Kuinka atomi menettää protoneja

Sisältö

• Radioaktiivinen hajoaminen
• Alpha Decay
• Ydinfissio
• Hajoamisen sovellukset
• näkökohdat

Atomit ovat kaiken aineen perusta. Atomit koostuvat tiheästä, positiivisesti varautuneesta ytimestä, joka sisältää protoneja ja neutroneja. Negatiivisesti varautuneet elektronit kiertävät ydintä. Tietyn elementin kaikilla atomilla on sama määrä protoneja, joita kutsutaan atomilukuna. On olemassa kaksi yleistä prosessia, joiden avulla atomi voi menettää protoneja. Koska elementti määritetään sen atomien protonien lukumäärän perusteella, kun atomi menettää protonit, siitä tulee eri elementti.

Radioaktiivinen hajoaminen

Fotolia.com "> ••• radioaktiivinen kuva, jonka on lähettänyt red2000 Fotolia.comilta

Yksi tapa, jolla atomi menettää protonit, on radioaktiivisen hajoamisen kautta, joka tapahtuu, kun atomilla on epävakaa ydin. Ytimen stabiilisuus riippuu protonien ja neutronien suhteesta. Pienempien elementtien, kuten hiilen ja hapen, protonien lukumäärä on suunnilleen yhtä suuri kuin neutronien lukumäärä, ja ytimet ovat vakaita. Raskeampien alkuaineiden, kuten uraanin ja plutoniumin, neutroneja on paljon enemmän kuin protoneja, ja näiden elementtien ytimet ovat erittäin epävakaita. Itse asiassa kaikki elementit, joissa on yli 83 protonia, ovat epävakaita. Radioaktiivisen hajoamisen kolme tyyppiä tunnetaan nimellä alfa, beeta ja gamma.

Alpha Decay

Alfahajoaminen on ainoa tapa, jolla atomi menettää spontaanisti protonit. Alfapartikkeli koostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista. Se on oleellisesti heliumatomin ydin. Sen jälkeen kun atomilla on alfa-emissio, siinä on kaksi vähemmän protoneja ja siitä tulee eri elementin atomi. Yksi tällainen menetelmä on, kun uraani-238-atomi työntää ulos alfahiukkasen ja tuloksena oleva atomi on sitten torium-234. Alfa-hajoamista jatkuu, kunnes tuloksena on vakaan atomin omaava atomi. Alfahiukkaset ovat suhteellisen suuria ja imeytyvät nopeasti. Siksi ne eivät kulje kaukana ilmasta ja eivät ole niin vaarallisia kuin muun tyyppiset radioaktiiviset hajoamiset.

Ydinfissio

Toinen prosessi, jolla atomi voi menettää protoneja, tunnetaan ydinfissiona. Ydinfissiossa käytetään laitetta neutronien kiihdyttämiseen kohti atomin ydintä. Neutronien törmäys atomin kanssa aiheuttaa atomin ytimen hajoamisen palasiksi. Jokainen fragmentti on suunnilleen puolet alkuperäisen atomin massasta.

Yhdistettäessä fragmenttimassojen summa ei kuitenkaan ole yhtä suuri kuin alkuperäisen atomin massa. Tämä johtuu siitä, että useat neutronit vapautuvat yleensä atomifragmentteina ja osa massasta muuttuu energiaksi. Itse asiassa pieni määrä ainetta tuottaa valtavan määrän energiaa.

Hajoamisen sovellukset

Ydinfission yhteinen sovellus on ydinvoiman tuotannossa. Ydinvoimalaitoksessa fissioenergiaa käytetään veden lämmittämiseen, mikä luo höyryä turbiinin kääntämiseksi ja sähkön tuottamiseksi. Noin 20 prosenttia Yhdysvaltojen sähköstä tulee ydinvoimalaitoksista.

Ydinfission toinen sovellus on ydinaseiden valmistuksessa. Ydinaseessa laukaisun käynnistämiseen käytetään laukaisulaitetta. Yksi pirstoutuminen johtaa toiseen, mikä johtaa ketjureaktioon, joka vapauttaa valtavan määrän tuhoavaa energiaa.

näkökohdat

Ainoat kaksi tapaa, jolla atomit menettävät protonit, ovat radioaktiivisen hajoamisen ja ydinfission kautta. Molemmat prosessit tapahtuvat vain atomeissa, joissa on epästabiilit ytimet. On hyvin tiedossa, että radioaktiivisesti tapahtuu luonnossa ja spontaanisti. J. Marvin Herndonin mukaan on myös todisteita siitä, että ydinfissiota tapahtuu luonnollisesti Maan vaipan ja ytimen sisällä, ei vain ihmisen tekemissä laitteissa, kuten ydinpommit tai voimalaitosreaktorit.