Kendiliğinden ışıma yapabilen maddeler radyoaktif maddelerdir .Radyoaktiflik çekirdek yapısıyla ilişkilidir. Radyoaktif bir atom hangi bileşiğin yapısına girerse , o bileşiği radyoaktif yapar.
Radyoaktif maddeler kuvvetli birer enerji kaynağıdır . Radyoaktif elementler bu enerjiyi kendiliklerinden yayınlarlar ve bu olayı hiçbir şekilde durdurmak mümkün değildir.
Atomun çekirdeğinde bulunan temel tanecikler proton ve nötron olup bunlara nükleon adı verilir.
Nükleon = proton & nötron
Radyoaktiflik özelliği ; elementlerin katı , sıvı gaz ya da bileşik halinde olması etkilemez .
Atomun kütlesi çekirdek deki proton ve nötronların kütleleri toplamına eşit olması gerekirken daha küçüktür , bu arada ki kütle farkı ;
E=m . c2 şeklinde enerjiye dönüşür . Bu enerjiye bağlanma enerjisi denir. Bir atomda nükleon başına düşen bağlanma enerjisi ne kadar büyükse , atom o kadar kararlı yapıda olur.
Bu enerji çekirdekteki nükleonları bir arada tutan enerjidir.
Atom çekirdeğinde kararlılık ya da kararsızlık , proton- nötron sayıları arasındaki ilişki şöyle genellenebilir:
1- Atom numarası 1-20 arasındaki atomların çekirdeklerinde proton sayısı = nötron sayısıdır. 2- Atom numarası 20-83 arasındaki çekirdeklerde nötron sayısı proton sayısından fazladır. 3- Atom numarası 83' ten büyük olan elementlerin çekirdekleri kararsız olup radyoaktiftir. 4- Atom numarası ve nötron sayısı çift olan atomların , atom numarası ve nötron sayısı tek olan atomlara göre , daha çok sayıda kararlı izotopu vardır. 5- En kararlı çekirdekler , hem nötron hem de proton sayıları çift olanlardır. 0-8-20-28-50-82 proton veya nötron sayısına sahip çekirdekler özellikle kararlıdır. Bu sayılara sihirli sayılar denir.
Radyoaktif Bozunmalar:
Atoma dıştan herhangi bir etki olmadan , kendiliğinden bozunarak daha küçük parçalara ayrılması ve bu ayrılma sırasında ışıma yapmasına radyoaktiflik , bu tür ışıma yapan elementlere de radyoaktif atom denir.
Radyoaktif , Şubat 1896'da Henri Becquerel ( Henri Bekerel ) tarafından , potasyum uranil sülfatın yaydığı ışınların bazı maddelerden geçip fotoğraf plağını karartmasıyla keşfedildi.
Radyoaktif elementlerin bileşiklerinde de radyoaktif özelliği aynen görülür. Bu yüzden radyoaktif kimyasal veya fiziksel etkilere ve değişmelere bağlı bir özellik değildir. Sadece çekirdek yapısına bağlı ve çekirdekte olan bir değişmedir.
Radyoaktif elementler , radyoaktif ışımalar ile kendiliğinden başka kararlı elementlere dönüşür. Atom çekirdeklerinin kararlığı nötron ve proton sayısıyla ilgilidir. Doğada bulunan atomların nötron sayıları , proton sayılarına göre grafiğe geçirildiğinde aşağıdaki grafik elde edilir.
Grafik kararlılık kuşağının dışındaki çekirdekler kararsızdır. Bu elementler radyoaktiftir. Genel olarak n/p < 1,5 olan çekirdekler kararlı ya da az kararlı , n/p > 1,5 olan çekirdekler kararsızdır.
Kararsız çekirdek yapısına sahip olan elementler ,kararlı bir çekirdek yapısına ulaşmak için alfa( ) , beta ( ) ,pozitron ( ) bozunması ve elektron yakalaması şeklinde bozunmaya uğrayarak ışıma yapar. Bu elementlere ışıma yapan anlamında radyoaktif element denir.
Atom çekirdeklerinde nükleon ( temel tanecik) başına düşen bağlanma enerjisi o çekirdeğin kararlılığının ölçüsüdür. Atom çekirdeklerinde tanecik sayısı arttıkça bağlanma enerjisi azalır. Çekirdek kararsızlığı arttıkça radyoaktif olma özelliği artar.
Atomlardaki çekirdek olayları kimyasal olaylardan farklıdır. Radyoaktivite ve çekirdekolayları ile ilgili aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:
Radyoaktiflik , dış etkenlere bağlı değildir. Bir atomun radyoaktifliği sıcaklık , basınç , çözünme , kimyasal tepkimeye girme gibi olaylarla değişmez.
Bir atom radyoaktif ise , o atomun oluşturduğu bileşikler de radyoaktiftir. Kimyasal olaylar radyoaktifliği değiştirmez.
Radyoaktif olaylarda açığa çıkan ya da gereken enerji kimyasal olaylara göre çok fazladır.
Radyoaktif atomlar kararlı çekirdeğe dönüşebilmek için çeşitli ışımalar ( Radyoaktif bozunma) yaparlar.
Bozunma Çeşitleri :
1-Alfa ( ) Bozunması
Atom numarası 83' ten büyük olan elementler , kararlı bir çekirdek yapısına ulaşmaküzere , atom ve kütle numaralarını azaltarak n/p oranınıbire yaklaştırmak isterler. Bunun için alfa bozunmasına uğrayarak He çekirdeğinden ibaret alfa tanecikleri yayınlamaları gerekir. Bu olaya alfabozunması denir. Kısaca , atomun yapısından bazı parçaların atılmasıdır.
Bir alfa ışıması yapan elementin atom numarası 2 , kütle numarası 4 azalır.
Örnek1.1 : X izotopu 3alfa ışıması yaparsa , oluşan elementin atom ve kütle numarası ne olur ? Çözüm:
3 alfa ışıması ; Atom numarasını 2.3= 6 , kütle numarasını 4.3=12 azaltır. Oluşan yeni elementin atom numarası 84 , kütle numarası 220 dir.
Not: Çekirdek tepkimelerinde tepkimenin her 2 tarafında ki toplam atom numarası ve toplam kütle numarası birbirine eşittir. Alfa Işınlarının Özelikleri:
Fotoğraf filmlerine etki ederler.
+ yüklü oldukları için elektrik ve manyetik alanda - kutup a doğru saparlar.
Karşılaştıkları moleküllerden elektron kopararak , iyonlaşmaya neden olurlar.
Giricilikleri çok azdır.
2- Beta ( ) Bozunması :
Beta bozunması n/p oranı kararlılık kuşağından daha büyük izotopların uğradığı bozunmadır. Bu tür atomlar kararlı yapıya ulaşmak için nötron sayılarını azaltmak isterler. Beta bozunmasına uğrayan bir elementin çekirdeğinde ki bir tane nötron , bir proton ve bir elektrona dönüşür.
Beta bozunmasına uğrayan atomun atom numarası 1 artarken , kütle numarası değişmez ve uğradığı atomun izobarı oluşur.
Örnek1.2 : X izotopu artarda 4 alfa , 2 beta ışıması yaparsa , oluşan elementin atom ve kütle no'su ne olur? Çözüm : 4 alfa ışıması: A.N : 2.4 = 8 azalır. K.N : 4.4 =16 azalır.
Alfa ışınlarından daha çok , gama ışınlarından daha az giricidirler.
Fotoğraf filmine etki ederler.
Elektrik ev manyetik alanda negatif yüklü oldukları için pozitif kutupa doğru saparlar. Sapmaları alfa ışınlarından daha fazladır. Çünkü bunların kütleleri daha küçüktür.
3-Gama ( ) Işıması:
Hiçbir zaman tek başına meydana gelmez. Mutlaka bir bozunmadan sonra meydana gelen ışımadır. Bazı atomlar bozunmalar sırasında enerjisini dışarıya veremez , yüksek enerjili durumda kalırlar.Enerjiden kurtulmak için gama ışıması yapıp kararlı duruma geçer. Gama ışıması sırasında atomun atom ve kütle numarasında bir değişiklik olmaz , yeni bir atom meydana gelmez. Gama Işınlarının Özellikleri :
1- Alfa ve beta ışınlarından daha fazla giricidir. 2- Yüksüz oldukları için elektrik ve manyetik alanda sapmaya uğramazlar. 3- Kütlesizdirler , fotoğraf filmine etki ederler. 4-Pozitron ( ) Işıması :
Nötron sayısı proton sayısından az olan radyoaktif atomlar , proton sayılarını azaltmak için çekirdeklerindeki bir protonu nötrona çevirirler. Proton nötron + pozitron P n + e Pozitron ışıması yapan bir atomun kütle numarası değişmez , atom numarası 1 azalır.Pozitron taneciği , beta taneciğinin yük bakımından tersidir. 5-Nötron ( n) Fırlatılması :
Kararsız bir çekirdekten dışarı nötron atılması ile gerçekleşir . Nötron fırlatan bir atomun kütle numarası 1 azalır. Atom numarası değişmez.Atom kendi izotopuna dönüşür. Çok hızlı gerçekleşir, izlenmesi zor bir olaydır. Yapay çekirdek tepkimelerinde gerçekleşir. Elektron Yakalaması : Protonu nötronundan çok olan kararsız çekirdekler [ n/p < 1] çekirdeğe en yakın olan 1s orbitalinden 1 elektron yakalayarak protonu nötrona çevirirler. Pozitron yayınlama ile aynı sonucu verir. 1s orbitalinde boşalan elektronun yerini , yüksek enerjili orbitallerdeki elektronlar birer düşerek X ışınları oluşturarak doldururlar .
Atom numarası 1 azalırken , kütle numarası değişmez. Bu olayda elementin izobarı oluşur.
Örnek 1.3 : Radyoaktif ışınlar ve etkileri ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır ? ( 1992-ÖYS)
Pozitron yayan bir atomun atom numarası azalır.
Alfa yayan bir atomun kütle numarası değişmez.
Alfa ışınları +2 değerlikli taneciklerdir.
Beta ışınları -1 yüklü elektronlardır.
Gama ışınları yüksüz ve kütlesizdir.
Çözüm : Alfa ışıması gerçekleştiren atomun ; atom numarası 2 , kütle numarası 4 azalır. (YANIT B )
Fajans Kanunu :
Alfa bozunmasına uğrayan bir element , bozunma sırasında oluşan yeni elemente göre 2grup önde(sağ) yer alır. Yine beta bozunmasına uğrayan bir element oluşan yeni elemente göre periyodiktabloda 1 grup geride yer alır. Buna fajans kanunu adı verilir.
Örnek 1.4 : 4. Periyot 4A grubunda bulunan Y elementi alfa ve 2beta ışıması yapıyor.Oluşan elementin periydik tablodaki grubunu bulunuz. Çözüm : Alfa ışıması yaptı ; 2 geri geldi Sonuçta yine aynı yerine gelir. 2 Beta ışıması yaptı ; 2 ileri gitti Cevap :4A Doğal Radyoaktivite :
Kararlı hale gelmek için atomların kendiliğinden ışıma yapmasına doğal radyoaktif element denir. Atom numarası 83-92 arasında ki elementler doğal radyoaktif elementlerdir. Bunun yanında atom numarası 83 den küçük olup doğal radyoaktiflik gösteren elementlerimiz de vardır. ( K , C , Rb )
Bir radyoaktiflik izotop bozunma sonucu başka bir radyoaktif izotopa dönüşür. Buda bir başkasına dönüşür. Bu işlem kararlı bir çekirdek oluncaya kadar devam eder , böylece radyoaktif bozunma serileriortaya çıkar. Bu seriler Uranyum ( U) , Toryum ( Th ) , Aktinyum ( Ac) serisi olmak üzere üç türlüdür. Yapay Radyoaktiflik :
Kararlı ya da kararsız elementlerin alfa , nötron , proton gibi tanecikler ile bombardımanında oluşan yeni elementler de radyoaktiftir.Bombardıman yolu ile elde edilen radyoaktif elementlerin bu özelliğine yapay radyoaktiflik denir.
1934 yılında Madam Curienin kızı I .Curie ve damadı F. Joliot'un çalışmaları ile hızlanan yapay radyoaktiflik yolu ile birçok yeni element bulunurken teknoloji ve tıbbın gereksinimi olanradyoaktif atomlar yapılmaya başlanmıştır. 400'den fazla radyoaktif izotop yapay olarak elde edilmiştir.
NÜKLEERÇEKİRDEK TEPKİMELERİ VE ATOM ENERJİSİ
Bağlanma enerjisi grafiği incelendiğinde nükleon ( tanecik) başına düşen bağlanma enerjisinin en çok Fe elementlerinde olduğu görülür .Kütle numarası küçük olan atomların kaynaşarak ( Füzyon) daha büyük kütle numarasındaki atomlara dönüşmesinde ya da kütle numarası 56'dan büyük olan atomların parçalanarak ( Fisyon ) küçük atomlara dönüşmesinde açığa çok yüksek enerji çıkar. Bu enerjiye Nükleer enerji veya ATOM ENERJİSİ denir.
FİSYON ( Bölünme ) TEPKİMELERİ :
Kütle numarası büyük olan atomların hızlandırılmış küçük tanecikler ( nötron ) ile bombardımanı sonucu daha küçük atomlara bölünmesi tepkimeleridir. Atom bombası bu esasa göre yapılmıştır.
2.FÜZYON (Kaynaşma ) TEPKİMELERİ :
Kütle numarası küçük olan atomların hızlı tanecikler ile bombardımanı sonucu daha büyük çekirdeklerin oluşmasıdır. Açığa çıkan enerji Fisyon enerjisinden daha büyüktür. Hidrojen bombası bu esasa göre yapılır.
Örnek I. Radyum + Oksijen ----->Radyum Oksit II. Radyum ------>Radan + Helyum III. Radyum + Hidrojen klorür-------> Radyum klorür + Hidrojen
Tepkimeleriyle ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır ? (1996-ÖSS )
I ve III kimyasal tepkimedir.
II çekirdek tepkimesidir.
I de kütle değişimi önemsizdir.
II de kütle değişimi önemsizdir.
III de kütle değişimi önemsizdir.
Çözüm: II. Tepkime bir çekirdek tepkimesi olup kütle değişimi önemsizdirdiyemeyiz. RADYOAKTİF BOZUNMA HIZI , YARILANMA SÜRESİ
Radyoaktif bir elementin herhangi bir anda mevcut olan miktarının yarısının bozunması için geçen süreye yarılanma süresi denir . Yarılanma süresi dış etkenlere bağlı değildir. Bozulan çekirdeğin yapısına bağlıdır. -Bir elementin izotoplarının yarılanma süreleri farklıdır. Radyoaktif maddelerin bozunmahızı çekirdeğin kararsızlığına bağlıdır. Birim zamanda bozunma hızı çok olan çekirdekler kararsızdır. -Radyoaktif bozunma hızı , maddelerdeki radyoaktif atomların sayısı ile doğru orantılıdır. -Bir izotopun saniyede parçalanma sayısı onun radyoaktiflik şiddetini verir . 1gram radyumun saniyede yaydığı parçacık sayısı radyoaktiflik şiddet birimi olarak kabul edilmiştir.
Radyoaktiflik şiddet birimi 1 Küri ( Curie ) ; saniyede 3,7.10 ( 37 milyar ) bozunmadır. ( 1 Ci) olarak tanımlanır. ( 1/Ci ) ye Becquerel radyoaktiflik şiddet birimi denir.
Yarılanma süresi radyoaktifmaddenin miktarına bağlı değildir. Madde miktarı arttıkça ışıma miktarı artar , yarılanma süresi ( yarı ömür ) değişmez. Yarılanma süresi radyoaktif maddeler için ayırtedici özelliktir.
Yarılanma ile maddenin kütlesi tükenmez.
Radyoaktif maddelerin yarılanma süreleri ile ilgili hesaplamalar için maddenin basınç kütlesi , yarı ömrü , geçen süre , kalan madde miktarı gibiniceliklerin bilinmesi gerekir.
Doğada bulunan bazı elementlerin proton ve nötron sayıları yukarıdaki tabloda verilmiştir.