Radioattività e decadimenti - Chimica

Radioattività

Gli isotopi presenti in natura sono quasi tutti stabili.

Ma: alcuni naturali e quelli artificiali sono instabili, a causa di un eccesso di protoni e/o neutroni.

Tale instabilità provoca la loro trasformazione spontanea in altri isotopi, accompagnata dall'emissione di particelle (rilascio di energia).

Tali isotopi = isotopi radioattivi.

Decadimento

Decadimento beta^-

Decadimento beta^- - [produzione di particelle Beta^-]

⁸₄X ⟶ ⁸₄Y + e^- + ν_e z+1 neutrono elettronico ⟶ un altro elemento detto isotono perché un neutrone è diventato un protone.

Decadimento beta⁺

Decadimento beta⁺

⁸₄Y ⟶ ⁸₄X + e⁺ + ν_e z-1 neutrino un positrone.

Un protone è diventato un neutrone e tale elemento si trova a sinistra della tavola periodica rispetto a ⁸₄Y.

Radioattività

Gli isotopi presenti in natura sono quasi tutti stabili.

Ma: alcuni naturali e quelli artificiali sono instabili, a causa di un eccesso di protoni e/o neutroni.

Tale instabilità provoca la loro trasformazione spontanea in altri isotopi accompagnata dall’emissione di particelle /rilascio di energia/.

Tali isotopi = isotopi radioattivi.

Decadimento

Decadimento beta^-

Decadimento beta^- - [produzione di particelle Beta]

^A_ZX → ^A_Z+1Y + ^e⁻ + ^ν̅(neutrino)

Elettrone.

Un altro elemento detto isotono perché un neutrone è diventato un protone.

Decadimento beta⁺

Decadimento beta⁺

^A_ZY → ^A_Z-1X + ^e⁺ + ^ν(neutrino)

Un positrone.

Un protone è diventato un neutrone e tale elemento si trova a sinistra della tavola periodica rispetto a ^A_ZY.

Cattura elettronica

Cattura elettronica

_Z^AX + e^- ⟶ _Z-1^AX + ν

Nel decadimento beta:

• L’elettrone emesso non è elettrone orbitale.
• L’elettrone emesso non è un elettrone già presente nel nucleo.
• L’elettrone è prodotto durante il processo dell’energia disponibile.

Decadimento alfa

Decadimento alfa

Per Z > 83 e A > 220 il decadimento alfa è favorito.

È molto stabile.

_Z^AX ⟶ _Z-2^A-4X' + α

Decadimento gamma

Decadimento gamma

Dopo i decadimenti α e β questi lasciano il nucleo in uno stato eccitato. Questi stati decadono tramite emissione di fotoni (con energia tipica 0.1 - 10 MeV) [lunghezze d’onda tra 10 e 100 fm].

Radioattività naturale

La trasformazione di un nucleo radioattivo porta alla produzione di un altro elemento. Esso può essere radioattivo oppure stabile.

Tale trasformazione viene detta: decadimento radioattivo.

Fissione nucleare

Fissione nucleare

Fissione spontanea è meccanismo + probabile solo per nuclei con A>230.

Unico elemento fissibile è l'uranio.

Reazione a catena controllata: il sistema è in grado di controllare la reazione a catena rallentando la sequenza di propagazione del fenomeno [effetto valanga].

Reazione a catena non controllata: [bomba atomica] il sistema non è in grado di controllare l'effetto valanga e si consuma in poco tempo.

Chimica

Decadimento beta⁺ e beta^-

• La fascia verde non decade.
• Se un elemento che non sta sulla fascia verde decade finché non rientra nella fascia verde.
• Se sono sopra la fascia hanno + neutroni.
• Se sono sotto la fascia, hanno + protoni.

Legge del decadimento radioattivo

Legge del decadimento radioattivo

Il decadimento avviene con la legge statistica.

_dN/_dt = -λN

Indica che all'inizio ci sono più N rispetto alla fine.

Dove:

• N = numero di atomi presenti al tempo t.
• λ = costante di decadimento (probabilità che ogni singolo nucleo ha di decadere nell'unità di tempo).

_dN/_dt = -λN

∫¹/_N dN = -∫λ dt

ln N₁ - ln N₂ = -λt

N₁ = N₂ e^-λt

Dove N₁ = n atomi all'inizio N₂ = n atomi alla fine.