1. Ядрена химия

Характеристика на атомното ядро

а) съставни части - нуклеони
- протони ( $p^{+}$ )
- неутрони ( $n^{0}$ )
б) масово число

$A : = брой (p^{+}) + брой (n^{0}) = Z + N$
- $Z = брой (p^{+})$ - атомен номер
- $N = брой (n^{0})$ - брой неутрони
в) маса - $m_{atom} \sim A$

г) размер $1 0^{- 15} m$

д) плътност $\sim 1 0^{13} g/cm³$

Нуклиди

а) същност - материя, създадена от нуклеони

б) означение - $X_{Z}^{A} X_{2 Z}^{2 A} E$

в) видове

наименование	брой $p^{+}$	брой $n^{0}$	масово число ( $A$ )	химични свойства	примери
изотопи	еднакъв	различен	различно	еднакви	$X_{1}^{1} X_{21}^{21} H, X_{1}^{2} X_{21}^{22} H (D),_{1}^{3} H (T)$
изобари	различен	различен	еднакво	различно	$X_{18}^{40} X_{218}^{240} Ar, X_{19}^{40} X_{219}^{240} K, X_{18}^{40} X_{218}^{240} Ca$
изотони	различен	еднакъв	различно	различни	$X_{16}^{36} X_{216}^{236} S, X_{17}^{37} X_{217}^{237} Cl, X_{18}^{38} X_{218}^{238} Ar$

Естествена радиоактивност - самоволното и спонтанно разпадане на атомните ядра на някои елементи

а) видове ядрени реакции

вид	природа	общо уравнение	промяна в атомния номер ( $Δ Z$ )	промяна в масовото число( $Δ A$ )
$α$ -разпад	$X_{2}^{4} X_{22}^{24} He$ ядра	$X_{Z}^{A} X_{2 Z}^{2 A} E \to X_{Z - 2}^{A - 4} X_{2 Z - 2}^{2 A - 4} E$	-2	-4
$β^{-}$ -разпад	поток от $e^{-}$ $n^{0} \to p^{+} + e^{-}$	$X_{Z}^{A} X_{2 Z}^{2 A} E X_{Z + 1}^{A} X_{2 Z + 1}^{2 A} E + e X^{-} (β X^{-})$	+1	0
$β^{+}$ -разпад	поток от $e^{+}$ $p^{+} \to n^{0} + e^{+}$	$X_{Z}^{A} X_{2 Z}^{2 A} E X_{Z - 1}^{A} X_{2 Z - 1}^{2 A} E + e X^{+} (β X^{+})$	-1	0
$γ$ -лъчение	поток от фотони	$X_{Z}^{A} X_{2 Z}^{2 A} E X_{Z}^{A} X_{2 Z}^{2 A} E + γ$ -лъчи	0	0
улавяне на $e^{-}$	поглъщане на вътрешен $e^{-}$ от ядрото $p^{+} + e^{-} \to n^{0}$	$X_{Z}^{A} X_{2 Z}^{2 A} E X_{Z - 1}^{A} X_{2 Z - 1}^{2 A} E$	-1	0

б) стабилност на нуклидите - критерий за стабилност е съотношението между броя неутрони и броя протони в ядрото

$Z < 20$ - стабилни при $\frac{брой ( n ^{0} )}{брой ( p ^{+} )} = 1$
$20 \leq Z < 83$ - стабилни при $\frac{брой ( n ^{0} )}{брой ( p ^{+} )} > 1$
$83 \leq Z$ - нестабилни

Stability chart

в) период на полуразпад ( $t_{½}, [s]$ ) - времето, за което количеството на даден радиоактивен изтопо намалява наполовина

Изкуствена радиоктивност - изкуствено предизвикан ядрен разпад на изотоп при облъчването му с поток от $n^{0}$ или $X_{2}^{4} X_{22}^{24} He$ ядра

а) история - открита през 1934г. от Фредерик и Ирен Жольо-Кюри

б) приложения
- синтез на трансуранови ( $Z > 92$ ) и свръхтежки ( $Z > 100$ ) елементи, чийто период на полуразпад е от порядъка на $1 0^{- 20} s$
- ядрени електроцентрали
- ядрени оръжия
Ядрена химия на урана (или как да си направим атомна бомба)

а) изотопи на природния уран - $99%$ уран-238 ( $X_{92}^{238} X_{292}^{2238} U$ ) и $< 1%$ уран-235 ( $X_{92}^{235} X_{292}^{2235} U$ )
- обогатяване на урановата руда - процес на увеличаването процентното съдържание на уран-235 в рудата, защото този е изотопът, който участва в ядрени реакции
б) изкуствен разпад

$X_{92}^{235} X_{292}^{2235} U + X_{0}^{1} X_{20}^{21} n X_{56}^{141} X_{256}^{2141} Ba + X_{36}^{92} X_{236}^{292} Kr + 3 X_{0}^{1} X_{20}^{21} n + 202.5 MeV$
- критична маса - при повече от 20кг обогатен уран (15-20% $X_{92}^{235} X_{292}^{2235} U$ ) реакцията се самоподдържа и става верижна
- контролирано делене - в АЕЦ
- неконтролирано делене - в атомните бомби; две маси $m_{1}, m_{2} < m_{critical}$ са разделени от преграда и при детониране преграда се премахва а двете маси се сливат така, че $m_{1} + m_{2} > m_{critical}$ и верижната реакция започва
Ядрен синтез (или как се прави водородна бомба) - от сливането на ядра на елементи с по-ниска маса се синтезират ядра на по-тежки елементи, при което се отделя колосално количество енергия

а) механизъм на водорните бомби

$X_{1}^{2} X_{21}^{22} D X^{+} X_{1}^{3} X_{21}^{23} T X_{2}^{4} X_{22}^{24} He + X_{0}^{1} X_{20}^{21} n$
- при синтеза на 1 грам хелий се отделят $1 0^{24}$ MeV
- липсва критична маса
б) устройство на водородната бомба
- запалка - атомна бомба, която служи за покачване на температурата
- гориво - литиев деутерид, който е източникът на деутерий и тритий
$LiD t ° Li + X_{1}^{2} X_{21}^{22} D$ $Li + X_{0}^{1} X_{20}^{21} n X_{1}^{3} X_{21}^{23} T + X_{2}^{4} X_{22}^{24} He$
Масов дефект ( $Δ m$ ) - при ядрените реакции се отделя огромно колочество енергия $Δ E$ , затова масата на продуктите е по-малка от масата на реагентите
- определя се по уравнението на Айнщайн
$Δ m = \frac{Δ E}{c ^{2}}$

School