Χημεία (A΄ Λυκείου) - Βιβλίο Μαθητή (Εμπλουτισμένο)

5.3 Μεταστοιχειώσεις - Σχάση - Σύντηξη

Μεταστοιχείωση είναι η μεταβολή ενός χημικού στοιχείου σε άλλο, μέσα από μία πυρηνική αντίδραση. Φυσικές αυθόρμητες μεταστοιχειώσεις γίνονται συνεχώς στη φύση στα ραδιενεργά υλικά. Η πρώτη τεχνητή ήταν εκείνη του Rutherford (Βλέπε ενότητα 5.1). Οι πρώτες τεχνητές μεταστοιχειώσεις με σωματίδια μικρής ενέργειας ήταν δύσκολες. Μόνο 1 σωματίδιο κάθε 250 000 0000 έκανε την πυρηνική μεταβολή. Έκτοτε όμως, με τους επιταχυντές (π.χ. κύκλοτρο), πολλές εκατοντάδες μεταστοιχειώσεις έχουν πραγματοποιηθεί. Επιπλέον, με τις τεχνικές αυτές συντέθηκαν και τα υπερουράνια στοιχεία.

Η τεχνική αυτή συνίσταται στο βομβαρδισμό διαφόρων στοιχείων - στόχων με ταχέως κινούμενα υποατομικά ή και ατομικά σωματίδια, όπως π.χ. νετρόνια, πρωτόνια, δευτερόνια (πυρήνες του ισοτόπου Εικόνα), σωματίδια άλφα κλπ.

Από ενεργειακή και τεχνολογική άποψη οι πλέον ενδιαφέρουσες πυρηνικές αντιδράσεις είναι η σχάση και η σύντηξη. Στη σχάση ορισμένα βαρέα άτομα, όπως π.χ. 235U και το 234Pu, βομβαρδίζονται με νετρόνια κατάλληλης ενέργειας. Τότε οι πυρήνες τους σπάζουν - σχάζονται σε δύο μικρότερους πυρήνες, ενώ ελευθερώνονται ταυτόχρονα δύο ή περισσότερα ταχέα νετρόνια και μεγάλες ποσότητες ενέργειας. Από τα νετρόνια που ελευθερώνονται τουλάχιστον ένα προκαλεί νέα σχάση και έτσι γίνεται μία αλυσιδωτή αντίδραση. Αν ο ρυθμός αυτής ελέγχεται, τότε έχουμε έναν ατομικό (πυρηνικό) αντιδραστήρα (στήλη). Αν η αλυσιδωτή αντίδραση γίνεται εκρηκτικά γρήγορα, τότε έχουμε την ατομική βόμβα.

Στη σύντηξη ελαφροί πυρήνες, όπως π.χ. Εικόνα, Εικόνα, Εικόνα, συγχωνεύονται - ενώνονται και δίνουν βαρύτερους, όπως π.χ. Εικόνα, με ταυτόχρονη έκλυση πολύ μεγαλύτερων από τη σχάση ποσοτήτων ενέργειας. Στην κοσμολογία δέχονται ότι στα άστρα γίνονται συνεχώς τέτοιες αντιδράσεις μετατροπής του υδρογόνου σε ήλιο. Αυτά άλλωστε τα στοιχεία αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό της μάζας των ζωντανών αστεριών. Η σύντηξη, για να γίνει, χρειάζεται πολύ υψηλή θερμοκρασία (>10 000000 oC). Στη λεγόμενη βόμβα υδρογόνου γίνεται πρώτα μία έκρηξη σχάσης (ουρανίου), οπότε η θερμοκρασία ανέρχεται τοπικά σε όρια, ώστε να ακολουθήσει η σύντηξη.

ΣΧΗΜΑ 5. Τεχνητή σχάση του ουρανίου 235, η οποία αποτελεί τη βάση της ατομικής βόμβας που έπεσε στη Χιροσίμα το 1945.
ΣΧΗΜΑ 5.6 Τεχνητή σχάση του ουρανίου 235, η οποία αποτελεί τη βάση της ατομικής βόμβας που έπεσε στη Χιροσίμα το 1945.

 
ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ
Γνωρίζεις ότι......
Εικόνα

Το πρόβλημα των πυρηνικών αποβλήτων

Τα απόβλητα των θερμοηλεκτρικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος οι οποίοι καταναλώνουν κάρβουνο (π.χ. λιγνίτη) περιέχουν, πλην των άλλων, οξείδια του θείου και στάχτη. Όταν όμως χρησιμοποιείται πυρηνικό «καύσιμο» για την παραγωγή ρεύματος, τα απόβλητα περιέχουν ένα μεγάλο αριθμό ραδιενεργών στοιχείων. Άλλα απ’ αυτά είναι ιδιαιτέρως χρήσιμα και άλλα άκρως επικίνδυνα. Εδώ και αρκετά χρόνια έχει ξεσπάσει μία διαμάχη σε επίπεδο κυβερνήσεων, επιστημόνων και τεχνικών για τον τρόπο διαχείρισης των αποβλήτων αυτών.

Μία από τις προτάσεις προβλέπει την απομάκρυνση από τα πυρηνικά απόβλητα των πυρηνικά σχάσιμων υλικών, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν πλέον σαν πυρηνικά «καύσιμα». Μία τυπική «ράβδος» πυρηνικού καυσίμου περιέχει ουράνιο (3,3% 235U και 97,7% 238). Καθώς το σχάσιμο 235U καταναλώνεται, δίνοντας την απαιτούμενη ενέργεια, κάποιες ποσότητες από το 238U μετατρέπονται ραδιενεργά σε υπερουράνια στοιχεία, όπως είναι τα ραδιοϊσότοπα του πλουτώνιου 239Pu και 240Pu. Αυτά μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν σαν «καύσιμο». Για να διαχωριστεί και να παραληφθεί το πλουτώνιο, η ράβδος διαλύεται σε οξύ και από το διάλυμα που προκύπτει με χημικούς διαχωρισμούς απομονώνεται το σχάσιμο υλικό. Το μίγμα οξειδίων του 235U και του πλουτωνίου χρησιμοποιείται με μορφή οξειδίων των μετάλλων σαν πυρηνικό καύσιμο.

Το μειονέκτημα στη λύση ανακύκλωση πυρηνικών καυσίμων οφείλεται, εν μέρει, στη δυνατότητα χρησιμοποίησης του παραγόμενου πλουτώνιου για την παραγωγή πυρηνικών όπλων από παρακρατικές οργανώσεις, από ομάδες τρομοκρατών κλπ. Επιπρόσθετα, η διαδικασία αφήνει σαν κατάλοιπα υγρά απόβλητα με εξαιρετικά μεγάλη ραδιενέργεια, τα οποία είναι επικίνδυνα για πολλά, ίσως και χιλιάδες, χρόνια.

Για παράδειγμα, στην υγρή φάση που παραμένει από τη διεργασία, υπάρχουν προϊόντα σχάσης, όπως 90Sr (στρόντιο-39) με ημιζωή 29 χρόνια , 137Cs (καίσιο-137) με ημιζωή 30 χρόνια.

Θα πρέπει λοιπόν να περάσουν περίπου 400 χρόνια, ώστε η ραδιενέργεια από αυτά τα παραπροϊόντα να μειωθεί σε ανεκτά επίπεδα . Όμως, και πέρα από τα 400 αυτά χρόνια θα εξακολουθεί να υπάρχει κίνδυνος από ραδιενεργά κατάλοιπα, όπως π.χ. 241Am (αμερίκιο-241) και 229Th (θόριο-229), των οποίων η ημιζωή μετριέται σε χιλιάδες ή και εκατομμύρια χρόνια. Το πλέον συζητημένο σχέδιο είναι η μετατροπή των υγρών αυτών αποβλήτων σε υαλώδεις κεραμικές ράβδους με μήκος 3 m και διάμετρο 30 cm καθεμία. Οι δε ράβδοι στη συνέχεια να «ταφούν» σε κατάλληλες γεωλογικές θέσεις, όπως γρανίτες, παλιά ορυχεία και στρώματα αλάτων. Εκεί πιθανολογείται ότι θα παραμείνουν θαμμένες επί χιλιάδες χρόνια, όσα χρειάζονται τα ραδιενεργά στοιχεία για να εξαντληθούν. Τα απόβλητα ενός μόνο πυρηνικού σταθμού ισχύος 1000 MW θα περιέχονται σε 10 τέτοιες ράβδους.

Αρκετές μελέτες έδειξαν ότι η μέθοδος αυτή είναι εφικτή και αρκετές γεωλογικές θέσεις ταφής μπορούν να βρεθούν. Παρόλα αυτά, επειδή τα υλικά αυτά θα πρέπει να μείνουν θαμμένα για χιλιάδες χρόνια κανένας δεν μπορεί να εγγυηθεί για τις απόψεις και τις συμπεριφορές των μελλοντικών γενεών. Τα ήδη υπάρχοντα πυρηνικά απόβλητα είτε φυλάσσονται μέχρι να βρεθεί γενικότερα μία λύση είτε ενταφιάζονται σε επιλεγμένες θέσεις. Ήδη έχουν σημειωθεί κρούσματα «πειρατείας και λαθρεμπορίας» πυρηνικών αποβλήτων. Είναι φανερό ότι η τελική τύχη τους δεν έχει ακόμα κριθεί...

Εικόνα

Η διαχείριση των ραδιενεργών υλικών γίνεται κάτω από δρακόντεια μέτρα ασφαλείας, όπως πχ μέσω ενός ρομποτικού συστήματος πίσω από ένα παράθυρο με γυαλί πολύ μεγάλου πάχους, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.
Ανακεφαλαίωση
  
1. Πυρηνική χημεία είναι ο κλάδος της χημείας που ασχολείται με τα πυρηνικά φαινόμενα, δηλαδή μεταβολές στον πυρήνα των στοιχείων τα οποία συμμετέχουν. Αυτά δεν επηρεάζονται από τις εξωτερικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης.  
2. Ισότοπα είναι δύο ή περισσότερα άτομα με τον ίδιο ατομικό αριθμό αλλά διάφορο μαζικό. Τα άτομα π.χ. Εικόνα και Εικόνα είναι ισότοπα του οξυγόνου.  
3. Νουκλίδιο είναι ένας πυρήνας με δεδομένο Ζ και Α. Το Εικόνα είναι ένα νουκλίδιο.  
4. Υπάρχουν ισότοπα σταθερά και ισότοπα ραδιενεργά τα οποία διασπώνται  
5. Ραδιενέργεια είναι η ακτινοβολία η οποία εκπέμπεται κατά τη ραδιενεργό αποσύνθεση ασταθών ισοτόπων προς σταθερότερους πυρήνες. Συνίσταται από σωματίδια α και β και ακτινοβολία.  
6. Οι ακτίνες α είναι ροή πυρήνων ηλίου. Οι ακτίνες β είναι ροή ηλεκτρονίων. Οι ακτίνες γ είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος.  
7. Σε μία πυρηνική αντίδραση το άθροισμα μαζικών και ατομικών αριθμών παραμένει σταθερό.  
8. Ένας τρόπος έκφρασης της ταχύτητας μιας ραδιενεργού διάσπασης είναι ο χρόνος υποδιπλασιασμού ( t1/2), ο χρόνος δηλαδή που απαιτείται, ώστε να διασπαστεί η μισή από την αρχική ποσότητα του ραδιενεργού υλικού. Λέγεται και ημιζωή του υλικού.  
9. Μετά πάροδο ν «ημιζωών» θα παραμείνει, από μία αρχική ποσότητα mo, ποσότητα ραδιενεργού υλικού m, ίση με : m = (1/2)ν mo  
10. Όργανα με τα οποία μετριέται η εκπεμπόμενη ραδιενέργεια είναι τα σπινθηροσκόπια ή ο απαριθμητής Geiger- Muller.  
11. Μονάδες έντασης εκπεμπόμενης ραδιενέργειας ανά s είναι το Curie, που είναι ποσότητα ουσίας η οποία υφίσταται 3,7·1010 διασπάσεις. To Bq αντιστοιχεί σε μία διάσπαση ανά s.  
12. Μονάδα απορροφούμενης ακτινοβολίας είναι το Gy, που αντιστοιχεί σε απορρόφηση 1 J ανά Kg βάρους.  
13. Η ιονίζουσα ακτινοβολία, όταν υπερβαίνει κάποια όρια, προκαλεί στον άνθρωπο βλάβες σωματικές και γενετικές.  
14. Ραδιοχρονολόγηση λέγεται ο προσδιορισμός της ηλικίας πετρωμάτων, αρχαιολογικών ευρημάτων κ.λ.π. μέσω μετρήσεων ραδιενεργών ισοτόπων. Ανάμεσα σε αυτά κυριότερο είναι το ισότοπο του άνθρακα 14.  
15. Τα ραδιενεργά ισότοπα χρησιμοποιούνται στην ιατρική (διάγνωση και θεραπεία) και στην τεχνολογία. Η πυρηνική ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στους λεγάμενους πυρηνικούς σταθμούς.  
16. Οι πυρηνικές αντιδράσεις είναι μεταστοιχειώσεις, δηλαδή μετατροπές ενός στοιχείου σε άλλο. Τυπικές πυρηνικές αντιδράσεις είναι η σχάση βαρύτερων πυρήνων σε ελαφρότερους και η σύντηξη ελαφρών πυρήνων σε βαρύτερους.. Και οι δύο συνοδεύονται από έκλυση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας.  
17. Οι πυρηνικές συντήξεις συντηρούν τη ζωή των άστρων.  
Λέξεις Κλειδιά
πυρηνική χημεία μητρικός-θυγατρικός πυρήνας
μεταστοιχείωση πυρηνική αντίδραση
ισότοπα ραδιοϊσότοπα
νουκλίδιο χρόνος υποδιπλασιασμού
ασταθές ισότοπο αριθμός ημιζωών
ραδιενέργεια απαριθμητής Geiger
ακτίνες α ,β και γ Curie, Becquerel, rem
ιονίζουσα ακτινοβολία ραδιοχρονολόγηση
κοσμική ακτινοβολία σχάση και σύντηξη

 
ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ
Ερωτήσεις – Ασκήσεις - Προβλήματα

Εικόνα

Εικόνα

Εικόνα
Ερωτήσεις Επανάληψης
1. Ποιο είναι το περιεχόμενο της πυρηνικής χημείας;
2. Τι ονομάζονται ισότοπα ενός στοιχείου; Να δώσετε ένα παράδειγμα.
3. Ποια ισότοπα είναι σταθερά και ποια ασταθή;
4. Τι είναι το νουκλίδιο;
5. Πώς ορίζεται γενικά η ραδιενέργεια;
6. Ποια είναι η φύση των ακτίνων α, β και γ;
7. Ποιος πυρήνας λέγεται μητρικός και ποιος θυγατρικός;
8. Ποιο είναι το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας;
9. Σε μία πυρηνική αντίδραση τι παραμένει σταθερό;
10. Τι καλείται χρόνος υποδιπλασιασμού ή ημιζωή ενός ραδιενεργού υλικού;
11. Αν παρέλθουν ν ημιζωές ποια ποσότητα, m, θα παραμείνει, αν η αρχική ποσότητα ήταν mo;  
12. Τι είναι και πώς λειτουργεί ο απαριθμητής Geiger;  
13. Τι εκφράζουν οι μονάδες ραδιενέργειας Curie και Becquerel;  
14. Ποιες είναι οι ανθρωπογενείς πηγές ραδιενέργειας;  
15. Τι καλούμε γενετικές βλάβες της ιονίζουσας ακτινοβολίας;  
16. Τι ονομάζουμε ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα και πού κυρίως χρησιμοποιείται;  
17. Τι είναι η δενδροχρονολόγηση;  
18. Πώς χρησιμοποιούνται τα ραδιοϊσότοπα στην ιατρική;  
19. Τι είναι ένας πυρηνικός σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας;  
20. Να δώσετε από ένα παράδειγμα πυρηνικής σχάσης και σύντηξης.  
21. Από πού αντλεί ο ήλιος του πλανητικού μας συστήματος την ενέργεια την οποία εκπέμπει;  

Βασικές Γνώσεις
22. Να υπολογίσετε τον αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων σε καθένα από τα παρακάτω νουκλίδια: λίθιο- 7, νέον -22 και πλουτώνιο -239

2 - 5, 10 - 12, 94 - 145
23.

Ένα mol από πυρήνες δευτερίου (Εικόνα) ζυγίζει:

α. 1,0000 g β. 2,0000 g γ. 4,0000 g δ. 2,016 g
24. Av τα νουκλίδια Εικόνα, Εικόνα και Εικόνα είναι ισότονα τι νομίζετε ότι εκφράζει ο όρος ισότονα;

α. νουκλίδια με τον ίδιο αριθμό e, αλλά διαφορετικό Ζ

β. νουκλίδια με διαφορετικό Ζ και αριθμό νετρονίων, αλλά το ίδιο Α

γ. νουκλίδια με το ίδιο Ζ, αλλά διαφορετικό Α

δ. νουκλίδια με ίσο αριθμό νετρονίων, αλλά διαφορετικό Ζ και Α

  
25. Το άτομο του ασβεστίου έχει 20 ηλεκτρόνια και 20 νετρόνια στον πυρήνα του. Άρα το άτομο του ασβεστίου συμβολίζεται σαν :

α. Εικόνα β. Εικόνα γ. Εικόνα δ. Εικόνα

  
26. Ο μαζικός αριθμός, Α, ενός πυρήνα είναι 127. Ο ατομικός του αριθμός είναι 53. Πόσα νουκλεόνια, νετρόνια και πρωτόνια περιέχει ο πυρήνας αυτός; Πόσα ηλεκτρόνια περιέχει το αντίστοιχο ουδέτερο άτομο;

127, 74, 53, 53
27. 1 mol ηλεκτρόνια πόσο φορτίο φέρουν; Πόσα g ζυγίζουν; (Χρησιμοποιήστε για τις απαιτούμενες σταθερές τη βιβλιογραφία)

96320 C
28. Η σχετική αφθονία των δύο ισοτόπων του ρουβιδίου με Ar 85 και 87 αντίστοιχα είναι 75% και 25%. Αρα η σχετική ατομική μάζα του ρουβιδίου θα είναι:

α.75,5 β.85,5 γ.87,5 δ.86,5 ε.86
29. Στοιχειώδες σωματίδιο είναι:

α. ένα σωματίδιο του οποίου δε γνωρίζουμε τη σύσταση

β. ένα σωματίδιο το οποίο αποτελεί συστατικό ενός πολυπλοκότερου συστήματος.

γ. ένα σωματίδιο το οποίο μέχρι σήμερα δεν έχει διασπαστεί.
30. Ο συμβολισμός Εικόνα παριστά:

α. ένα νουκλεόνιο   β. ένα νουκλίδιο   γ. ένα ισότοπο   δ. το στοιχείο κάλιο
31. Σε ποιο από τα παρακάτω άτομα περιέχεται ο μικρότερος αριθμός νετρονίων :

α. Εικόνα   β. Εικόνα   γ. Εικόνα   δ. Εικόνα   ε. Εικόνα
32. Το άτομο ενός στοιχείου έχει το σύμβολο Εικόνα. Αυτό σημαίνει ότι αυτό έχει:

α. 206 πρωτόνια στον πυρήνα του   β. 139 ηλεκτρόνια   γ.139 πρωτόνια   δ. ατομική μάζα 67   ε. 72 νετρόνια στον πυρήνα του.
33. Το ζεύγος Εικόνα και Εικόνα παριστά :

α. ισομερή   β. ισότοπα   γ. ισότονα   δ. αλλότροπα   ε. ισοβαρή
34. Ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου είναι 83. Αυτό σημαίνει ότι ένα άτομο του στοιχείου αυτού έχει:

α. 42 πρωτόνια και 41 νετρόνια

β. 83 νετρόνια

γ. 41 πρωτόνια , 41 ηλεκτρόνια και 1 νετρόνιο

δ. 42 νετρόνια και 41 πρωτόνια

ε. 83 ηλεκτρόνια
35. Ένα άτομο χλωρίου με ατομικό αριθμό 17 και σχετική ατομική μάζα 35 έχει στον πυρήνα του:

α. 35 πρωτόνια   β. 17 νετρόνια   γ. 35 νετρόνια   δ. 17 πρωτόνια   ε. 18 πρωτόνια

  

Πυρηνικές αντιδράσεις
36. Τα σωματίδια τα οποία κατά κύριο λόγο χρησιμοποιούνται για το βομβαρδισμό και τη μεταστοιχείωση είναι τα νετρόνια. Αυτό διότι:

α. μπορούν εύκολα να επιταχύνονται

β. είναι ουδέτερα και δεν απωθούνται από τους πυρήνες

γ. είναι αβλαβή για τον άνθρωπο

δ. παράγονται άφθονα στις πυρηνικές αντιδράσεις

 
37. Να συμπληρώσετε την παρακάτω πυρηνική αντίδραση Εικόνα → ; + Εικόνα

(;=Εικόνα)
38. Το 1934 το ζεύγος Joliot - Curie πραγματοποίησε μία τεχνητή μεταστοιχείωση σύμφωνα με την πυρηνική αντίδραση

Εικόνα

Το ραδιενεργό ισότοπο που παρασκευάστηκε είναι:

Εικόνα
39. Δίνονται οι αντιδράσεις :

226Ra → 222Rn + Εικόνα + 6MeV και Η2 + 1/2O2 → Η2Ο + 68 Kcal

Πόσα Kg Η2 πρέπει να καούν, ώστε να παραχθεί ενέργεια ίση με εκείνη η οποία παράγεται από τη διάσπαση 1 mol ραδίου:

Δίνονται 1 Kcal = 4,184.103J και 1J = 6,24.1018 eV

4080 kg
40. Στην αντίδραση της φωτοσύνθεσης με χρήση ραδιενεργού ισοτόπου του Οξυγόνου, Εικόνα:

6 CO2 + 12 H2 18O → C6H12O6 + 6 18O2 + 6 H2O, παρουσία φωτός και χλωροφύλλης, το ισότοπο αυτό παίζει ρόλο:

α. καταλύτη β. παρεμποδιστή γ. ιχνηθέτη δ. οξειδωτικού
41. Στην παρακάτω πυρηνική αντίδραση :

Εικόνα → ; + Εικόνα , το σωματίδιο που λείπει είναι:

α. ένα ηλεκτρόνιο β. ένα πρωτόνιο γ. ένα νετρόνιο δ. ένα σωματίδιο άλφα ε. ένα φωτόνιο

Χρόνος υποδιπλασιασμού - Χρονολογήσεις
42. Να δώσετε μία ερμηνεία στο γεγονός ότι το CO2 που προέρχεται από την καύση πετρελαίου και παραγώγων του δεν περιέχει το ραδιενεργό ισότοπο Εικόνα και είναι μόνο 12CO2.
43. Το %ποσοστό των ατόμων 128Ι το οποίο παραμένει αδιάσπαστο μετά πάροδο 2,5 h (χρόνος υποδιπλασιασμού = 25 min) είναι:

α. 15,6% β. 1,56% γ. 3,13% δ. 6,26%
44. Το ραδιενεργό ισότοπο του μολύβδου 201Pb έχει χρόνο υποδιπλασιασμού 8 h. Αν ξεκινήσει κανείς με 1 g αυτού, η ποσότητα που θα παραμείνει αδιάσπαστη στο τέλος 24 h είναι:

α. 0,5 g β. 0,33g γ. 0,25g δ. τίποτα ε. 0,125g
45. Η συγκέντρωση του 85Kr ( Τ1/2 = 10,73 χρόνια) σε ύψος 15 Km είναι 10,0 picocuries ανά m3. Πόσα χρόνια πρέπει να περάσουν, ώστε η συγκέντρωσή του να πέσει στα 0,625 picocuries /m3 ;

43 χρόνια
46. Ένας αιγυπτιακός πάπυρος εξετάζεται για ραδιοχρονολόγηση με 14C. Έτσι, ένα δείγμα από αυτόν καίγεται και το παραγόμενο CO2 συλλέγεται. Ο μετρητής Geiger δίνει γι’ αυτό 11,7 κτύπους ανά λεπτό για κάθε g της ένωσης. Ζωντανό υλικό από το οποίο φτιάχτηκε ο πάπυρος δίνει αντίστοιχα 15,3 κτύπους. Αν ο χρόνος υποδιπλασιασμού για τον 14C είναι 5760 χρόνια να εκτιμήσετε την ηλικία του παπύρου.

2230 ετών
47.

Ποια από τις παρακάτω προτάσεις που αφορούν τη ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα δεν είναι ορθή :

α. 14C παράγεται από την επίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας στο Ν2 της ατμόσφαιρας

β. το 14C οξειδώνεται προς 14CO2 το οποίο αναμειγνύεται με το μη ραδιενεργό CO2 της ατμόσφαιρας.

γ. όταν ο οργανισμός πεθάνει ο 14C αποσυντίθεται προς 14Ν

δ. η μέθοδος μπορεί να προσδιορίζει ηλικίες μεγαλύτερες από το χρόνο υποδιπλασιασμού του 14C.
48.

Ένα ραδιοϊσότοπο έχει χρόνο υποδιπλασιασμού 10 ημέρες. Το ποσό που θα παραμείνει από 8 g αυτού μετά από 40 ημέρες είναι:

α 0,5g   β. 4,0g   γ. 2,0 g   δ. 6,0 g   ε. 1,0g
49.

Αν υπάρχει ίσος αριθμός mol από δύο ραδιενεργά ισότοπα, εκείνο το οποίο είναι το πλέον επικίνδυνο σε άμεση προσέγγιση είναι εκείνο το οποίο έχει χρόνο υποδιπλασιασμού:

α. 4,5.106 χρόνια   β. 65 χρόνια   γ. 12 ημέρες   δ. 10-4 min   ε.1 min
50.

Ένα δείγμα ξύλου από αιγυπτιακό πάπυρο δίνει 9,4 κτύπους ανά min και ανά g από τη διάσπαση του 14C. Ποια είναι η ηλικία του παπύρου; (Δεδομένα από την άσκηση 46)

 4063 ετών
51.

Ο χρόνος ζωής του πρωτονίου υπολογίζεται σε 1035 s. Να τον συγκρίνετε με το χρόνο ζωής του σύμπαντος, ο οποίος εκτιμάται σε 1010 χρόνια. Είναι μακρύτερος ή όχι και κατά πόσα χρόνια;

μακρύτερος κατά 1027 χρόνια
Γενικά προβλήματα
52.

Ένα ηλεκτρονιοβόλτ (eV) είναι η ενέργεια που αποδίδεται, όταν ένα ηλεκτρόνιο περνά μεταξύ δύο σημείων τα οποία παρουσιάζουν διαφορά δυναμικού 1 volt. Άρα 1 eV ισοδυναμεί με :

α. 1,6.10-16 J

β. 4,8.10-25 J

γ. 1,6.10-19 J

δ. 4,8.10-11 J

ε. 6,62.10-34 J
53.

Από τα παρακάτω όργανα εκείνο το οποίο δεν μπορεί ν’ ανιχνεύσει άμεσα ραδιενέργεια είναι:

α. το σπινθηροσκόπιο

β. το ηλεκτροσκόπιο

γ. το αμπερόμετρο

δ. το φωτογραφικό film

ε. ο θάλαμος Wilson
54.

Το οξικό οξύ, CH3COOH, αντιδρά με τη μεθανόλη, CH3OH, για να σχηματίσει έναν εστέρα, CH3COOCH3 και Η2Ο. Πώς θα χρησιμοποιούσατε το ισότοπο 180, για να αποδείξετε αν το άτομο του οξυγόνου στο νερό προέρχεται από το -ΟΗ του οξέος ή από το -ΟΗ της αλκοόλης ;
55.

Η ποσότητα των 3,7.1010 ραδιενεργών διασπάσεων ανά δευτερόλεπτο είναι γνωστή σαν ένα:

α. Debye β. Rutherford γ. Einstein δ. Fermi ε. Curie
56.

Ένας μαγνήτης θα προκαλέσει τη μεγαλύτερη απόκλιση σε δέσμη

α. ακτίνων γ

β. νετρονίων

γ. ηλεκτρονίων

δ. σωματιδίων α

ε. πρωτονίων
57.

Δίνονται οι:

82Pb + 24Cr → A ,

98Cf + 8O →A ,

A→a +X ,

X→ a + Ψ,

Ψ→ α + Ζ .

Να υπολογίσετε τους ατομικούς αριθμούς των A, X, Ψ και Ζ και από αυτό να βρείτε και ποια στοιχεία είναι.
58.

Σε ένα από τα πειράματα του Rutherford το 1911 παράγονταν 3,4· 1010 σωματίδια α /s, τα οποία έδιναν τελικά 0,039 cm3 He μετρημένα σε STP ανά έτος. Με τα δεδομένα αυτά να υπολογίσετε την τιμή του αριθμού του Avogadro .
59.

Στην παρακάτω πυρηνική αντίδραση : Εικόνα → ; + Εικόνα, αυτο που λείπει είναι:

α. ένα ηλεκτρόνιο

β. ένα πρωτόνιο

γ. ένα νετρόνιο

δ. ένα σωματίδιο άλφα

ε. ένα φωτόνιο
60.

Πόσα «είδη» μορίων νερού μπορούν να προκύψουν από τα :

Εικόνα και Εικόνα :

α.3   β.9   γ.6   δ.27   ε.18
61.

Ισοβαρείς λέγονται δύο πυρήνες οι οποίοι έχουν τον ίδιο ......... αριθμό αλλά διάφορο..........αριθμό
62.

Από τις παρακάτω ακτινοβολίες εκείνη η οποία ευκολότερα σταματά στον αέρα είναι:

α. ακτίνες άλφα   β. ακτίνες βήτα   γ. νετρόνια   δ. ακτίνες γάμα   ε. ακτίνες X
63.

Σε ένα δείγμα ορυκτού του ουρανίου βρέθηκε ότι το βάρος του περιεχομένου Pb είναι το 22,8% του ουρανίου που υπάρχει σ’ αυτό. Να εκτιμήσετε την ηλικία της γης από τα δεδομένα αυτά (συμπληρωματικά δεδομένα από το κείμενο).
64.

Ο αριθμός των σωματιδίων άλφα τα οποία εκλύονται ανά s από 1,0 g ραδίου είναι 3,608·1010. Να προσδιορίσετε την t1/2 του ραδίου .
65.

Ποιο από τα παρακάτω στοιχεία παρασκευάστηκε τεχνητά από τον άνθρωπο

α. ακτίνιο β. θόριο γ. ραδόνιο δ. κιούριο ε. καίσιο
66.

Ραδιενεργό Να με Τ1/2 = 14,8 h εισάγεται με ένεση στο αίμα ενός

ζώου στα πλαίσια ενός πειράματος ιχνηθέτησης. Μετά από πόσες ημέρες η ραδιενέργεια θα πέσει στο 10% της αρχικής;
67.

Η απώλεια ενός νετρονίου από τον πυρήνα του ατόμου ενός στοιχείου:

α. αλλάζει τη χημική φύση του ατόμου    β. προκαλεί πρόσληψη ενός πρωτονίου    γ. επιφέρει ταυτόχρονη απώλεια ενός ηλεκτρονίου    δ. αλλάζει τις φυσικές ιδιότητες του ατόμου    ε. μειώνει τον ατομικό αριθμό του στοιχείου
68.

Το δευτέριο είναι:

α. ένα ηλεκτρόνιο με θετικό φορτίο

β. ένα νετρόνιο συν δύο πρωτόνια

γ. ένας πυρήνας με 1 πρωτόνιο και δύο νετρόνια

δ. ένας πυρήνας με 1 πρωτόνιο και ένα νετρόνιο
69.

Η εκπομπή ενός σωματιδίου άλφα από τον πυρήνα του Εικόνα θα δημιουργήσει :

α.Εικόνα    β. Εικόνα    γ. Εικόνα    δ. Εικόνα    ε. Εικόνα
70.

Δείγμα 1,0 mL από ένα διάλυμα το οποίο περιέχει ραδιενεργό τρίτιο και το οποίο δίνει σε κατάλληλο μετρητή 2,0· 105 κτύπους ανά s εισάγεται με ένεση στο σώμα ενός ζώου. Μετά από λίγο χρόνο, αφού δηλαδή κυκλοφορήσει η ένεση σε όλο το αίμα, λαμβάνεται από αυτό δείγμα 1,0 mL, το οποίο στο ίδιο όργανο δίνει 1,5 104 κτύπους ανά s. Ποιος είναι ο όγκος του αίματος του ζώου;

 133mL
71.

Ποιο από τα παρακάτω σωματίδια δεν μπορεί να επιταχυνθεί σε επιταχυντή σωματιδίων :

α. σωματίδιο άλφα    β. ηλεκτρόνιο    γ. ιόν άνθρακα    δ. νετρόνιο    ε. πρωτόνιο
72.

Η παρακάτω μεταβολή , Εικόνα , παριστάνει μία :

α. σχάση    β. χημική αντίδραση    γ. αυτοκατάλυση    δ. σύντηξη    ε. εξώθερμη αντίδραση

Δραστηριότητα

Η πυρηνική ενέργεια, μία παρεξηγημένη πηγή ηλεκτρισμού

Η χρήση της πυρηνικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος είναι αρκετά παρεξηγημένη, λόγω άγνοιας κυρίως, στη σημερινή κοινωνία.. Καλό λοιπόν είναι να γίνει μία σύγκριση με τους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, οι οποίοι καταναλώνουν απολιθωμένα καύσιμα.

Η σύγκριση να περιλάβει τα εξής θέματα :

1. Περιβάλλον. Όξινη βροχή , CO2, NOx, SO2.

2. Υγεία. ακτινοβολίες, πυρηνικές δοκιμές, ατομικά όπλα.

3. Ασφάλεια. Ατυχήματα Chernobyl, Three mile island. Συνέπειες.

4. Απόβλητα. Όγκος, είδη και φύλαξη αποβλήτων.

5. Διαρροή τεχνολογίας σε «τρομοκράτες».

6. Κόστος.

Με βιβλιογραφική έρευνα να στηρίξετε επιχειρήματα υπέρ ή κατά των πυρηνικών σταθμών.

Να συλλέξετε στοιχεία για τα πυρηνικά ατυχήματα που αναφέρονται παραπάνω.

Τι είναι η «ιπτάμενη τέφρα»;

Ποιες γειτονικές μας χώρες διαθέτουν πυρηνικούς σταθμούς ;

Παίζει ρόλο η σεισμικότητα της περιοχής ;

Τι ρόλο παίζει ο λιγνίτης στη χώρα μας ;

 Εικόνα

Απαντήσεις στις ασκήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους

23. δ

38. α

56. γ

24. δ

40. γ

59. γ

25. γ

41. γ

60. ε

28. β

43. β

61. μαζικό ...,
ατομικό

29. γ

44. ε

30. β και γ

47. δ

62. α

31. α

48. α

65. δ

32. ε

49. δ

67. δ

33. β

51. μακρύτερος
κατά 1027 χρόνια

68. δ

34. ε

52. γ

69. δ

35. δ

53. γ

71. δ

36. β

55. ε

72. δ

37. ;=1 3Η

Εικόνα