Chemie MO2

• základní stavební částice všech látek • chemicky nedělitelná částice • z fyzikálního hlediska se dále dělí na kvarky (fundamentální částice)

• tvořeno protony a neutrony (= nukleon) – ty jsou poutány přitažlivými silami • proton – 2 kvarky u, 1 kvark d • neutron – 2 kvarky d, 1 kvark u (Q = 0 C)

• protonové číslo Z = počet protonů v jádře • stejné pro všechny atomy téhož prvku • označuje celkový počet elektronů v obalu • udává pořadí prvku v PSP • neutronové číslo N = A-Z (počet neutronů v jádře) • nukleonové číslo A = součet protonů a neutronů (= počet nukleonů) • zde soustředěna většina hmotnosti atomu (99,9 %) – nejtěžší část atomu

• jaderné síly • pouze přitažlivé (drží jádro u sebe) • mezi nukleony bez ohledu na náboj • působí jen v jádře (když už, tak mají vliv jen na nejbližší slupku obalu) • velikost – 10-15 m (vel. atomu je 10-10 m)

• nuklid = látka tvořená stejnými atomy, které se neliší A ani Z ani N • izotop = atomy se stejným počtem protonů, ale liší se počtem neuronů (hmotností) • např. 35Cl, 37Cl • většina prvků (tvořena 2 nebo více izotopy) se vyskytuje jako směs více izotopů, ale v přírodě převládá jeden z nich • zahrnují se k jednomu prvku • izotopy jednoho prvku mají stejné chem. vlastnosti (těžší izotop reaguje pomaleji) • liší se fyz. vlastnostmi (hmotnost atomu, teplota varu) Nuklid – látka složená z atomů o stejném protonovém čísle Z i nukleonovém čísle A Izotopy – atomy o stejném Z, ale různém A Izobary – atomy o stejném A, ale různém Z Izotony – částice o stejném neutronovém čísle N Izomery - stejné A i Z, ale jiné uspořádání • monoizotopické prvky (26) – F, Na, Al, P, As, I, Au, ... • Sn – nejvíce izotopů (50) • hmotnostní spektrometr (spektrograf) – spektrometrie • izobar = stejné nukleonové číslo A, rozdílné protonové Z • izoton = různé protonové číslo, stejný počet neutronů

= elektricky nabitá částice atomární velikosti (atomy, molekuly, skupiny molekul nebo atomů) • kationty = kladně nabité ionty, obvykle atomy nebo molekuly, které odevzdaly elektron(y) • při elektrolýze putují směrem ke katodě • většinou vznikají z elektropozitivních prvků (Na, Ca, Fe) • anionty = záporně nabité ionty, obvykle atomy nebo molekuly, které přijaly elektron(y) • při elektrolýze putují k anodě • většinou obsahují elektromagnetivní prvky (O, S, Cl)

• kapkový (Bohrův model) • jádro = nestlačitelná kapalina s velkou konstantní hustotou • slupkový (hladinový) • obsahuje protony a neutrony jednotlivé energetické hladiny, vždy po dvou • magická čísla: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 -> mimořádně stabilní jádra

• vazebná energie jádra = energie uvolněná při vzniku jádra (=hodnota E, kterou je nutno dodat k jeho rozštěpení) • nejvíce E uvolní jádro Fe (nejstabilnější) • čím víc E se uvolní při vzniku jádra, tím víc E pak musíme přidat k jeho rozpadu ... tím je stabilnější • důležité faktory – poměr N a Z ... řeka stability (n0/p+ ... zda bude prvek stabilní) • stabilní prvky – s poměrem: • N:Z = 1:1 (pro Z je menší nebo rovno 20) • N:Z = 1:1,5 (pro Z je větší než 20) (max 48) • málo stabilní prvky • lehké prvky (He, C, O) ... termonukleární reakce (fúzní) • těžké prvky se rozpadají na lehčí → jaderné reakce → radioaktivita

= schopnost některých atom. jader samovolně se rozpadat, a přitom vysílat záření • atomová jádra některých nuklidů nejsou stálá, příliš těžká jádra přírodních prvků se samovolně rozpadají a vznikají tak nová stálejší jádra, rozpad doprovází vyzařovaní E • přirozená radioaktivita = v přírodě, objevena dříve • nerost: smolinec => uran • umělá radioaktivita = samovolný rozpad umělých radionuklidů (transurany) • v elektrárnách - způsobena vnějším vlivem (bombardování jinými jádry) • Sv (Sievert) - 1 Sv už problematická hodnota; měření: dozimetr

= proud rychle letících atomových jader He • velká kinetická energie • malá pronikavost – vzhledem ke své velké velikosti není příliš pronikavé • zachytí ji i papír nebo tenká folie; vychýlení v magnetickém i elektrickém poli • má 10 % rychlosti světla • silné ionizační účinky - odebírá okolí elektrony → molekula se rozpadne na ionty • projev: plíce, trávicí soustava • hluboké prostory (jeskyně, geologické podloží, radon - domy) • posuvný zákon → posun o 2 místa vlevo v PSP • rozpad → atom v excitovaném stavu (plný fotonů) → zbaví se nadbytku E pomocí γ záření → α záření doprovázeno γ zářením)

= proud rychle letících: elektronů => β- (přirozené, pronikavější než záření alfa) pozitronů => β+ (rychlostí se blíží rychlosti světla, pronikavější než α) • rychlost 99 % rychlosti světla • 100 x pronikavější než alfa záření – není tolik ionizující • vychýlení v elek. i magnet. poli

• β+ pozitronová přeměna = proud kladně nabitých pozitronů • jádro – více protonů než neutronů • 1 proton → přeměna na neutron a pozitron • rozpad → nuklid (posun v PSP o 1 místo vlevo) • nutné dodání E, uměle vytvořeno • A – stejné, Z nižší o jedno • β- negatronová přeměna = proud záporně nabitých elektronů • častější • jádro – více neutronů než protonů • 1 neutron se přemění na proton (zůstane v jádře) a elektron (opouští jádro) • vzniklé jádro o 1 proton navíc → nuklid (posun v PSP o 1 místo vpravo) • A – stejné, Z – vyšší o jedno

• zvláštní typ přeměny beta • u jader, která mají přebytek elektronů • je zachycen elektron v nejvnitřnější vrstvy elektronového obalu -> proton se mění na v neutron a uvolňuje se elektronové neutrino p + e- -> n + elektronové neutrino (ve) • podle vrstvy, ze které je zachycen … K, L, M záchyt • přebytek E se vyzáří ve formě rtg. záření • vzniklý nuklid má - Z menší o 1 - A nezměněno

= elektromagnetické vlnění (podobné světlu) • proud fotonů s krátkou vlnovou délkou a vysokou E → jádro se zbavuje nadbytku E • nejpronikavější, nevychyluje se • malé ionizační účinky • bez náboje • vlastnostmi se podobá rtg záření, má však kratší vlnovou délku → neobyčejně pronikavé • doprovází nejčastěji beta nebo alfa záření (neexistuje samostatně) • záření nemění složení jádra a nezpůsobí tedy jeho přeměnu v jádro jiné • zastavení olovem, betonem (betonové kryty)

= proud letících neutronů • nejpronikavější (zastaví ho vrstva vody, betonu, nafty, parafínu) • jaderné bomby, reaktory, vesmír, urychlovače částic • není přímo ionizující; způsobuje emisi γ záření a následné ionizace • způsobuje emisi gama záření → ionizace

• působí na NK, sacharidy → biologická tkáň

• α = 210Po (226Ra, 235U, 226Rn, 238U) • β- = 40K (210Pb, 234Th) • β+ = 11Co (52Mn) • γ = 60Co (137Cs, 192Ir) • poločas rozpadu = doba, za kterou se rozpadne polovina přítomných jader radioaktivního nuklidu • poločasy rozpadu jednotlivých nuklidů jsou rozdílné

• krátkodobé x dlouhodobé • ionizace → ovlivní pohlavní buňky → problém u další generace → poškodí DNA -> mutace → nádorové buňky - karcinogeny (nádorové bujení)

• poločas rozpadu = doba, za kterou se z výchozího počtu atomů přemění právě polovina radioaktivních jader • nelze ovlivnit vnějšími podmínkami • závisí jen na původní koncentraci nuklidu • po uplynutí 10 poločasů rozpadu je látka prakticky „vymřelá“ T=ln2 • Thorium (232) - 13,9 mld let • Uran (238) - 4,5 mld let • Uran (235) - 710 milionů let

• poločas rozpadu = doba, za kterou se z výchozího počtu atomů rozpadne polovina radioaktivních jader • 10 poločasů rozpadu → látka je prakticky vymřelá • rozpadové řady • rozpadem atom. jádra → látka vydává záření; nemusí vzniknout stabilní prvek, ale zase radioaktivní • vznikne radioaktivní prvek -> prvek se dále rozpadá → vytváří rozpadové řady

1. přirozené (přírodní) • uranová (A = 4n + 2) • aktinouranová (A = 4n + 3) • thoriová (A = 4n)
2. umělé • neptuniová (A = 4n + 1)

= přeměny jader, které nastanou při srážkách jader s jinou částicí • dochází k uvolňování E • štěpné reakce = těžké jádro zasažené neutronem se rozštěpí na dvě menší jádra • termonukleární reakce = ze dvou lehčích jader vzniká jádro těžší a uvolňuje přitom velké množství E • probíhá při vysokých teplotách • např. syntéza vodíku a deuteria za vzniku helia na Slunci • tyto reakce jsou zdroje zářivé energie Slunce a hvězd • transmutace jader = bombardováním určitých jader částicemi o dostatečné E vzniká nové jádro s protonovým a nukleonovým číslem jen o málo odlišným od jádra původního

• radiokarbonové datování - podle obsahu 14C -> určení stáří organizmu (paleontologie, archeologie) • 14C se po smrti rozpadá; poločas rozpadu = 5700 let • radioterapie - léčení některých nemocí zářením radionuklidů • nádorové buňky - citlivější než ostatní -> ničení zhoubných nádorů (např.: štítná žláza) • radiodiagnostika = metoda značených atomů; využití v lékařství • sterilizace - ničí sinice a bakterie v mase; zpomaluje dozrávání ovoce a zeleniny • ošetření γ zářením • defektoskopie - skryté vady materiálu Vybrané radionuklidy se používají pro zobrazení orgánů nebo procesů v lidském těle, např. ledvin, štítné žlázy, srdce, struktury kostí, nádorů apod. Vhodná látka se označí radionuklidem a vpraví do těla. Koluje krevním oběhem a podle svých vlastností se usazuje ve sledovaném orgánu. Používají se radionuklidy s krátkým poločasem přeměny, aby pacient nebyl zbytečně zatěžován. Stopovací vyšetření umožňují sledovat základní životní pochody, např. proudění krve, činnost ledvin, plic atd.