Histoire de la chimie nucléaire, domaine d'étude, zones, applications

La chimie nucléaire C'est l'étude des changements de matière et de leurs propriétés du produit des phénomènes qui se sont produits dans les noyaux de leurs atomes; N'étudie pas la façon dont leurs électrons ou leurs liens avec d'autres atomes de l'élément même ou différent interagissent.

Cette branche de la chimie se concentre ensuite sur les noyaux et les énergies libérées lorsqu'elles ajoutent ou perdent certaines de leurs particules; qui sont appelés nucléons, et que à des fins chimiques en substance, ils se composent de protons et de neutrons.

Trèfle radioactif. Source: Pixabay.

De nombreuses réactions nucléaires consistent en un changement dans le nombre de protons et / ou de neutrons, ce qui entraîne la transformation d'un élément en un autre; Rêve antique des alchimistes, qui ont essayé de convertir inutilement le métal de plomb en or.

Ce qui précède est peut-être la caractéristique la plus surprenante des réactions nucléaires. Cependant, de telles transformations libèrent d'énormes quantités d'énergie, en plus des particules accélérées qui parviennent à pénétrer et à détruire la question qui les entoure (comme l'ADN de nos cellules) en fonction de leur énergie associée.

Autrement dit, dans une réaction nucléaire, différents types de rayonnement sont libérés, et lorsqu'un atome ou un isotope libère le rayonnement, il est dit qu'il est radioactif (radionucléides). Certains rayonnements peuvent être inoffensifs, voire bénins, utilisés pour lutter contre les cellules cancéreuses ou étudier l'effet pharmacologique de certains médicaments par marquage radioactif.

Cependant, d'autres rayonnements sont destructeurs et mortels au contact minimum. Malheureusement, plusieurs des pires catastrophes de l'histoire portent le symbole de la radioactivité (trèfle radioactif, image supérieure).

Des armes nucléaires aux épisodes de Tchernobyl et le malheur des déchets radioactifs et leurs effets sur la faune, il y a de nombreuses catastrophes déclenchées par l'énergie nucléaire. Mais, en revanche, l'énergie nucléaire garantirait l'indépendance d'autres sources d'énergie et les problèmes de pollution qu'ils portent.

Ce serait (probablement) une énergie propre, capable de nourrir les villes pour l'éternité, et la technologie dépasserait ses limites terrestres.

Pour réaliser tout ce qui, au moindre coût humain (et planétaire),, des programmes scientifiques, technologiques, écologiques et politiques sont nécessaires pour "apprivoiser" et "imiter" l'énergie nucléaire en toute sécurité et bénéfique pour l'humanité et sa croissance et sa croissance énergique.

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Histoire de la chimie nucléaire

Alores

Laissant les alchimistes et leur pierre philosophe dans le passé (bien que leurs efforts aient payé une importance vitale pour la compréhension de la chimie), la chimie nucléaire est née lorsque ce qui est connu par la radioactivité a été détecté pour la première fois.

Tout a commencé dans la découverte de rames X pour Wilhelm Conrad Röntgen (1895), à l'Université de Wurzburg. Il a étudié les rayons de cathode lorsqu'il a remarqué qu'ils étaient à l'origine d'une étrange fluorescence, même avec l'appareil éteint, capable de transférer le papier noir opaque qui couvrait les tubes à l'intérieur desquels les expériences ont été développées.

Henri Becquerel, motivé par les découvertes des rames X, a conçu leurs propres expériences pour les étudier à partir de sels fluorescents, qui assombrissent les plaques photographiques, protégées par du papier noir, lorsqu'ils étaient excités par la lumière du soleil.

Il a été accidentellement trouvé (comme l'époque à Paris était nuageux à l'époque), que les sels d'uranium ont assombri les plaques photographiques, quelle que soit la source de lumière qui les affecterait. Il a ensuite conclu qu'il avait trouvé un nouveau type de rayonnement: la radioactivité.

Jobs de Curie Maris

Le travail de Becquerel a servi de source d'inspiration à Marie Curie et Pierre Curie pour se plonger dans le phénomène de la radioactivité (terme inventé par Marie Curie).

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Ainsi, ils ont recherché d'autres minéraux (en plus de ceux de l'uranium) qui présenteraient également cette propriété, constatant que le minerai de pechblenda est encore plus radioactif, et qu'il devait donc posséder d'autres substances radioactives. Comme? En comparant les courants électriques générés par l'ionisation des molécules gazeuses autour des échantillons.

Parmi les pechblenda minéraux extraits, après des années d'œuvres ardues d'extractions et de mesures radiométriques, la radio des éléments radioactifs (100 mg d'un échantillon de 2000 kg) et Polonio. Curie a également déterminé la radioactivité de l'élément Torio.

Malheureusement, les effets nocifs d'un tel rayonnement ont commencé à être découverts.

Les mesures de radioactivité ont été facilitées avec le développement du comptable de Geiger (ayant Hans Geiger en tant qu'artefact coïnant).

Le fractionnement du noyau

Ernest Rutherford a observé que chaque radio-isotope avait son propre temps de désintégration, indépendamment de la température, et qu'il variait avec la concentration et les caractéristiques des noyaux.

Il a également démontré que ces baisses radioactives obéissent à une cinétique de premier ordre, dont les temps de vie à moitié (t_1/2), ils sont toujours très utiles. Ainsi, chaque substance émet la radioactivité t_1/2, qui oscille des secondes, jours, jusqu'à des millions d'années.

En plus de tout ce qui précède, un modèle atomique a proposé en suivant les résultats de ses expériences rayonnant avec des particules alpha (noyaux d'hélium) une feuille d'or très mince. Travaillant à nouveau avec les particules Alfas, il a atteint la transmutation des atomes d'azote aux atomes d'oxygène; c'est-à-dire qu'il avait réussi à convertir un élément en un autre.

Ce faisant, il a été démontré tout de suite que l'atome n'était pas indivisible, et encore moins lorsqu'il a été bombardé par des particules accélérées et des neutrons "lents".

Champ d'étude

Pratique et théorie

Ceux qui décident de se rendre à faire partie des spécialistes de la chimie nucléaire peuvent opter pour plusieurs domaines d'étude ou de recherche, ainsi que différents domaines de travail. Comme de nombreuses branches de la science, ils peuvent se consacrer à la pratique, ou à la théorie (ou aux deux en même temps) dans leurs domaines correspondants.

Un exemple cinématographique peut être vu dans les films de super-héros, où les scientifiques obligent un individu à acquérir des super pouvoirs (comme Hulk, The Fantastic Four, Spiderman et Dr Manhattan).

Dans la vie réelle (au moins superficiellement), les produits chimiques nucléaires sont au contraire de concevoir de nouveaux matériaux capables de résister à une énorme résistance nucléaire.

Ces matériaux, comme l'instrumentation, doivent être indestructibles et suffisamment spéciaux pour isoler l'émission de rayonnement et les énormes températures déclenchées lors du début des réactions nucléaires; Surtout, fusion nucléaire.

Dans la théorie, ils peuvent concevoir des simulations pour d'abord estimer la viabilité de certains projets et comment les améliorer à moindre coût et à un impact négatif; ou des modèles mathématiques qui permettent de démêler les mystères en instance du noyau.

Ils étudient et posent également.

Emplois typiques

Vous trouverez ci-dessous une brève liste d'œuvres typiques qu'un chimiste nucléaire peut exercer:

-Ils dirigent des recherches dans les laboratoires gouvernementaux, industriels ou universitaires.

-Ils traitent des centaines de données via des packages statistiques et une analyse multivariée.

-Enseigner dans les universités.

-Ils développent des sources de radioactivité sûres pour diverses applications dans lesquelles ils impliquent un grand public, ou pour être utilisés dans les appareils aérospatiaux.

-Techniques et appareils de conception qui détectent et surveillez la radioactivité dans l'environnement.

-Ils garantissent que dans les laboratoires, les conditions sont optimales dans la manipulation des matières radioactives; qui arrive à manipuler même en utilisant des bras robotiques.

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-En tant que techniciens, ils maintiennent les dosimètres et collectent des échantillons radioactifs.

Zones

La section précédente décrite en termes généraux quelles sont les tâches d'un chimiste nucléaire sur son lieu de travail. Maintenant, il est spécifié un peu plus sur les différents domaines dans lesquels l'utilisation ou l'étude des réactions nucléaires est présente.

Radiochimie

Dans la radio, le processus de rayonnement en soi est étudié. Cela signifie qu'il considère toutes les radio-isotopes en profondeur, ainsi que leur temps de désintégration, le rayonnement qui libère (alpha, bêta ou gamma), leur comportement dans différents environnements et leurs applications possibles.

C'est peut-être le domaine de la chimie nucléaire qui a le plus avancé aujourd'hui concernant les autres. Il a été chargé d'utiliser des radio-isotopes et des doses de rayonnement modérées intelligemment et amicales.

Énergie nucléaire

Dans ce domaine, les produits chimiques nucléaires, ainsi que des chercheurs d'autres spécialités, étudient et conçoivent des méthodes sûres et contrôlables pour profiter du produit d'énergie nucléaire de la fission des noyaux; c'est-à-dire de son fractionnement.

Il a également l'intention de faire de même avec les réactions de fusion nucléaire, comme celles qui voulaient apprivoiser les petites étoiles qui contribuent à leur énergie; avec l'obstacle que les conditions sont écrasantes et il n'y a pas de matériau physique capable de leur résister (imaginez verrouiller le soleil dans une cage qui n'est pas fondée par une chaleur intense).

L'énergie nucléaire peut être utilisée à des fins bénéfiques, ou à des fins de guerre, dans le développement de plus d'armements.

Stockage et déchets

Le problème que représente les déchets nucléaires est très grave et menaçant. C'est pour cette raison que dans ce domaine, ils se consacrent à concevoir des stratégies pour les "emprisonner" de telle manière que le rayonnement qu'ils émettent ne transparent pas leur coquille de confinement; Coraza, qui doit être capable de résister aux tremblements de terre, des inondations, des pressions élevées et des températures, etc.

Radioactivité artificielle

Tous les éléments de la circulation sont radioactifs. Ils ont été synthétisés par différentes techniques, notamment: bombardement de noyaux avec des neutrons ou d'autres particules accélérées.

Pour ce faire, des accélérateurs linéaires ou des cyclotrons (qui ont la forme de D) ont été fabriqués. En eux, les particules accélèrent à des vitesses proches de celles de la lumière (300.000 km / s), puis se heurter à une cible.

Ainsi, plusieurs éléments artificiels et radioactifs sont nés et que leur abondance sur Terre est nul (bien qu'ils puissent naturellement exister dans les régions du Cosmos).

Dans certains accélérateurs, le pouvoir des collisions est tel qu'une désintégration de la matière se produit. Analysant les fragments, qui peuvent à peine être détectés pour leur courte vie, il a été possible d'en savoir plus dans le département le recueil des particules atomiques.

Applications

Tours de refroidissement d'une centrale nucléaire. Source: Pixabay.

Dans l'image supérieure, deux tours de refroidissement caractéristiques des centrales nucléaires sont représentées, dont la plante peut nourrir toute une ville électrique; Par exemple, l'usine de Springfield, où travaille Homero Simpson, et à partir de laquelle M. Burns possède.

Ensuite, les centrales nucléaires utilisent l'énergie libérée des réacteurs nucléaires pour fournir un besoin énergétique. C'est l'application idéale et prometteuse de la chimie nucléaire: énergie illimitée.

Tout au long de l'article, mentionner, d'une manière implicite, de nombreuses applications de chimie nucléaire a été apportée. D'autres applications pas si évidentes, mais sont présentes dans la vie quotidienne, sont les suivantes ci-dessous.

Médecine

Une technique pour stériliser le matériau chirurgical est de l'irradier avec le rayonnement gamma. Cela détruit complètement les micro-organismes qui peuvent abriter. Le processus est froid, donc certains matériaux biologiques, sensibles aux températures élevées, peuvent également être soumis à ces doses de rayonnement.

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L'effet pharmacologique, la distribution et l'élimination des nouveaux médicaments sont évalués en utilisant des radio-isotopes. Avec un détecteur de rayonnement émis, vous pouvez avoir une véritable image de la distribution de médicaments dans le corps.

Cette image permet de déterminer combien de temps le médicament agit sur certains tissus; S'il ne parvient pas à absorber correctement, ou s'il reste à l'intérieur du bon moment.

Conservation des aliments

De même, les aliments stockés peuvent être rayonnés d'une dose modérée de rayonnement gamma. Ceci est responsable de l'élimination et de la destruction des bactéries, en gardant les aliments comestibles plus longtemps.

Par exemple, un ensemble de fraises peut être gardé frais après quinze jours de stockage grâce à cette technique. Le rayonnement est si faible que la surface des fraises ne pénètre pas; Et par conséquent, ils ne sont pas contaminés, et ils ne deviennent pas de "fraises radioactives".

Détecteur de fumée

Au sein des détecteurs de fumée, il n'y a que quelques milligrammes d'Amérique (²⁴¹SUIS). Ce métal radioactif à ces quantités présente un rayonnement inoffensif pour les personnes présentes sous les toits.

Il ²⁴¹AM émet des particules alpha et des rayons gamma à faible énergie, ces rayons peuvent échapper au détecteur. Les particules alfas-ioniques ionisent l'oxygène et les molécules d'azote de l'air. Dans le détecteur, une différence de tension collectée et commande les ions, produisant un léger courant électrique.

Les ions se retrouvent dans différentes électrodes. Lorsque la fumée entre dans la chambre interne du détecteur, il absorbe les particules alpha et l'ionisation de l'air est interrompue. Par conséquent, le courant électrique s'arrête et une alarme est activée.

Élimination des ravageurs

Dans l'agriculture, un rayonnement modéré a été utilisé pour anéantir les insectes indésirables des cultures. Ainsi, l'utilisation d'insecticides hautement polluants est évitée. De cette façon, l'impact négatif sur les sols, les eaux souterraines et les cultures elles-mêmes sont réduites.

Rencontre

Avec l'aide de radio-isotopes, l'âge de certains objets peut être déterminé. Dans les études archéologiques, cela est d'un grand intérêt car il permet de séparer les échantillons et de les placer dans leurs temps correspondants. Le radio-isotope utilisé pour cette application est, par excellence, carbone 14 (¹⁴C). Son t_1/2 C'est 5700 ans, et vous pouvez dater des échantillons jusqu'à 50.000 ans.

La décomposition de ¹⁴C a été utilisé spécialement pour les échantillons biologiques, les os, les fossiles, etc. D'autres radio-isotopes, comme ²⁴⁸U, tu as un t_1/2 millions d'années. Puis mesurant les concentrations de ²⁴⁸U Dans un échantillon de météorites, de sédiments et de minéraux, il peut être déterminé s'il a le même âge de la terre.

Les références

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