Будова атома, радіоактивність
Радіоактивність
Усі давно звикли, що хімія – це складно, неймовірно заплутано і, взагалі, швидше за все, в житті не згодиться. Проте, як би там не було, а живемо ми у світі хімії, світі, який складається з атомів, молекул, кристалів, матерії. Усе, що нас оточує, усе, чим ми є, що споживаємо і чим дихаємо – це речовини, «хімія», як люблять казати мами і бабусі, що б не їли їхні діти, чого б не попросили смачненького і некорисного. В нашому тілі щосекундно відбуваються близько тридцяти хімічних перетворень. Повз наше тіло щосекунди проходять сотні і тисячі мікрохвиль та радіоактивних променів.
То ж знати хімію, хоча б для того, щоб розуміти, що діється навколо, варто і навіть потрібно.
Отже, почнемо здалеку і повторимо деякі базові поняття для того, щоб зануритися в поняття радіації, як явища, що завжди існує, завжди присутнє у нашому житті і якого не уникнути, яким би здоровим не був спосіб життя людини.
Подивися на свою їжу. Що стоїть чи стояло біля тебе на сніданку? Хліб, необхідні для сили і енергійної життєдіяльності вуглеводи, сир, білки, набір потрібних нам для постійного відновлення амінокислот, чай, розчин цілого комплексу речовин, як от танін, кофеїн, що містяться у чайному листі, цукру у чистій воді - H2O. Або от, піца. Хто не любить піци? Той же хліб з вуглеводами, сир з білками і різні смаковинки. Що спільного у піци чи бутербродів з хімією?
Або от, підніми очі увечері на зоряне небо. Темна нічна ковдра укриває землю, а крізь неї, ніби у маленькі дірочки зазирають на наш спокійний сон зірки. Такі далекі, що навіть сто поколінь людей не долетить до найближчої з них. Мільйони, мільярди сонць, сонячних систем, об’єднаних у зоряні групи, галактики, кластери. Що спільного з хімією у них? А що спільного мають вони і піца з попереднього абзацу?
На перший погляд – нічого. Правда? Сонце – величезний, розпечений гігант, температура якого у деяких місцях сягає мільйонів градусів. А піца – це ось. Маленький млинець, сніданок чи вечеря учня.
Проте спільного у них більше, ніж можна собі уявити. Все навколо нас побудоване з атомів: Карбону, Гідрогену, Оксигену, Нітрогену – це основні складові вуглеводів та білків. Звісно, є й інші атоми. Різновидів атомів сьогодні людство знає кілька сотень.
Всі вони з’явилися у жерлі ядерних синтезів, що відбуваються в зорях. Для того, щоб на Землі з’явилася піца, мільярди років тому, на відстані тисяч світлових років від нас загинула зоря. Ті атоми, які синтезувалися в ній на завершальній стадії її існування, і стали атомами Карбону, Оксигену, Сульфуру і Феруму. Ти з’їси їх у вигляді свого сніданку чи вечері, а твій організм використає усе це на ріст, синтез власних білків, розвиток і енергійний біг на перерві. Мільярди років.
Тепер бачиш, між зорі і піца мають набагато більше спільного, ніж можна собі уявити, не зазираючи в суть речовин.
Але повернемося до хімії.
Що ж таке атом? По ідеї, ти уже маєш знати, що атом – це найменша, хімічно неподільна частинка матерії, яка складається з (великого) позитивно зарядженого ядра і (маленьких) негативно заряджених електронів, що рухаються навколо ядра. Напевно, немає сенсу розглядати історію атомістичних уявлень у цій статті, проте ти мусиш знати. Ще на початку двадцятого століття, коли Ернест Резерфорд запропонував першу (цілком правильну на той момент) теорію будови атома, вважалося, що електрони навколо ядра рухаються, як планети навколо сонця. Така модель називалася планетарною і, по суті, правдивою до сьогодні з певними припущеннями і наближеннями вона є лише для чотирьох перших елементів Періодичної системи – Гідрогену, Гелію, Літію та Магнію. У них дійсно, навколо більш масивного позитивно зарядженого ядра, по своїй сферичній орбіталі, швидко-швидко обертаються маленькі, негативно заряджені електрончики. Для усіх інших атомів Періодичної системи така модель будови атома є хибною. Орбіталі мають значно складнішу форму, ніж сфера, електрони рухаються не стільки певною лінією, скільки у певному об’ємі простору. До речі, будову атома, можливість дослідити рух електрона в атомі різноманітні явища, процеси і досі повністю не вивчені, цей процес продовжуються до сьогодні.
Ми недаремно згадали Резерфорда. Насправді, його найбільше досягнення полягає не в тому, що він запропонував певну, не надто складу модель будови атома, яку раніше чи пізніше запропонував би й інший учений, якому б дали до рук електронний мікроскоп або, принаймні, дослідження попередників. Але Резерфорд, до всього, запропонував визначення і дослідження явища радіоактивності.
Щоправда, все почалося з досліджень Анрі Луї Бекереля, який наприкінці 19 століття узявся вивчати хімічні властивості солей урану. Багато відкриттів у науковому світі сталися завдяки випадковості. Так і тут. Він хотів, було, дослідити вплив сонячного випромінювання на комплексні урансульфати лужних металів, обгорнув зразок фотопапером. І можна лише уявити його здивування, коли фотопапір виявився повністю засвіченим ще до моменту початку дії сонячного проміння на нього.
Хочеш не хочеш, але довелося робити припущення, що атом – не така вже й стабільна система, як уявляли до цього. Принаймні, не кожен атом. І атом здатен до самовільного, самочинного випромінювання. І Бекерель разом із подружжям Кюрі (слід зауважити, що вони працювали в різних лабораторіях, кожен у своєму напрямку) почав вивчати явище радіоактивності.
Початок двадцятого століття ознаменувався гучними відкриттями в галузі радіології, науки, матір’ю якої стала Марія Кюрі-Складовська, а основним теоретиком – Резерфорд. Хімія і фізика радіоактивності набувала усе нових знань, накопичувала і вивчала, поки не зуміла синтезувати в лабораторії перший штучний радіоактивний елемент – радій. Відомий факт. Рукавички Марії Кюрі-Складовської досі випромінюють потужні дози радіації, а саму учену ховали у свинцевій труні, щоб захистити навколишнє середовище від радіації її тіла. Крім радію, до речі, Марія Кюрі-Складовська, разом із своїм чоловіком, видатним фізиком, отримала в лабораторії ще полоній, елемент, названий на честь батьківщини цієї видатної жінки – Польщі. За непересічний внесок в розвиток фізики початку двадцятого століття Анрі Бекерель, П’єр Кюрі та його дружина були удостоєні Нобелівської премії в галузі фізики. А ще майже через десятиліття Марія Кюрі-Складовська отримала другу Нобелівську премію в галузі хімії за синтез перших в історії науки елементів – Радію та Полонію. Таким чином, вона стала не лише першою жінкою, удостоєною цієї найвищої для науковців-природничників премії, а ще й першим ученим, подвійним лауреатом. До сьогодні лише одинадцять хіміків удостоювалися Нобелівської премії двічі, врахуйте ще, що за умовами цієї нагороди не можна отримати її двічі в одній галузі.
В той період було досліджено, що ядро атома складається з протонів, частинок, які несуть позитивний заряд, та нейтронів, незаряджених частинок. Прийнято було називати і протони, і нейтрони – нуклонами. А атоми, які мають однаковий набір протонів та нейтронів в ядрі – нуклідами. (Ці знання знадобляться для розгадування кросворду).
Що ж таке радіація, про яку ми уже почали говорити? Радіація – це явище спонтанного розпаду нестабільних атомів. В цей час атоми перетворюються на інші атоми, випромінюючи різні види радіоактивного випромінювання. Альфа – потік атомів гелію, найменш небезпечне, його хід може зупинити навіть листок картону або парасолька. Бета – потік електронів, більш жорстке і небезпечне. Його хід стишує цементна стіна. І найбільш небезпечне – гама випромінювання, жорсткі електромагнітні хвилі, зупинити їх потік може лише товста свинцева пластина, та й то, не завжди.
Важливо. Не всі атоми здатні до спонтанного поділу, тобто, нестабільні. Більшість з атомів, з яких, наприклад, складається твоє тіло або піца, все ж, стабільні. Практично, кожен елемент, має радіоактивні та стабільні різновиди атомів, ізотопи. Ізотопи – це атоми одного елемента, які відрізняються один від одною кількістю нейтронів в ядрі. Останнім елементом, який має стабільні ізотопи в Періодичній системі є Бісмут. Усі наступні елементи періодичної системи складаються лише з радіоактивних нестабільних ізотопів.
Чим небезпечна радіація?
Будь-яке радіоактивне випромінювання здатне до йонізації навколишнього середовища коли з електронейтральної будь-яка система набуває певного заряду і прагне повернутися назад у свій стабільний стан, що призводить до спонтанних, неочікуваних хімічних реакцій (це особливо небезпечно в живих організмах). В навколишньому живому світі під впливом радіації відбуваються мутації, які особливо позначаються в мутаціях ДНК, внаслідок чого змінюється зовнішній вигляд, життєві цикли, поділ, розмноження тощо. Радіація – убивця живого, хоча без нормального природного радіоактивного фону наше життя теж неможливе. Нам потрібен певний рівень випромінювання для синтезу природних пігментів шкіри, для утворення необхідних гормонів і нормальної життєдіяльності.
Ну, як? Нічого складного поки, правда?
ЗАВАНТАЖИТИ файл: radioactyvnist.doc
Оцініть файл: 