLEO

Gli elementi che nella tavola periodica stanno vicino al ferro sono quelli

più stabili, perché hanno un difetto di massa maggiore.

Per ottenere in natura grandi quantità di energia ci sono due metodi:

• FUSIONE: consiste nel produrre elementi leggeri per ottenere elementi più pesanti.

• FISSIONE: consiste nel prendere elementi pesanti e dividerli per ottenere elementi più leggeri.
• AMBIENTAZIONE: la termide a carica di ottenere l'elemento più vicino al ferro.

TIPI DI DECADIMENTO:

Ci sono 4 modi di decadere:

• EMISSIONE PARTICELLA α (ALFA):

La particella α ha Z=2 e A=4, quindi ha 2 protoni e 2 neutroni, quindicorrisponde ad un nucleo di elio. Se foss una nucleo servisi due protoniil suo numero atomico diminuisce di 2. Quindi si retrocede nella tavolaperiodica di 2 caselle.²³⁸₉₂U → Th + ⁴₂He, il ²³⁴Th perché A è diminuito di 4.

• EMISSIONE PARTICELLA BETA (β^-)

β^- è un elettrone, ma questo viene dal nucleo. Quinto perché un neutrone sitrasforma in un protone e espelle un elettrone. Per questo motivo aumenta di1 il numero di protoni, quindi si sposta in una casella più avanti.¹⁴₆C → ¹⁴₇N + β^-

• EMISSIONE PARTICELLA (β⁺) :

β⁺ è un elettrone con carica positiva, chiamato positrone. Infatti si pro-tone si trasforma in un neutrone ed espelle un positrone. Con ciò diminu-isce di 1, l'elemento si trasforma in quello che lo precede.¹¹₆C → ¹¹₅B + β⁺ Una volta emesso, il positrone reagisce con un elettrone efa una coppia.

• CATURA ELETTRONICA:

è il decadimento più raro. Un elettrone esterno viene catturato da un protone nel nucleo e si forma un neutrone. Anche qui c'è la riduzione di Z di⁸¹₃₇Rb → ⁸¹₃₆Kr

I nuclei possono fare tutti questi tipi di decadimento.

Ogni decadimento radioattivo è accompagnato dall'emissione di radiazioni (gamma). Le radiazioni β vengono deviate molto. Le particelle α risentono meno del campo elettrico, quindi si deviano poco. La γ continua dritta.

CINETICA DEL DECADIMENTO RADIOATTIVO

Il tempo di dimezzamento non dipende dalla quantità, ma dal tipo di nuclide.TEMPO DI DIMEZZAMENTO = tempo impiegato da una sostanza per trasformarsi,quindi affinché un certo numero di nuclidi sia ridotto alla metà.Se ho 2g di sostanza da un lato e 1 tonnellata dall'altro, il tempo di dimezzamento è lo stesso.

I tempi di dimezzamento possono andare da frazioni di secondo a miliardi di anni.

Se le sostanze hanno un tempo di decadimento indipendente dalla quantità, in grafica le hanno una cinetica del 1° ordine: Questo formula vale per le reazioni di 1° ordine:

V= -_dt (nuclei di μ

Ma N= N₀/2 per cui = ln₂ = n₁ * t_1/2 - N₀

ln 2= q· t_1/2

2. σκύλξ = λ· t_1/2 Quindi t_1/2 = 8Quindi = 0,693

Gli elementi con numero atomico fino a Z=83 hanno almeno un isotopo molto relativamente stabile ovvero che non è radioattivo e quindi non decade. Ma manca isotopo instabile. Ci sono due 8

Gli elementi con Z da 84 a 92 hanno isotopi naturali radioattivi.

FAMIGLIE RADIOATTIVE

In natura ci sono 4 famiglie radioattive. Esse partono da un elemento capostipite e da lui si creano tanti altri elementi per decadimento prima di ottenere l'elemento stabile. Questo serie di elementi è detto famiglia.

1. ²³⁸U (4m+2) → t₂ = 4,5 · 10⁹ anni → ²⁰⁶Pb isotopo stabile rimane unica → dopo 4,5 10⁹ anni è la metà dell'uranio è diminuito per cui teoric.

Tutta le famiglia sono caratterizzata da (4m+2) con m che cambia.

2. ²³⁵U (4m+3) → t₂ = 7,1 · 10⁸ anni → ²⁰⁷Pb

Tutta un famiglia le (4m+3)

3. ²³⁷Np (4m+1) → t₂ = 2,2 · 10⁶ anni → ²⁰⁹Bi

LE RADIAZIONI

Una radiazione è distruttiva nei confronti dei nostri eut. Se questo fenomeno è contenuto, il nostro corpo riesce a riparare i dami. Il problema sorge quando si producono radiazioni oltre a quella tutale.

COME SI MISURA LA RADIAZIONE

Le prime due unità si rifanno alla disintegrazione le seconde due all'energia meglio assorbe, mentre l'ultima due agi effetti che l'uomo cui tenuti.

Q è l'efficacia biologica relativa alla radiazione, ovvero quanto è efficace la radiazione per distruggere i tessuti.

Q=1 per radiazioni X, β e γ

Q=20 per radiazioni α e neutroni veloci. Le radiazioni α sono molto più efficaci, come anche i neutroni, per rompere i tessuti.

COME SCHERMARE LE RADIAZIONI:

per le α e i neutroni è molto semplice perché basta uno schermo fisico; è più difficile schermarsi dalle β e dalle γ perché sono penetranti. Il piombo è uno dei materiali che meglio schermano queste radiazioni.

Le radiazioni possono essere utilizzate per molte cose, ad esempio per la datazione dei reperti archeologici con carbonio 14.

¹⁴₇ N +¹_n → ¹⁴₆ C + ¹₁ p Mio di perdita; N perde 1 protone.

Questo carbonio entra nel ciclo biologico:

il CO₂ → CO₂ la forma di CO₂ che si regola col ¹⁴ CO₂, hanno lo stesso comportamento. Questo carbonio si trova in tutti gli esseri viventi -¹⁴₆ C → ¹⁴₇ N + β^-

Il carbonio 14 è un emettitore β con t_1/2 = 5730 anni.

La coppia isotopica è tale da dare luogo a 15,3 disintegrazioni al minuto per kg di carbonio.

Per ogni kg di carbonio abbiamo 15,3 disintegrazioni dovute al ¹⁴ C. Contando le disintegrazioni eseguite posso sapere quando quel reperto è morto. Questa tecnica si applica solo a densità che contengono il carbonio. Ci sono però delle limitazioni. Ad esempio questa tecnica è distruttiva perché bisogna rendere un pezzo molto grande del reperto, quindi si può usare solo per oggetti di dimensioni elevate. Inoltre non posso utilizzarlo per datare qualcosa di molto antico, perde il carbonio 14, ce n'è ma non ne viene nemmeno per reperti molto giovani.

In tutti gli organismi viventi esiste un rapporto costante tra ¹⁴ C e ¹² C, identico a quello presente nella CO₂ atmosferica.

APPLICAZIONI RADIOISOTOPI:

• PET: positron emission tomography

Produce immagini di organi giovani attraverso l'anello di raggi δ emessi dalla collisione positroni-elettroni. ¹⁸F → ¹⁸O + β⁺ → ¹⁸O + 2 δ Si inietta nel paziente il F che non c'è in natura; l'ionio si trasforma in ossigeno 18, e se un protone di F reagisce con un elettrone normale, c'è un'annichilazione e si creano 2 raggi δ. Si può così osservare l'immagine dell'organo da analizzare. Tempo di dimezzamento è t_1/2 = 110 min. Questo consente ai pazienti di prepararsi ed osservare le immagini. Dopo 24 ore sono ormai il decadimento è cioè non c'è più radioattività.

• TOMOGRAFIA:

^99mTc → Tc + γ Lo m sta per metastabile, ovvero instabile. Infatti il nucleo è sotto eccitato arricchito di energia; quindi tende ad espellere questa energia con l'emissione di una radiazione γ. Se al paziente viene iniettato questo sostanza e si fa porre nello scintillometro, si avrà l'immagine.

Altri radioisotopi sono: ⁶⁰Co → ²/₁ γ (t_1/2 = 5,26 anni) radioterapia. Ma si possono fare iniezioni, al paziente di cobalto perde manciulle; così ai pazienti affetti da tumore viene messo un tubo da σ aperto, emette queste radiazioni che distruggono quelli che incontrano. ¹³¹I (β, t_1/2 = 8,05 giorni) viene utilizzato per la cura della tiroide.