Plaın Carbon Steels

06 Kasım 2007

PLAIN CARBON STEELS

Plain carbon steels are steels in which the alloying elements do not play a significant role in determining the properties of the metal. The two systems used are both based on carbon content. The phase diagram of the iron/carbon alloy indicates that at 0.8% carbon a eutectoid composition exists, and a pearlitic structure forms upon slow cooling. With carbon content less than 0.8%, steels are sometimes termed "hypo-eutectoid" and with carbon content greater than 0.8% we have "hypereutectoid" steels.

Unfortunately the classification based on eutectoid structure is coarse and little used for practical purposes. Instead, low, medium and high carbon steel are the preferred groupings used.

MEDIUM CARBON STEELS

These steels usually include 0.25-0.5% carbon have high strength and toughness in a quenched and tempered condition. Quenching can be broughtabout by cooling in water, forced air, oil, etc.. Therefore, caution should be taken when cooling a work piece after welding. Large sections that have been welded may also cool rapidly due to heat, dissipation. It is, therefore, recommended that heavier sections are first given some preheat to minimize this effect and to allow a slower cooling rate. These higher carbon steels are generally used where higher tensiles, yield strength, hardness and impect values are required and a detrimental element against obtaining some of these higher values is hydrogen. During welding hydrogen can be absorbed in and around the weld pool and during cooling this hydrogen can be trapped, leaving pockets of trapped gas, some of which then forces its way out to the surface, causing cracks to open up. This can still occur hours or even days later resulting in surface and underbead cracks. The remaining trapped hydrogen leaves fissures and pockets inside the metal. It is most important, therefore, to select. Special low hydrogen electrodes for welding fine grain steels. Basic coated electrodes are designed specifically for this purpose and can be relied upon to give the required results.

Standard Chemical Composition (%) Mechanical Properties

JIS ASTM AISI C Si Mn S P Cr Ni Mo V Yield Strength Kg/mm3 Tensile Strength Kg/mm3 Elongation % Brinell Hardness

SCC3 90-60 1040 0.30-0.40 0.30-0.60 0.50-0.80 0.04 max 0.04 max — — — — 28-40 56-65 15 min 146-192

SCC5 105-85 1050 0.40-0.50 0.30-0.60 0.50-0.80 0.04 max 0.04 max — — — — 30-45 63-70 10 min 163-201

Figure.1 Properties of some medium carbon steels

Structure of Medium Carbon Steel

The essential difference between ordinary steel and pure iron is the amount of carbon in the former, which reduces the ductility but increases the strength and the susceptibility to hardening when rapidly cooled from elevated temperatures.

Above about 820°C, the microstructure consists of austenite. This transforms to ferrite as the steel cools. The amount of ferrite increases as the temperature decreases, while the amount of austenite decreases. The solubility of carbon is much lower in the ferrite than in the austenite, so the carbon concentration of the austenite increases as the temperature decreases.

At approximately 730° the remaining austenite, which now has a carbon concentration of about 0.8wt%, transforms for pearlite. This is the eutectoid of ferrite and iron carbide, Fe3C. The iron carbide is also known as cementite.

At low magnifications, the pearlite is the dark phase, and the light phase is the ferrite. The amount of pearlite in this steel is moderate due to the 0.4wt% carbon content.

At higher magnifications, the lamellar eutectoid structure of the pearlite can be observed. This structure is due to the simultaneous formation of ferrite and Fe3C from the austenite. The spacing of the lamellae increases with slower cooling rates.

Figure.2 Transformation of a 0.4% C hypoeutectoid

plain-carbon (medium carbon steel) steel with slow cooling.

The structure in figure.3 consists of two constituents, the white one being the ferrite, and the dark parts representing the constituent containing the carbon, the amount of which is therefore an index of the quantity of carbon in the steel. Carbon is present as a compound of iron and carbon (6-67 %) called cementite, having the chemical formula Fe3 C. This cementite is hard (Brinell hardness 600 +), brittle and brilliantly white.

Figure.3 0,4% carbon steel. Ferrite + Pearlite

PRODUCTION OF STEEL

Removing impurities, such as carbon, from raw or pig iron, produced by a blast furnace, produces steel. The main industrial process is the basic oxygen process, in which molten pig iron and scrap steel is placed in a container lined with heat-resistant, alkaline (basic) bricks. A pipe or lance is lowered near to the surface of the molten metal and pure oxygen blown through it at high pressure. The surface of the metal is disturbed by the blast and the impurities are oxidized (burned out). The open-hearth process is an older steelmaking method in which molten iron and limestone are placed in a shallow bowl or hearth. Burning oil or gas is blown over the surface of the metal, and the impurities are oxidized.

High-quality steel is made in an electric furnace. A large electric current flows through electrodes in the furnace, melting a charge of scrap steel and iron. The quality of the steel produced can be controlled precisely because the temperature of the furnace can be maintained exactly and there are no combustion by-products to contaminate the steel. Electric furnaces are also used to refine steel, producing the extra-pure steels used, for example, in the petrochemical industry.

The steel produced is cast into ingots, which can be worked when hot by hammering (forging) or pressing between rollers to produce sheet steel. Alternatively, the continuous-cast process, in which the molten metal is fed into an open-ended mould cooled by water, produces an unbroken slab of steel.

Blast Furnace

Smelting furnace used to extract metals from their ores, chiefly pig iron from iron ore. The temperature is raised by the injection of an air blast.

In the extraction of iron the ingredients of the furnace are iron ore, coke (carbon), and limestone. The coke is the fuel and provides the carbon monoxide for the reduction of the iron ore; the limestone acts as a flux, removing impurities.

The principle of reducing ferrous oxides by carbon has been known for thousands of years, but the present blast furnace was introduced c.1400. The fuel was originally charcoal and the resulting iron was either used for casting or converted to wrought iron or steel. Production increased with the use of coke as fuel in the 18th century.

Figure.4 Blast Furnace

Two methods of making steel are dominant in modern steel industries all over the world; Basic Oxygen Furnace and Electric Arc Furnace.

Figure.5 Pie chart to show relative amounts of steel produced by EAF and BOS methods.

The numbers are in millions of metric tones in 1997

Basic Oxygen Furnace

There are three main stages in the operation of the furnace.

1. Charging the furnace:

The BOS converter is charged first with scrap. This is used as a coolant. It helps to control the very high temperatures produced by the violently exothermic reactions in the furnace. After the scrap, three or four times as much hot metal (up to 300 tonnes) is poured into the furnace from a ladle.

2. Blowing:

After charging, the furnace is blown by blasting oxygen through a lance that is lowered into the molten metal. The furnace needs no heating because the oxygen combines very exothermically with the impurity elements, carbon, silicon, manganese and phosphorus. Carbon is oxidized to carbon monoxide and much of the carbon in the metal escapes as this gas. The other impurity elements also form oxides. These are acidic and are separated from the metal by adding basic calcium oxide (lime) to the furnace. This combines with the oxides and removes silicon, manganese and phosphorus in a slag.

3. Tapping the furnace:

After the blow has continued for about 20 minutes, the metal is sampled. The BOS process is now complete and the furnace can be tapped. Steel is run out of the tap hole into a ladle, separating it from the lighter slag, which is later emptied as waste.

Figure.6 Basic Oxygen Furnace

Electric Arc Furnace

The Electric Arc Furnace (EAF) offers an alternative method of bulk steel manufacture. It makes steel from what would otherwise be unsightly and environmentally damaging scrap metals. It also consumes much less energy than the BOS furnace. Every tonne of EAF steel uses about 7.4 GJ of energy compared with about 16.2 GJ for every tonne of BOS steel.

Furnace Design: The EAF is a kettle-shaped structure with a removable lid. The three graphite electrodes that heat the furnace pass through this lid, which can be swung back when the furnace is being charged. The hearth of the EAF, where the metal is melted, is lined with a chemically basic and refractory material.

The sequence of operations is similar to that in the BOS furnace, except that, after charging, the charge must be melted down. The furnace charge melts when an electric arc passes between the electrodes and the scrap metal. The temperature around the arc rises to 1200oC and a 100 tones charge can be melted in about 60 minutes.

The four main stages are:

1. Charging with a mixture of metal and lime.

2. Melting the metal and scrap using electric arcs from the graphite electrodes. After this some more lime is added to clear out the oxides in the next step.

3. Blowing with oxygen to oxidize elements such as carbon, silicon and manganese in the scrap metal. As in the BOS furnace, carbon monoxide escapes as a gas. The oxides of the other elements are acidic and combine with the basic lime to make a neutral slag, which is poured off the surface.

4. Tapping the metal itself by running it out through the furnace spout into a ladle. The liquid in the ladle is now ready for secondary steelmaking and casting. Further treatments of the metal from the EAF take place in much the same way as steel from the BOS plant.

Continuous Casting

The modern steel industry uses continuous casting, which is more efficient. This technique allows molten steel from the ladle to be cast directly into the basic shape that the customer wants. By adjusting the water-cooled moulds in the continuous caster, steel sections can be produced in the three basic shapes; slabs, blooms and billets.

Figure.7 Graphic of slab, bloom and billet

SOME EXAMPLES OF MEDIUM CARBON STEEL

AISI 1030

Composition

Element Weight %

C

0.28-0.34

Mn

0.60-0.90

P

0.04 (max)

S

0.05 (max)

Mechanical Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Density (×1000 kg/m3) 7.7-8.03

25

Poisson’s Ratio 0.27-0.30 25

Elastic Modulus (GPa) 190-210

25

Tensile Strength (Mpa) 463.7

25

annealed at 845°C more

Yield Strength (Mpa) 341.3

Elongation (%) 31.2

Reduction in Area (%) 57.9

Hardness (HB) 126 25

annealed at 845°C more

Impact Strength (J)

(Izod) 69.4

25

annealed at 845°C more

Thermal Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Thermal Expansion (10-6/ºC) 11.7

15-75

Typical Application

Used for engineering, forging and heat treated automotive applications. Can be flame or induction hardened. Widely used for machine components having good machined performance and having moderate strength in the as rolled condition. Class 4.6 bolts and screws.

AISI 1035

Composition

Element Weight %

C

0.32-0.38

Mn

0.60-0.90

P

0.04 (max)

S

0.05 (max)

Mechanical Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Density (×1000 kg/m3) 7.7-8.03

25

Poisson’s Ratio 0.27-0.30 25

Elastic Modulus (GPa) 190-210

25

Tensile Strength (Mpa) 485

25

cold drawn (round bar (50-75 mm)) more

Yield Strength (Mpa) 415

Elongation (%) 10

Reduction in Area (%) 30

Hardness (HB) 143 25

cold drawn (round bar (50-75 mm)) more

Thermal Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Thermal Expansion (10-6/ºC) 14.8

20-700 more

annealed

Typical Application

Intermediate carbon higher in strength and hardness than low carbon steel. Used for studs, bolts etc.

AISI 1040

Composition

Element Weight %

C

0.37-0.44

Mn

0.60-0.90

P

0.04 (max)

S

0.05 (max)

Mechanical Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Density (×1000 kg/m3) 7.845

25

Poisson’s Ratio 0.27-0.30 25

Elastic Modulus (GPa) 190-210

25

Tensile Strength (Mpa) 518.8

25

annealed at 790°C more

Yield Strength (Mpa) 353.4

Elongation (%) 30.2

Reduction in Area (%) 57.2

Hardness (HB) 149 25

annealed at 790°C more

Impact Strength (J)

(Izod) 44.3

25

annealed at 790°C more

Thermal Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Thermal Expansion (10-6/ºC) 13.6

20-1000 more

annealed

Electric Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Electric Resistivity (10-9-m) 171

20 more

Typical Application

Used for general engineering and bright drawn applications as well as for bed frame applications in angle shapes. Can be flame or induction hardened. Widely used for machined components having good machining performance and having moderate to high

strength in the as rolled condition. Commonly used for bright drawn shafting. Class 5.8 bolts

and screws oil quench 860°C and tempered 600°C.

AISI 1045

Composition

Element Weight %

C

0.43-0.50

Mn

0.60-0.90

P

0.04 (max)

S

0.05 (max)

Mechanical Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Density (×1000 kg/m3) 7.7-8.03

25

Poisson’s Ratio 0.27-0.30 25

Elastic Modulus (GPa) 190-210

25

Tensile Strength (Mpa) 585

25

cold drawn, annealed (round bar (16-22 mm)) more

Yield Strength (Mpa) 505

Elongation (%) 12

Reduction in Area (%) 45

Hardness (HB) 170 25

cold drawn, annealed (round bar (19-32 mm)) more

Thermal Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Thermal Expansion (10-6/ºC) 15.1

0-700 more

annealed

Typical Application

Widely used for machined components having good machining performance and having high strength in the as rolled condition. Commonly used for axles and shafts.

AISI 1050

Composition

Element Weight %

C

0.48-0.55

Mn

0.60-0.90

P

0.04 (max)

S

0.05 (max)

Mechanical Properties

Properties Conditions

T (°C) Treatment

Density (×1000 kg/m3) 7.7-8.03

25

Poisson’s Ratio 0.27-0.30 25

Elastic Modulus (GPa) 190-210

25

Tensile Strength (Mpa) 636.0

25

annealed at 790°C more

Yield Strength (Mpa) 365.4

Elongation (%) 23.7

Reduction in Area (%) 39.9

Hardness (HB) 187 25

annealed at 790°C more

Impact Strength (J)

(Izod) 16.9

25

annealed at 790°C more

Typical Application

Strain hardened, stress relieved material typically 100 KSI yield strength. Great for making hammers, dies and other applications where hardness and extreme toughness is needed.

USAGE AREAS IN THE INDUSTRY

Some examples made of medium carbon steel:

Bolts, Screws, Studs, Track Links, Pins, Bushings, Roller Shells, Sprockets, Hammers, Automotive and Machinery Applications, Fasteners, Couplings, Simple Gears, Flanges, Gas Piston Rods, Constant Velocity Joints, Shafts, Reduction Gears, Knuckles, Gears, Connecting Rods, Nuts (Car & Motorcycle Parts, Railroad Noise Wall, Bridge Concrete Pump Truck, Machinery Equipment, Machinery Axle Of Motor Speed Reducer Robot)

Fasteners: Over 90 percent of all fasteners are manufactured using carbon steel. The reason is quite simple. Steel has excellent workability, offers the broadest range of attainable comparison with other commonly used fastener materials, it’s inexpensive.

• Grade 5 Fasteners: These fasteners are quenched and tempered for the additional strength necessary for most automotive uses and other applications where strength is a moderate concern. The grade marking on the head of a Grade 5 fastener is three equally spaced lines coming out from the center of the head. Manufacturers` identifications are added for traceability.

• Grade 8 Fasteners: These fasteners are manufactured for the most demanding applications. These fasteners are then quenched and tempered to superior strength and hardness qualities. The grade marking on a Grade 8 fastener is six equally spaced lines coming out from the center of the head. Once again, the manufacturer’s mark is necessary for traceability.

Grade 5

(Three radial lines) Use for small engine repair and for automotive needs

Grade 8

(Six radial lines) Automotive needs and other applications where high tensile strength is required

Bolts:

BOLT TYPE Made of SIZE RANGE GENERAL INFORMATION

Cap Screws Steel (Grade 5) 1/4" x 1/2" to 1-1/2" x 8" Grade 5, medium-carbon heat-treated in a carbon-controlled atmosphere. Minimum tensile strength of 120,000 psi in diameters through 1", and 105,000 psi for diameters over 1" through 1-1/2". Grade 5 will also meet other specifications such as ASTM A449.

Cap Screws Steel (Grade 8) 1/4" x 1/2" to 1" x 7" Grade 8, alloy, heat-treated in a carbon-controlled atmosphere. Minimum tensile strength of 150,000 psi. Grade 8 will also meet ASTM A354 Grade BD.

Plow - Standard Medium carbon steel, quenched & tempered 5/16" x to 1" x Albany Steel stocks one standard type of plow bolt: the No. 3 with round countersunk head and square neck.

Plow - Dome Head Steel (Grade 8) 5/16" x to 1" x Dome head plow bolts put extra metal at the wearing surface where it’s needed. They give added life to the assembly by resisting shock and abrasion.

Structural A325 TYPE 1 Medium carbon steel 1/2" x 1-1/4" to 1-1/4" x 8" Our fastener plants produce and stock a complete line of high-strength structural fasteners. They include bolts, nuts and washers to specification A325 Type 1 and Type 3 (Weath-R), and also to A490 specification requirements.

Figure.8 Bolt types

Weldability of Medium Carbon Steel

Welding is a materials joining process in which two or more parts are coalesced at their contacting surfaces by the suitable application of heat and or pressure

Weldability might be considered by some a subjective term but basically it refers to a material’s capacity to be welded under the conditions of design and fabrication and then to perform as expected during its service life. One of the most significant factors determining steel’s weldability is its ability to resist cracking in the weld area, and its weldability is sometimes evaluated on the basis of cracking sensitivity.

Medium carbon steel has a carbon range of 0.30 to 0.50%. Its weldability is considered good.

Although carbon content is not the only factor affecting weldability, it is generally thought that as carbon content increases, weldability decreases. When carbon levels reach the 0.30 to 0.35% range, special precautions, such as preheating, controlling heat input and postweld heat-treating, are normally required. The use of low-hydrogen electrodes is often recommended for successful welding.

Zezencay Web

06 Kasım 2007

* * * * * * * * *

ZEZENCAY WEB

* * * * * * * * *

bu çalışmayı lütfen kaynak belirterek kullanınız.

if you will use this document, show us as source please

http://www.zezencay.cjb.net

http://www.geocities.com/zezencay

*MS WORD DOCUMENT

*MS WORD BELGESİ

Awsvsm,.awsvsm:link,.awsvsm

06 Kasım 2007

.awsvsm,.awsvsm:link,.awsvsm:active,.awsvsm:visite d{ font-family:verdana,sans-serif; font-size:12px; text-decoration:none; color:Blue; } Cheap Web Site Hosting <http://20m.com>

RADYOAKTIFLIK Kendiliginden isima yapabilen maddeler radyoaktif maddelerdir. Radyoaktiflik çekirdek yapisiyla iliskilidir. Radyoaktif bir atom hangi bilesigin yapisina girerse , o bilesigi radyoaktif yapar. Radyoaktif maddeler kuvvetli birer enerji kaynagidir . Radyoaktif elementler bu enerjiyi kendiliklerinden yayinlarlar ve bu olayi hiçbir sekilde durdurmak mümkün degildir. Atomun çekirdeginde bulunan temel tanecikler proton ve nötron olup bunlara nükleon adi verilir. Nükleon = proton & nötron Radyoaktiflik özelligi ; elementlerin kati , sivi gaz ya da bilesik halinde olmasi etkilemez . Atomun kütlesi çekirdek deki proton ve nötronlarin kütleleri toplamina esit olmasi gerekirken daha küçüktür , bu arada ki kütle farki ; E=m . c2 teklinde enerjiye dönütür . Bu enerjiye baglanma enerjisi denir. Bir atomda nükleon batina düten baglanma enerjisi ne kadar büyükse , atom o kadar kararli yapida olur. Bu enerji çekirdekteki nükleonlari bir arada tutan enerjidir. Atom çekirdeginde kararlilik ya da kararsizlik , proton- nötron sayilari arasindaki ilitki töyle genellenebilir: 1- Atom numarasi 1-20 arasindaki atomlarin çekirdeklerinde proton sayisi = nötron sayisidir. 2- Atom numarasi 20-83 arasindaki çekirdeklerde nötron sayisi proton sayisindan fazladir. 3- Atom numarasi 83’ ten büyük olan elementlerin çekirdekleri kararsiz olup radyoaktiftir. 4- Atom numarasi ve nötron sayisi çift olan atomlarin , atom numarasi ve nötron sayisi tek olan atomlara göre , daha çok sayida kararli izotopu vardir. 5- En kararli çekirdekler , hem nötron hem de proton sayilari çift olanlardir. 0-8-20-28-50-82 proton veya nötron sayisina sahip çekirdekler özellikle kararlidir. Bu sayilara sihirli sayilar denir. Radyoaktif Bozunmalar Atoma distan herhangi bir etki olmadan , kendiliginden bozunarak daha küçük parçalara ayrilmasi ve bu ayrilma sirasinda isima yapmasina radyoaktiflik , bu tür isima yapan elementlere de radyoaktif atom denir. Radyoaktif , Tubat 1896’da Henri Becquerel ( Henri Bekerel ) tarafindan , potasyum uranil sülfatin yaydigi itinlarin bazi maddelerden geçip fotograf plagini karartmasiyla ketfedildi. Radyoaktif elementlerin biletiklerinde de radyoaktif özelligi aynen görülür. Bu yüzden radyoaktif kimyasal veya fiziksel etkilere ve degitmelere bagli bir özellik degildir. Sadece çekirdek yapisina bagli ve çekirdekte olan bir degitmedir. Radyoaktif elementler , radyoaktif isimalar ile kendiliginden baska kararli elementlere dönüsür. Atom çekirdeklerinin kararligi nötron ve proton sayisiyla ilgilidir. Dogada bulunan atomlarin nötron sayilari , proton sayilarina göre grafige geçirildiginde asagidaki grafik elde edilir. Grafik kararlilik kusaginin disindaki çekirdekler kararsizdir. Bu elementler radyoaktiftir. Genel olarak n/p < 1,5 olan çekirdekler kararli ya da az kararli , n/p > 1,5 olan çekirdekler kararsizdir.Kararsiz çekirdek yapisina sahip olan elementler ,kararli bir çekirdek yapisina ulasmak için alfa( ) , beta ( ) ,pozitron ( ) bozunmasi ve elektron yakalamasi seklinde bozunmaya ugrayarak isima yapar. Bu elementlere isima yapan anlaminda radyoaktif element denir. Atom çekirdeklerinde nükleon ( temel tanecik) batina düten baglanma enerjisi o çekirdegin kararliliginin ölçüsüdür. Atom çekirdeklerinde tanecik sayisi arttikça baglanma enerjisi azalir. Çekirdek kararsizligi arttikça radyoaktif olma özelligi artar. Atomlardaki çekirdek olaylari kimyasal olaylardan farklidir. Radyoaktivite ve çekirdek olaylari ile ilgili asagidaki sonuçlar çikarilabilir: Radyoaktiflik , dis etkenlere bagli degildir. Bir atomun radyoaktifligi sicaklik , basinç , çözünme , kimyasal tepkimeye girme gibi olaylarla degismez. Bir atom radyoaktif ise , o atomun olutturdugu biletikler de radyoaktiftir. Kimyasal olaylar radyoaktifligi degittirmez. Radyoaktif olaylarda açiga çikan ya da gereken enerji kimyasal olaylara göre çok fazladir. Radyoaktif atomlar kararli çekirdege dönüsebilmek için çesitli isimalar ( Radyoaktif bozunma) yaparlar. Bozunma Çetitleri 1-Alfa ( ) Bozunmasi Atom numarasi 83’ ten büyük olan elementler , kararli bir çekirdek yapisina ulasmak üzere , atom ve kütle numaralarini azaltarak n/p oranini bire yaklastirmak isterler. Bunun için alfa bozunmasina ugrayarak He çekirdeginden ibaret alfa tanecikleri yayinlamalari gerekir. Bu olaya alfa bozunmasi denir. Kisaca , atomun yapisindan bazi parçalarin atilmasidir. Bir alfa isimasi yapan elementin atom numarasi 2 , kütle numarasi 4 azalir. Örnek1.1 : X izotopu 3 alfa isimasi yaparsa , olusan elementin atom ve kütle numarasi ne olur ? Çözüm: 3 alfa isimasi ; Atom numarasini 2.3= 6 , kütle numarasini 4.3=12 azaltir. Olusan yeni elementin atom numarasi 84 , kütle numarasi 220 ‘dir. Not: Çekirdek tepkimelerinde tepkimenin her 2 tarafinda ki toplam atom numarasi ve toplam kütle numarasi birbirine esittir. Alfa isinlarinin özelikleri: 1- Fotograf filmlerine etki ederler. 2- + yüklü olduklari için elektrik ve manyetik alanda - kutup ‘ a dogru saparlar. 3- Kartilattiklari moleküllerden elektron kopararak , iyonlatmaya neden olurlar. 4- Giricilikleri çok azdir. 2- Beta ( ) Bozunmasi : Beta bozunmasi n/p orani kararlilik kusagindan daha büyük izotoplarin ugradigi bozunmadir. Bu tür atomlar kararli yapiya ulasmak için nötron sayilarini azaltmak isterler. Beta bozunmasina ugrayan bir elementin çekirdeginde ki bir tane nötron , bir proton ve bir elektrona dönütür. Beta bozunmasina ugrayan atomun atom numarasi 1 artarken , kütle numarasi degismez ve ugradigi atomun izobari olusur. Örnek1.2 : X izotopu art arda 4 alfa , 2 beta isimasi yaparsa , olusan elementin atom ve kütle no’su ne olur? Çözüm : 4 alfa isimasi : A.N : 2.4 = 8 azalir. K.N : 4.4 =16 azalir. 2 beta isimasi: A.N : 1.2 = artarken , Kütle numarasi degismez. Beta Itinlarinin Özellikleri : 1- Iyonlastirma özellikleri azdir. 2- Itik hizina yakin bir hizla hareket ederler. 3- Alfa isinlarindan daha çok , gama isinlarindan daha az giricidirler. 4- Fotograf filmine etki ederler. 5- Elektrik ev manyetik alanda negatif yüklü olduklari için pozitif kutupa dogru saparlar. Sapmalari alfa isinlarindan daha fazladir. Çünkü bunlarin kütleleri daha küçüktür. 3-Gama ( ) Isimasi: Hiçbir zaman tek batina meydana gelmez. Mutlaka bir bozunmadan sonra meydana gelen itimadir. Bazi atomlar bozunmalar sirasinda enerjisini ditariya veremez , yüksek enerjili durumda kalirlar. Enerjiden kurtulmak için gama itimasi yapip kararli duruma geçer. Gama itimasi sirasinda atomun atom ve kütle numarasinda bir degitiklik olmaz , yeni bir atom meydana gelmez. Gama Itinlarinin Özellikleri : 1- Alfa ve beta isinlarindan daha fazla giricidir. 2- Yüksüz olduklari için elektrik ve manyetik alanda sapmaya ugramazlar. 3- Kütlesizdirler , fotograf filmine etki ederler. 4-Pozitron ( ) Isimasi : Nötron sayisi proton sayisindan az olan radyoaktif atomlar , proton sayilarini azaltmak için çekirdeklerindeki bir protonu nötrona çevirirler. Proton = nötron + pozitron P = n + e Pozitron isimasi yapan bir atomun kütle numarasi degismez , atom numarasi 1 azalir. Pozitron tanecigi , beta taneciginin yük bakimindan tersidir. 5-Nötron ( n ) Firlatilmasi : Kararsiz bir çekirdekten disari nötron atilmasi ile gerçeklesir . Nötron firlatan bir atomun kütle numarasi 1 azalir. Atom numarasi degismez.Atom kendi izotopuna dönüsür. Çok hizli gerçeklesir, izlenmesi zor bir olaydir. Yapay çekirdek tepkimelerinde gerçeklesir. 6- Elektron Yakalamasi : Protonu nötronundan çok olan kararsiz çekirdekler [ n/p < 1] çekirdege en yakin olan 1s orbitalinden 1 elektron yakalayarak protonu nötrona çevirirler. Pozitron yayinlama ile ayni sonucu verir. 1s orbitalinde bosalan elektronun yerini , yüksek enerjili orbitallerdeki elektronlar birer düterek X isinlari olusturarak doldururlar . Atom numarasi 1 azalirken , kütle numarasi degismez. Bu olayda elementin izobari olusur. Örnek 1.3 : Radyoaktif isinlar ve etkileri ile ilgili asagidaki ifadelerden hangisi yanlistir ? ( 1992-ÖYS) A) Pozitron yayan bir atomun atom numarasi azalir. B) Alfa yayan bir atomun kütle numarasi degismez. C) Alfa isinlari +2 degerlikli taneciklerdir. D) Beta isinlari -1 yüklü elektronlardir. E) Gama isinlari yüksüz ve kütlesizdir. Çözüm : Alfa isimasi gerçeklestiren atomun ; atom numarasi 2 , kütle numarasi 4 azalir. (YANIT B ) Fajans Kanunu : Alfa bozunmasina ugrayan bir element , bozunma sirasinda olusan yeni elemente göre 2 grup önde(sag) yer alir. Yine beta bozunmasina ugrayan bir element olusan yeni elemente göre periyodik tabloda 1 grup geride yer alir. Buna fajans kanunu adi verilir. Örnek 1.4 : 4. Periyot 4A grubunda bulunan Y elementi alfa ve 2 beta isimasi yapiyor. Olusan elementin periydik tablodaki grubunu bulunuz.? Çözüm : Alfa isimasi yapti ; 2 geri geldi Sonuçta yine ayni yerine gelir. 2 Beta isimasi yapti ; 2 ileri gitti Cevap :4A Dogal Radyoaktivite : Kararli hale gelmek için atomlarin kendiliginden isima yapmasina dogal radyoaktif element denir. Atom numarasi 83-92 arasinda ki elementler dogal radyoaktif elementlerdir. Bunun yaninda atom numarasi 83 ‘den küçük olup dogal radyoaktiflik gösteren elementlerimiz de vardir. ( K , C , Rb ) Bir radyoaktiflik izotop bozunma sonucu batka bir radyoaktif izotopa dönütür. Buda bir batkasina dönütür. Bu itlem kararli bir çekirdek oluncaya kadar devam eder , böylece radyoaktif bozunma serileri ortaya çikar. Bu seriler Uranyum ( U) , Toryum ( Th ) , Aktinyum ( Ac) serisi olmak üzere üç türlüdür. Yapay Radyoaktiflik : Kararli ya da kararsiz elementlerin alfa , nötron , proton gibi tanecikler ile bombardimaninda olusan yeni elementler de radyoaktiftir. Bombardiman yolu ile elde edilen radyoaktif elementlerin bu özelligine yapay radyoaktiflik denir. 1934 yilinda Madam Curie ‘nin kizi I .Curie ve damadi F. Joliot’un çalismalari ile hizlanan yapay radyoaktiflik yolu ile birçok yeni element bulunurken teknoloji ve tibbin gereksinimi olan radyoaktif atomlar yapilmaya baslanmistir. 400’den fazla radyoaktif izotop yapay olarak elde edilmittir. NÜKLEER ÇEKIRDEK TEPKIMELERI VE ATOM ENERJISI Baglanma enerjisi grafigi incelendiginde nükleon ( tanecik) basina düsen baglanma enerjisinin en çok Fe elementlerinde oldugu görülür . Kütle numarasi küçük olan atomlarin kaynasarak ( Füzyon ) daha büyük kütle numarasindaki atomlara dönüsmesinde ya da kütle numarasi 56’dan büyük olan atomlarin parçalanarak ( Fisyon ) küçük atomlara dönüsmesinde açiga çok yüksek enerji çikar. Bu enerjiye Nükleer enerji veya ATOM ENERJISI denir. 1. FISYON ( Bölünme ) TEPKIMELERi : I : Kütle numarasi büyük olan atomlarin hizlandirilmis küçük tanecikler ( nötron ) ile bombardimani sonucu daha küçük atomlara bölünmesi tepkimeleridir. Atom bombasi bu esasa göre yapilmistir. 2. FÜZYON (Kaynasma ) TEPKIMELERi : Kütle numarasi küçük olan atomlarin hizli tanecikler ile bombardimani sonucu daha büyük çekirdeklerin olutmasidir. Açiga çikan enerji Fisyon enerjisinden daha büyüktür. Hidrojen bombasi bu esasa göre yapilir. Örnek 1.5 : I. Radyum + Oksijen Radyum Oksit II. Radyum Radan + Helyum III. Radyum + Hidrojen klorür Radyum klorür + Hidrojen Tepkimeleriyle ilgili asagidakilerden hangisi yanlistir ? (1996-ÖSS ) A) I ve III kimyasal tepkimedir. B) II çekirdek tepkimesidir. C) I de kütle degisimi önemsizdir. D) II de kütle degisimi önemsizdir. E) III de kütle degisimi önemsizdir. Çözüm: II. Tepkime bir çekirdek tepkimesi olup kütle degisimi önemsizdir diyemeyiz. RADYOAKTIF BOZUNMA HIZI , YARILANMA SÜRESI Radyoaktif bir elementin herhangi bir anda mevcut olan miktarinin yarisinin bozunmasi için geçen süreye yarilanma süresi denir . Yarilanma süresi dis etkenlere bagli degildir. Bozulan çekirdegin yapisina baglidir. Bir elementin izotoplarinin yarilanma süreleri farklidir. Radyoaktif maddelerin bozunma hizi çekirdegin kararsizligina baglidir. Birim zamanda bozunma hizi çok olan çekirdekler kararsizdir. Radyoaktif bozunma hizi , maddelerdeki radyoaktif atomlarin sayisi ile dogru orantilidir. Bir izotopun saniyede parçalanma sayisi onun radyoaktiflik siddetini verir . 1gram radyumun saniyede yaydigi parçacik sayisi radyoaktiflik siddet birimi olarak kabul edilmistir. Radyoaktiflik tiddet birimi 1 Küri ( Curie ) ; saniyede 3,7.10 ( 37 milyar ) bozunmadir. ( 1 Ci ) olarak tanimlanir. ( 1/Ci ) ye Becquerel radyoaktiflik tiddet birimi denir. Yarilanma süresi radyoaktif maddenin miktarina bagli degildir. Madde miktari arttikça isima miktari artar , yarilanma süresi ( yari ömür ) degismez. Yarilanma süresi radyoaktif maddeler için ayirt edici özelliktir. Yarilanma ile maddenin kütlesi tükenmez. Radyoaktif maddelerin yarilanma süreleri ile ilgili hesaplamalar için maddenin basinç kütlesi , yari ömrü , geçen süre , kalan madde miktari gibi niceliklerin bilinmesi gerekir. Örnek 1: Yari ömrü 18 gün olan radyoaktif bir elementin , 72 gün sonunda % kaçi bozunmadan kalir? Çözüm 1: Kaç defa yarilandigini bulalim : 72/18= 4 defa yarilanmistir. Baslangiç kütlesi 100g alinirsa ; 100 50 25 12.5 6.25 Kalan % 6.25 dir. Örnek 2 : Radyoaktif bir maddenin 3/4 ‘ünün bozunmasi için n yil geçmittir. Yari ömrü kaç yildir ? Çözüm 2: Madde miktari 4g alinirsa ; 3 grami bozunmus 1gr kalmistir. 4 2 1 2 defa yarilanmis , 2 defa yarilanma n yilda olursa 1 defa yarilanma x dersek x= n/2 yil olur. Örnek 3 : Bir radyoaktif izotopun 24 gün sonra batlangiçtaki miktarinin 1 geriye kaldigina göre , bu izotopun yari ömrü kaç gündür ? ( 1987-ÖYS) A) 1 / 3 B) 3 C) 8 D) 24 E) 96 Çözüm 3: Bu izotopun tamami 8 /8 = 1’dir. 1 / 8 i geriye kaldigina göre ; 1 1 / 2 1/ 4 1 /8 teklinde 3 kez yarilanmalidir. Geçen süre 24 gün olup , yarilanma süresi 24 : 3 = 8 gündür . (YANIT C ) Örnek 4: Bir alfa , iki beta isimasi yapan radyoaktif bir element için ; I. Kimyasal özelligi degisir. II. Nötron sayisi 2 azalir. III. Izotopu olusur. Ifadelerinden hangileri dogrudur ? A) Yalniz I B) Yalniz II C) Yalniz III D) I ve II E) II ve III Çözüm 4; Bir alfa isimasinda atom numarasi 2 , kütle numarasi 4 azalir. Iki beta isimasinda ise atom numarasi 2 artar , kütle numarasi degismez. Böylece izotopu olusur. Örnek 5: Radyoaktif maddelerin yari ömürleri ile ilgili I.Madde miktarina baglidir. II.Elementten elemente degisir. III.Maddenin kati , sivi ya da gaz halinde bulunmasina baglidir. Yargilarindan hangileri dogrudur ? ( 1996 - ÖYS ) A) Yalniz I B) Yalniz II C) Yalniz III D) I ve III E) I , II ve III Çözüm 5: Radyoaktif bir elementin yari ömrü madde miktarina maddenin fiziksel haline bagli degildir. Her element için farklidir. ( YANIT B ) Element Proton sayisi Nötron sayisi Nötron / proton Helyum 2 2 1.00 Karbon 6 6 1.00 Azot 7 7 1.00 Sodyum 11 12 1.09 Alüminyum 13 14 1.07 Potasyum 19 20 1.05 Demir 26 30 1.15 Çinko 30 35 1.17 Sezyum 55 78 1.42 Bizmut 83 126 1.52 Polonyum 84 126 1.50 Radyum 88 138 1.56 Toryum 90 140 1.56 Protaktinyum 91 140 1.53 Uranyum 92 146 1.58 Plütonyum 94 148 1.57 Dogada bulunan bazi elementlerin proton ve nötron sayilari yukaridaki tabloda verilmistir.

ANA MENÜ

anasayfa <index.html>

üiçiidnyann en ilgin yazlar <index1.html>

siirler <index3.html>

programlar(dawnload) <program.html>

dersler <index2.html>

<mailto:bereket06@hotmail.com> <mailto:bereket06@hotmail.com>

Çözeltilerin Buhar Basınçları (Raoult Yasası) Kaynama Sıcaklıkları Ve Damıtma

06 Kasım 2007

ÇÖZELTİLERİN BUHAR BASINÇLARI (RAOULT YASASI) KAYNAMA SICAKLIKLARI ve DAMITMA

Herhangi bir çözeltide buhar basıncı bileşenlerin buhar basınçları toplamına eşittir.Gerek buhar fazında ve gerekse sıvı fazda ideal bir karışım özelliği gösteren sistemlerde kısmi buhar basınçları, Dalton’un kısmi basınçlar yasası ve RAOULT YASASI ile hesaplanabilir.

Örneğin havası boşaltılmış bir kap içinde iki bileşenli bir sıvı-sıvı karışımı alalım.Sıvı-buhar dengesi kurulduğunda buhar fazındaki mol kesirleri y1 ve y2, sıvı fazdaki mol kesirleri ise x1 ve x2 olsun.Buhar fazının ideal gaz gibi davrandığını düşünerek, bu fazdaki mol kesirleri ile toplam basıncın çarpımından Dalton yasasına göre kısmi buhar basınçları (10.8.1) ve (10.8.2) denklemleriyle hesaplanır.Çözeltinin toplam buhar basıncı ise, kısmı basınçların toplamı olarak yine Dalton yasasına göre

p=p1 + p2 (10.8.5)

şeklinde hesaplanır.

Fazlar Yasalar Derişimler Kısmı basınçlar 3+

6

Buhar

Fazı Dalton

Yasası y1 p1=py1 (10.8.1)

y2 p2=py2 (10.8.2)

Sıvı

Fazı Raoult

Yasası x1 p1=p01 x1 (10.8.3)

x1 p2=p02 x2 (10.8.4)

Aynı kısmi buhar basınçları sıvı fazın bileşimine bağlı olarak da hesaplanabilir.François RAOULT’un 1886 yılında ortaya koyduğu ve kendi adıyla anılan RAOULT yasasına göre,sıvı fazdaki bileşenlerin kısmi buhar basınçları;o bileşenlerin aynı sıcaklık ve saf haldeki buhar basınçlarıyla sıvı fazdaki mol kesirlerinin çarpımı olarak (10.8.3) ve (10.8.4) denklemlerinden hesaplanabilir.Her iki yoldan bulunan kısmi basınçlar aynı değeri vereceğinden Dalton ve RAOULT denklemlerinin birbirine eşitlenmesiyle sıvı fazın bileşimi buhar fazının bileşimine,

py1=p01 x1=p1 (10.8.6)

py2=p02 x2=p2 (10.8.7)

eşitlikleriyle bağlanır.Eğer, sıvı fazın bileşimi belli ise buhar fazının bileşimi veya buhar fazının bileşimi belli ise sıvı fazın bileşimi bu denklemlerden bulunur.

Dalton yasasına göre (10.8.5) eşitliğinde verilen toplam basınç bağıntısında kısmi basınçlar yerine RAOULT yasasından değerleri yazılırsa, x1 + x2=1 olduğundan

p=p01 x1 + p02 x2 (10.8.8)

p=p01(1-x2 )+ p02 x2 (10.8.9)

p=p01 +(p02 – p01) x2 (10.8.10)

eşitliği elde edilir.Bu eşitlik;kayması p01, eğimi ise (p02 – p01) olan ve toplam basıncının 2. bileşenin mol kesri ile değişimini veren bir doğru denklemidir.Diğer yandan,RAOULT yasasına göre yazılan kısmi basınçlar da eğimi p01 ve p02 olan, kısmi basınçları çözeltideki mol kesirlerine bağlanan ve merkezden geçen doğru denklemleridir.Bu denklemlerin sabit sıcaklıktaki doğruları şekil 10.8.2‘de görülmektedir.Eğer, toplam basınç, y2=p02 x2 /p bağıntısından hesaplanabilen buhar fazının bileşimine karşı grafiğe geçirilirse şekil 10.8.2’de görülen eğri elde edilir.Bu, p=f (x2,y2) diyagramı şekil 8.8.1’de görülen aygıt yardımıyla belirlenebilir.Buhar fazının bileşimine göre çizilen toplam basınç eğrisi, sıvı fazın bileşimine göre çizilen toplam basınç eğrisinin altından gider.İki eğri arasında doygun sıvı ile doygun buhardan oluşan heterojen bir karışım vardır.Alttaki eğri doygun buharı,üstteki doğru ise doygun sıvıyı simgeleyen noktaların geometrik yerleridir.Şekil 10.8.2’den görüleceği üzere 2. bileşeni mol kesrinin 0.35 olduğu bir sıvı karışımın dengede olduğu buharda 2. bileşenin mol kesri 0.50’dir.Öyleyse, karışım üzerindeki buhar alınıp yoğunlaştırılsa mol kesri 0.35 olan ilk sıvı karışımdan 2. bileşence zengin ve mol kesri 0.50 olan yeni bir sıvı karışımı elde edilecektir.Aynı sıcaklıktaki bu yeni sıvı karışımda buharı ile dengeye getirilirse yine mol kesri 0.50 olan bu 2. sıvı faza göre daha zengin ve mol kesri 0.63 olan bir buhar fazı elde edilecektir.Benzer işlemler ardarda sürdürülerek saf haldeki 2. bileşene şekil 10.8.2’deki basamaklarla ulaşılır.Buhar fazın 2.bileşence sıvı faza göre daha zengin olması;2.bileşenin daha uçucu olmasından kaynaklanmaktadır.Aynı sıcaklıkta saf haldeki buhar basıncı diğerine göre büyük olan bileşen daha uçucudur.

Uçuculuk farkına dayanılarak ardarda işlemlerle karışımdaki bileşenlerin birbirinden ayrılması sürecine damıtma (destilasyon) adı verilir.

Sabit basınç altında görülen aygıt ile çeşitli bileşimde karışımların kaynama sıcaklıkları ve bu sıcaklıklarda sıvı faz ile dengede olan buhar fazının bileşimi belirlenebilir.Kaynama sıcaklığının sıvı ve buhar fazın bileşimine bağlılığı şekil 10.8.4’te görülmektedir.Buhar basıncı ile kaynama sıcaklığı ters yönde değiştiğinden şekil 10.8.2’deki grafik ile şekil 10.8.4’teki grafik birbirinin tersi şeklinde görülmektedir.

Kaynama sıcaklığı bileşim diyagramında doygun sıvı ve doygun buhar bileşimine göre çizilen grafiklerden her ikisi de eğridir.Eğrilerin arasında doygun sıvı ve buhardan oluşan heterojen bir karışım vardır.Şekil 10.8.4’ten görüldüğü gibi 2. bileşenin mol kesrinin 0.25 olduğu bir sıvı karışımın dengede olduğu buhar fazında 2. bileşenin mol kesri 0.50’dir.Buradan da buhar fazının uçucu, yani kayma noktası düşük olan bileşence daha zengin olduğu görülmektedir.Bu buharın yoğunlaştırılmasıyla elde edilecek sıvının buharlaştırılmasından uçucu olan 2.bileşence daha da zengin bir buhar fazı elde edilecektir.Bu işlemlere ardarda devam edildiğinde bileşenler birbirinden ayrılabileceklerdir.Bu tür ayırma işlemine damıtma dendiği az yukarıda söylenmiştir.Damıtma hesaplamaları genellikle kaynama sıcaklığı-bileşim hal diyagramı yardımıyla yapılır.Tüm karışımlar için bu tür diyagramlar denel yoldan belirlenir.

Şekil 10.8.4 incelendiğinde kaynama süresince damıtma balonundaki sıvı gitgide uçucu olmayan yani yüksek sıcaklıkta kaynayan bileşence zenginleşeceğinden kaynama sıcaklığı sürekli yükselecektir.Uçucu bileşen buhar fazına daha fazla geçecek ve bu fazın yoğunlaştırılması ile elde edilen ve damıtılan sıvı (destilat) adı verilen karışımda daha fazla bulunacaktır.Uygulamada damıtılan sıvıya üst ürün, balonda geri kalana ise alt ürün denir.

Endüstride, karışımları şekil 10.8.3’te görülen basit bir damıtma aygıtı ile damıtmak imkansızdır.Bu tür basit damıtma sistemleriyle sıvı uçucu olmayan katkı maddelerinden kurtarılarak damıtık su eldesinde olduğu gibi saflaştırılır.Teknikte karışımlar ayrımsal (fraksiyonlu) damıtma kolonları kullanılarak birbirlerinden ayrılırlar.Şimdi bu konuyla ilgili bazı sorular çözelim:

SORU-1

Sıcaklıkları 300 C olan saf eter ve saf asetonun buhar basınçları sırayla 646 mmHg ve 283 mmHg olarak verilmektedir.Sıvı fazda eterin mol kesri 0.5 ise;

a) Herbir bileşenin kısmi basıncını,

b) Toplam basıncı,

c) Buhar fazının bileşimini bulunuz.

Çözüm:

a)Etil eteri 1, asetonu ise 2 ile indisleyerek hesaplamaları yapalım:

p1=0.50 x (646 mmHg) =323 mmHg

p2=0.50 x (283 mmHg) =142 mmHg

b)p=p1+p2=323 mmHg +142 mmHg =465 mmHg

c)y1=p1/p =323 mmHg /465 mmHg =0.70

y2=p2/p =142 mmHg /465 mmHg =0.30

SORU-2

İdeal karışım oluşturdukları düşünülen heptan ve oktanın 400 C’de saf haldeki buhar basınçları sırayla 0.121 atm ve 0.041 atm’dir.Aynı sıcaklıkta 1 mol heptan ile 4 mol oktan karıştırıldığında toplam buhar basıncı ne olur?

Çözüm:

p=(1/5)x(0.121 atm)+(4/5)x(0.041 atm)=0.057 atm olur.

SORU-3

Sıcaklık 300 K iken 1 ve 2 sıvılarının saf haldeki buhar basınçları sırayla 200 mmHg ve 500 mmHg’dır.Aynı sıcaklıkta karışımın toplam buhar basıncı 350 mmHg olduğuna göre sıvı ve buhar fazının bileşimlerine hesaplayınız.

Çözüm:

Denklem (10.8.10) ve denklem (10.8.7)’den sırayla sıvı ve buhar fazın bileşimleri aşağıdaki gibi hesaplanır:

350 mmHg =200 mmHg + {(500-200) mmHg} x2

x2=0.5; x1=1-x2=1-0.5=0.5

y1=p1/p=x1 p01/p=0.50 x (200 mmHg)/350 mmHg

y1=0.28; y2=1-y2=1-0.28=0.78

RAOULT YASASINDAN SAPMALAR

Tüm çözeltiler ideal olmadığından RAOULT yasasına uymazlar.Bazı çözeltiler RAOULT yasasından artı bazıları ise eksi sapmalar gösterirler.İdeal çözeltilerde, karışan A-B molekülleri arasındaki etkileşme, A-A molekülleri ve B-B molekülleri arasındaki etkileşmenin hemen hemen aynısıdır.Bu yüzden karışma sırasında sistem ile ortam arasında ısı alışverişi ve hacim değişimi gözlenmez.Kısaca, oluşumu sırasında ısı alışverişi ve hacim değişimi gözlenmeyen karışımlara ideal çözeltiler denir.

RAOULT yasasından artı sapma; karışımdaki A-A ve B-B molekülleri arasındaki çekme kuvvetinin, A-B molekülleri arasındaki çekme kuvvetinden daha büyük olmasından yani A ve B moleküllerinin birbirini itmesinden kaynaklanır.Bu tür çözeltiler hazırlanırken dışarıdan ısı alınır.Yani karışma endotermiktir.Eğer A-B molekülleri arasındaki çekme kuvveti, A-A ve B-B molekülleri arasındaki çekme kuvvetinden daha büyükse RAOULT yasasından eksi sapma olur.Böylece bileşenlerin buhar fazına geçmesi engellenen bu çözeltilerin çoğu hazırlanırken dışarıya ısı salınır yani karışma ekzotermiktir.Artı sapmadaki kısmi buhar basınçları ve toplam basınç RAOULT yasasından hesaplanan değerlerden daha büyük olduğu halde eksi sapmadakiler daha küçüktür.

RAOULT yasasından sapmanın büyüklüğü, A-B molekülleri arasındaki etkileşmenin, A-A ve B-B molekülleri arasındaki etkileşmelerden olan farkına bağlıdır.Bu farka göre, şekil 10.9.12de görülen basınç-bileşim ve sıcaklık-bileşim eğrilerine uyan ikili karışımlar oluşmaktadır.

Büyük bir derişim aralığında RAOULT yasasından sapma gözlendiği halde seyreltik çözeltilerde şekil 10.9.1’de görüldüğü gibi karışımlar ideal davranırlar ve kısmi basınç eğrileri RAOULT kısmi basınç doğruları ile çakışırlar.Bu bölgeler faz diyagramlarında ‘R’ harfi ile belirtilmişlerdir.

RAOULT yasasından artı ve eksi sapma genellikle 2 gruba ayrılabilir.Birincisi sapmaların az olduğu ikincisi ise çok olduğu sistemler içindir.Şekil 10.9.1’deki eğri sistemlerini sırayla incelemeye çalışalım.

a)RAOULT yasasından az miktarda artı sapma gösteren ikili bir sıvı-sıvı karışımın basınç-bileşim ve sıcaklık-bileşim eğrileri çizilmiştir.Doygun sıvı ve buhar eğrileri arasında bu 2 fazdan oluşan heterojen sistem vardır.Bu türden sistemler RAOULT yasasına uyan karışımlar gibi irdelenip damıtılabilir.Bu grafiklerin RAOULT yasasına uyanlardan tek görünüş farkı, toplam basınç sıvı fazın bileşimi grafiğinin bir doğru yerine bir eğri olmasıdır.Az uçucu olan bir bileşene uçucu bir bileşen eklendiğinde oluşan karışımın kaynama noktası düştüğü halde, ters işlem yapıldığında oluşan karışımın kaynama noktası yükselir.

b)RAOULT yasasından az miktarda eksi sapma gösteren ikili bir sıvı-sıvı karışımının basınç-bileşim ve sıcaklık-bileşim eğrileri çizilmiştir.RAOULT yasasına uyan karışımlara uygulanan damıtma işlemi bu karışımlara da uygulanabilir.Gerek bu tür ve gerekse (a) türü karışımların bileşenleri ayrımsal damıtma ile birbirlerinden ayrılabilirler.

c)RAOULT yasasından çok şiddetli artı sapma gösteren bu tür karışımlarda; toplam buhar basıncı bir maximumdan, kaynama sıcaklığı ise bir minimumdan geçer.Bileşim konları aynı olan ve şekil 10.9.1’de A ile simgelenen bu tür sistemlere azeotropik karışım denir.Azeotropik karışımlarda buhar fazının bileşimi sıvı fazın bileşimi ile aynıdır.Bu yüzden azeotropik karışımlar saf bir madde gibi kaynadığından damıtma ile bileşenlerine ayrılamazlar.Yalnızca sistem üzerine uygulanan basınç değiştirilerek azeotropik karışımın bileşimi değiştirilebilir veya bu karışım ortadan kaldırılabilir.

ç)RAOULT yasasından çok şiddetli eksi sapma gösteren bu karışımlarda;toplam buhar basıncı bileşim eğrisi bir minimumdan kaynama sıcaklığı bileşim eğrisi ise bir maximumdan geçer.Bileşen konları aynı olan ve ‘A’ ile simgelenen bu noktalardaki sistemlere azeotropik karışım denir.Yalnız burada maximum kaynama sıcaklığı gösteren bir azeotropik karışım vardır.Azeotropik noktadaki karışım saf bir madde gibi kaynar ve sıvı fazın bileşimi ile buhar fazın bileşimi aynı olduğundan damıtma ile bileşenlerine ayrılamaz.

Gerek (c) gerek (ç) azeotropik sistemleri damıtıldıklarında bileşenlerden biri ile azeotropik karışım ayrılır.Kısaca azeotropik karışım veren sistemlerin bileşenlerini damıtma ile birbirinden ayırmak olanaksızdır.Hangi bileşimden damıtma başlarsa başlasın yalnızca o bileşime yakın bileşen ile azeotropik karışım birbirinden ayrılır.Şekil 10.9.1’deki (c) ve (ç) eğrilerinde bu durum basamaklarla gösterilmiştir.

Azeotropik bileşim veren karışımlar oldukça fazladır.Örneğin 1000 C’de kaynayan su ve 78.30 C’de kaynayan etil alkol kütlece %40 su içerecek şekilde karıştırıldığında 78.170 C’de minimum kaynama sıcaklığı veren bir azeotropik karışım elde edilir.Normal kaynama noktası –800 C olan HCl ile normal kaynama noktası 1000 C olan su kütlece %20.22 HCl içerecek şekilde karıştırılırlarsa 108.60 C ‘de max. kaynama sıcaklığı veren bir karışım elde edilir.Birinci örnekte RAOULT yasasından artı sapma, ikincisinde ise eksi sapma söz konusudur.Artı sapmada toplam buhar basıncı yükseleceğinden kaynama noktası düşerken, eksi sapmada toplam buhar basıncı düşeceğinden kaynama noktası yükselir.Özetle, azeotropik karışımlar sıvı ve buhar fazlarının bileşimleri aynı iki fazla ve ikinci bileşenli sistemler olup, damıtılamazlar.

ÇÖZÜNENİN UÇUCU OLMADIĞI ÇÖZELTİLERDE BUHAR BASINCI DÜŞMESİ

Çözünenin oldukça az olduğu seyreltik çözeltiler RAOULT yasasına uyarlar.Benzer şekilde uçucu olmayan katıların çözünmesiyle elde edilen seyreltik çözeltiler de RAOULT yasasına uyarlar.Çözünenin buhar basıncı hemen hemen sıfıra yakın olduğundan, çözeltinin p toplam buhar basıncı yalnızca çözücünün p1 kısmi buhar basıncına eşit olur.Bu yüzden de çözeltinin buhar basıncı saf çözücünün buhar basıncına göre daha düşük olur.Şekil 10.10.1’de, sırayla barometre (a), barometre boşluğuna konulan çok az miktarda saf çözücü olarak su (b) ve yine barometre boşluğuna konulan aynı miktardaki sakkaroz çözeltisi (c) görülmektedir.Barometrelerden okunan basınçlar sırayla (a) h1 mmHg ,(b) h2 mmHg ve (c) h3 mmHg olmaktadır.Buna göre h1>h2>h3 eşitsizliği görülmektedir.Kısaca barometre boşluğuna konulan saf çözücünün basıncı daha fazla olduğundan aynı boşluğa aynı miktarda konulan çözeltiye göre barometredeki civa yüksekliğini daha çok düşürür.Saf çözücü ile çözeltideki moleküllerin görünüşü şekil 10.10.2’de verilmiştir.

Çözücüyü 1, çözüneni de 2 ile indislediğimizde çözeltinin p toplam buhar basıncı, yalnızca çözelti üzerinde saf çözücünün p1 kısmi buhar basıncına eşit olacağından;

p=p1 =p01 x1 =p1 (1-x2) (10.10.1)

x2 =(p01- p1) /p01 =p/ p01 (10.10.2)

bağıntıları yazılabilir.Öyleyse, uçucu olmayan bir çözünen ile hazırlanan çözeltideki, p basınç düşmesinin saf haldeki çözücünün p01 buhar basıncına oranlanmasıyla tanımlanan, p/p01 bağıl buhar basıncı düşmesi çözünenin x2 mol kesrine eşittir.Bu tanım, RAOULT yasasının bir başka söylenişidir.

Saf çözücü ile çözelti arasındaki p/p01 bağıl basınç düşmesi ölçülerek, çözücünün M1 mol kütlesi ve g1 kütlesi bilindiğinden;

(g2/ M2)/{(g1/M1)+(g2/M2)}=p/p01 (10.10.3)

bağıntısından çözünenin M2 mol kütlesi belirlenebilir.Bu yola RAOULT yasası ile mol kütlesi belirlenmesi yöntemi denir.

Çözünen partiküllerin derişimine fakat doğasına bağlı olmayan çözelti özelliklerine koligatif özellikler adı verilir.Koligatif özellikler, yalnızca çözeltide bulunan ayrı ayrı taneciklerin derişimine bağlı olup; taneciklerin molekül, anyon veya katyon gibi farklı olan doğasından bağımsızdırlar.Örneğin 1 molal sakkaroz çözeltisi ile 1 molal üre çözeltisinin çözücü aynı olmak koşuluyla kaynama noktası yükselmeleri ve donma noktası düşmeleri aynı olduğu halde, 1 molal NaCl çözeltisinde bu değerler diğerlerinin 2 katıdır.Çünkü, NaCl çözeltisinin 1 molu içerisinde 1 mol Na ve 1 mol Cl iyonu olmak üzere toplam 2 mol tanecik vardır.Yalnızca tanecik sayısına bağlı olan koligatif özellikler için 1 m NaCl çözeltisi 2 m sakkaroz veya 2 m üre çözeltisinin etkisini gösterir.Eğer 1 m CaCl2, 1 m FeCl3 ve 1 m Al3(SO4)3 çözeltilerini göz önüne alırsak, 1 m üre ve sakkaroz gibi moleküler çözeltilerin göstermiş olduğu koligatif özelliklerin sırayla 3,4 ve 5 katını gösterirler.Üre ve sakkaroz moleküler olarak çözündüğünden 1 molu çözeltiye daima 6.02 x 1023 tanecik verir.Oysa 1 mol NaCl çözeltiye 2 x 6.02 x 1023 tanecik verir.

SORU-1

Suyun 200 C’deki buhar basıncı 17.54 mmHg’dir.114 gr sakkaroz 1000gr suda çözündüğünde buhar basıncı 0.092 mmHg kadar düşmektedir.Sakkarozun mol kütlesini hesaplayınız.

ÇÖZÜM:

(114 gr /M2)/{(1000 gr /18 gr mol-1)+(114 gr/M2)}=0.092 mmHg/17.54 mmHg

M2=340 gr mol-1, (Gerçek değer M2=342 gr mol-1)

SORU-2

Elementel analizi %94.34 C ve %5.66 H olan bir organik bileşiğin 0.5455 gramı 25 gr CCl4 içinde çözülerek hazırlanan çözeltinin 100 C’deki buhar basıncı 83.923 mmHg’dır.Aynı sıcaklıkta saf CCl4’ün buhar basıncı 85.513 mmHg olduğuna göre alınan organik bileşiğin mol kütlesini ve molekül formülünü bulunuz.

ÇÖZÜM:

Nicel analiz sonuçlarından CxHY şeklinde simgelenen organik bileşiğin içindeki atomların oranı:

x:y=(94.34 gr/12 gr mol-1)5.66 gr/1 gr mol-1)=7.86:5.66

=(7.86/5.66)5.86/5.86)=1.4:1=14:10

olduğundan en basit formül C14H10 ve mol kütlesi 178 gr m-1 olur.Aynı bileşiğin mol kütlesi, CCl4’ün mol kütlesi 154 gr mol-1 olduğuna göre (10.10.1) eşitliğinden

83.923 mmHg={(25 gr/154 gr mol-1)/(25 gr/154 gr mol-1)+(0.5455 gr/M2)}x (85.513 mmHg)

M2=177.1 gr mol-1 olarak hesaplanır.Böylece molekül formülünün C14H10 olduğu kesinleşir.

SORU-3

Suyun 500 C’deki buhar basıncı 0.122 atm’dir.Aynı sıcaklıkta uçucu olmayan bir bileşenin 1.00 m sulu çözeltisinin buhar basıncını hesaplayınız.

ÇÖZÜM:

Çözeltinin derişiminin 1.00 m olması 100 gr suda 1 mol uçucu olmayan bileşenin çözünmesi demektir.Buna göre çözeltinin buhar basıncı (10.10.1) denkleminden hesaplanır:

p=p1=p01 x1=(0.122 atm) x (1000 gr/ 18 gr mol-1)/{(1000 gr/18 gr mol-1)+(1 mol)}

p=(0.122 atm) x 0.982=0.120 atm

BUHAR BASINCI DÜŞMESİNİN YOL AÇTIĞI DİĞER OLAYLAR:ÇÖZELTİLERİN KAYNAMA ve DONMA NOKTALARI

Uçucu olmayan çözünen ile hazırlanan bir çözeltinin buhar basıncının saf çözücünün buhar basıncına göre düşük olması; çözeltinin kaynama noktasının yükselmesine, donma noktası düşmesine ve ozmoz olayına yol açar.Uçucu olmayan çözünenden dolayı çözeltinin saf çözücüye göre buhar basıncı düşmesini ölçmek oldukça güçtür.Buna rağmen, çözeltinin saf çözücüye göre kaynama noktasının yükselmesi, donma noktası düşmesi ve çözeltinin ozmatik basıncı büyük bir duyarlılıkla ölçülür.

Buhar basıncı, üzerindeki atm.basıncına eşit olana dek ısıtılan bir sıvı kaynamaya başlar.1 atm. basınç altındaki kaynama sıcaklığına normal kaynama sıcaklığı denir.Uçucu olmayan bileşen çözeltinin buhar basıncını düşürdüğünden çözelti saf çözücünün standart kaynama sıcaklığına gelindiğinde henüz kaynamaz.Çözeltinin buhar basıncını 1 atm.’ye çıkararak kaynatmak için sıcaklığını daha da yükseltmek gerekir.Böylece, uçucu olmayan çözünen içeren çözeltinin kaynama sıcaklığı saf çözücünün kaynama sıcaklığından daha yüksek olur.Bu kaynama noktası yükselmesi çözeltinin derişimi ile doğru orantılı olarak artar.Bu kural yalnızca seyreltik ve ideal çözeltiler için geçerlidir.

Isıtılan saf çözücü içinde şekil 10.10.2’den görüldüğü gibi buhar fazına geçmesi olası çözücü moleküllerinin sayısı, çözeltideki çözücü molekülleri sayısına göre daha fazladır.Bundan dolayı sıcaklık yükseldikçe saf çözücünün buhar basıncı, çözeltinin buhar basıncına göre atm. basıncına daha düşük sıcaklıkta ulaşır ve kaynamaya başlar.Çözeltinin kaynaması için sıcaklığı yükseltilerek basıncının atm. basıncına eşit olması sağlanır.Çözücü ve çözeltinin buharlaşması şematik olarak şekil 10.11.1’de görülmektedir

Saf çözücü ve çözeltinin donması şekil 10.11.2’de şematik olarak verilmektedir.Saf çözücü molekülleri katı fazı oluşturmak üzere, çözeltideki çözücü moleküllerine göre daha kolay istiflenecek, daha yüksek sıcaklıkta donacaktır.Uçucu olmayan çözünen molekülleri çözücünün saf katısını oluşturmasını bir ölçüde engellediklerinden, donmanın olabilmesi için çözeltinin daha çok soğutulması gerekmektedir.Böylece donma noktası düşecektir.

Bu olgu saf çözücü ve çözelti için çizilen buhar basıncı eğrileri yardımıyla şekil 10.11.3’te gösterilmiştir.Uçucu olmayan çözünenin derişimine bağlı olarak, çözeltinin buhar basıncı saf çözücünün buhar basıncının altından gider.Kaynama noktası yükselmesi bu iki eğri arasındaki Tk yer değiştirmesine eşit olup, verilen bir çözücü için aynı tanecik derişimindeki tüm çözeltiler için aynıdır.

Kaynama noktası yükselmesine ilişkin sorunlarda derişim için mol kesrinden çok molalite kullanılır.Örneğin m sulu çözeltisinin kaynama noktası suyun kaynama noktasından 0.5120 C daha yüksektir.Bir molal çözeltinin kaynama noktası yükselmesine alınan çözücü için Kk molal kaynama noktası yükselmesi sabiti (ebüliyoskopi sabiti) denir.Bu sabitler farklı çözücüler için çizelge 10.11.1’de verilmiştir.Derişimi 0.5 molal olan bir çözeltinin kaynama noktası yükselmesi, molal sabitin yarısına eşittir.Öyleyse bir çözeltinin Tk kaynama noktası yükselmesi Kk sabiti ile çözünenin m2 molalitesinin çarpımına eşit olarak Tk =Kk m2 (10.11.1)

Bağıntısıyla verilir.Gerçekte bu yaklaşık bir bağıntıdır.Molalite ile mol kesri arasında; mol kesri ifadesinin paydasında çözünenin mol sayısını çözücünün mol sayısı yanında seyreltik çözeltiler için ihmal ederek bulunan x2=n2/n1=(g2/M2)/(g1/M1) bağıntısının, m2=(g2/M2)(1000/g1) molalite bağıntısına oranlanmasıyla,

m2(1000/M1)x2 (10.11.2)

eşitliği elde edilir.Buna göre molalite mol kesriyle doğru orantılı olarak değişmektedir.

1 atm. basınç altında maddelerin katı-sıvı dinamik denge sıcaklığına normal donma noktası veya normal erime noktası adı verilir.Çözeltinin donma sıcaklığı saf çözücünün donma sıcaklığına göre daha düşüktür.Çözücü aynı kalmak koşuluyla molalitesi aynı olan tüm moleküler çözünen madde çözeltilerinin Td donma noktası düşmeleri birbirine eşittir.1 molal çözeltinin donma noktası düşmesine alınan çözücü için, Kd molal donma noktası düşmesi sabiti (kriyoskopi sabiti), denir.Bu sabitler farklı çözücüler için çizelge 10.11.1’de verilmiştir.Kd sabiti ile çözünenin m2 molalitesinin çarpımına eşit olarak Td donma noktası düşmesi

Td=Kd m2 (10.11.3) bağıntısı ile verilir.Öyleyse, donma noktası düşmesi molalite ile doğru orantılı olarak yalnızca seyreltik ve ideal çözeltiler için geçerlidir.Çözünen ile çözücünün katı çözelti verdiği sistemler için bu bağıntı geçerli değildir.Bu bağıntıdaki m2 yerine (10.11.2)den x2 mol kesrine bağlı olan ifade yazılarak da Td donma noktası düşmesi hesaplanabilir.

Çizelge 10.11.1

Molal Kaynama Noktası Yükselmesi ve Donma Noktası Düşmesi Sabitleri

Çözücü Kaynama Noktası Kk/K mol-1 kg Donma Noktası/0C Kd/K mol-1 kg

Asetik Asit 118.1 3.07 16.5 -3.90

Benzen 80.1 2.53 5.5 -5.12

Kafur - - 179.0 -39.7

CCl4 76.8 5.02 -22.8 -29.8

Kloroform 61.2 3.63 -63.5 -4.68

Etil Alkol 78.4 1.22 -114.6 -1.99

Naftalin - - 80.2 -6.80

Su 100.0 0.512 0.0 -1.86

Kaynama noktası yükselmesi ölçülerek mol kütlesi belirlenmesi yöntemine ebüliyoskopi, donma noktası düşmesi ölçülerek mol kütlesi belirlenmesi yöntemine ise kriyoskopi denir.Bu yüzden yukarıda belirttiğim gibi Kk ve Kd sabitleri sırayla ebüliyoskopi ve kriyoskopi sabiti olarak da anılırlar.Tk ve Td molaliteyle doğru orantılı olduğundan ve Kk ve Kd sabitleri de kullanılan çözücüler için belli olduğundan, m2 =(g2/M2)(1000/g1) bağıntısındaki g2 ve g1 tartılarak çözünenin M2 mol kütlesi hesaplanır.

Suyun atm. basıncı altındaki katı-sıvı dengesi olan donma noktasının kendi buhar basıncı altındaki katı-sıvı buhar dengesi olan üçlü noktadan 0.010 C düşük olmasının 0.0750 C suda çözünen alanın kriyoskopik etkisinden kaynaklanır.Geriye kalan 0.025 ise sıvılar kesiminde de değindiğimiz gibi sıvı-katı denge sıcaklığı üzerine 1 atm’lik basıncın etkisinden kaynaklanmaktadır.

Radyoaktivite

06 Kasım 2007

RADYOAKTİVİTE

Radyoaktif denilen bazı cisimlerin kendiliklerinden bir parçalanma sonucu fotoğraf plaklarına etki eden, gazları iyonlaştırıp elektriğe karşı iletken kılan ve daha bazı olaylara sebep olan çeşitli radyasyonlar yayabilme özelliiğidir. Bir radyoaktif çekirdeğin kendiliğinden bir başka çekirdeğe değişmesi olayına dezentegrasyon , yapma olarak bir çekirdekten bir başka çekirdeğin elde edilmesi olayına da transmütasyon denir.

Fizikokimya bilimleri alanında modern keşiflerin en önemlisi radyoaktifliğin keşfi olmuştur. Zira bu keşif; bizzat bu olayın keşfi yanında, kimyasal element hakkındaki düşüncelerimizi de temelinden değiştirmiştir. Öte yandan, atomun yapısı hakkındaki şimdiki teorilerle izotopluk kavramını ve bazı atomların çekirdeklerinin büyük birer enerji kaynağı teşkil ettiklerini ve bunlardan ilk faydalanmayı hep bu keşke borçluyuz.

Radyoaktiflik, henri becquerel tarafından, 24 şubat 1896’da X ışınlarının keşfinden iki ay sonra keşfedilmiştir.

Bir crookes tüpünden husule gelen katod, pozitif ve röntgen ışınlarının özelliklerinden biri de, flüoresan maddelerin flüoresansına sebep olmalarıdır. İşte bu olayın incelenmesidir ki radyoaktifliğin keşfine yol açmıştır. İlk röntgen tüpleri antikatotsuzdu. X ışınlarının kaynağı katod ışınlarının gelip çarpmasıyla flüoresan kılınmış olan tüpün çeperinde bulunuyordu. O halde, Röntgen tüpünün camı gibi flüoresan olan, yani sebebi her ne olursa olsun bir dış etkiyle ışık verebilen başka cisimlerinde röntgen ışınlarını verip vermeyeceği haklı olarak sorulabilirdi. Şöhretli Fransız matematikçisi Henri Poicare, 20 Ocak 1896’da, Fransız Fen akademisine röntgen tarafından elde edilen bir klişe göstermiş ve fluoresan kılınmış bazı cisimlerin X ışınları verip vermediklerinin araştırmasının enteresan olacağı ifade etmiştir. Bunun üzerine bir çok fizikokimyacı durumu incelemeğe başlamıştır. Çinko sülfür, Kalsium sülfür üzerinde yapılan denemeler olumsuz sonuç vermiştir. H. Becquerel benzer denemeleri bazıları fluoresan olan uranyum tuzları üzerine yapmıştır. Siyah kağıda sarılı fotoğraf camının siyahladığını görmüştür. Becquerel, sonraki denemelerinde gözlenen olayın fluoresansa bağlı olmadığını, tuzun önceden aydınlatılmasına lüzum olmadığı gibi, urainumun fluoresan olan ve olmayan bütün tuzlarının aynı şekilde etkide bulunduklarını ve metalik uranyumun en fazla aktif olduğunu bulmuştur. Becquerel, daha sonra, tam karanlıkta bulundurulan Uranyum bileşkelerinin siyah kağıt arasından uzun fotoğraf plaklarına etkide bulunan bazı ışınlar yayınladık süre bulmuştur. Bu ışınlara uranik ışınlar denmiştir.

Bu ışınlar, Rötgen ve lenard ışınları gibi ince metalik levhalardan geçer ve gazları iyonlaştırırlar; olay, uranium dahil olduğu bileşiğe tabi değildir; şiddeti, uraniumun mutlak miktarıyla orantılı olup aydınlatma, ısıtma gibi dış etkilere de tabi değildir. O halde radyoaktiflik maddenin atomik bir özelliğinden ileri gelir. Bequerel’in keşfinden sonra başka cisimlerin de uranium gibi uranik ışınlar yayıp yaymadıkları araştırılmıştır. Fransa’da Pierre ve Marie Sklodowska Curie ve Almanya’da G. Schmidt tarafından aynı zamanda yapılan araştırmalar sayesinde thoruim tuzlarının da, uranium tuzları gibi uranik ışınlar verdiklerini bulmuşlar. Bu ışınlara Becquerel ışınlar da denmiştir. Becquerel yahut uranik ışınlar veren cisimlere radyoaktif cisim; bu ışınlar yardımıyla meydana konulan maddenin bu özelliğine radyoaktiflik denir. Bu özelliğe malik olan elementlere radyo element; radyo element; radyoaktiflik özelliği ile ilgili olaylar, metodlar ve araçları bir arada inceleyen bilim dalına da radyoaktivite adı verilmiştir.

Bu gün kırktan fazla doğal element bilinmektedir. Bunların çoğu periyodik sistemin son periyotlarında yer alan ağır elementlerdir. İleride görüleceği gibi, yapma olarak bir çok radyo element elde edilmiştir.

RADYOAKTİF MADDELERİN ÖZELLİKLERİ

Atom çekirdeklerinin bir dış etki olmaksızın kendiliklerinden ışıma yapmalarına ve bu tür ışıma yapan atomlara da radyoaktif atom adı verilir. Radyoaktif atomların çekirdekleri kararsızdır.

Atom çekirdeklerinin kararlığı nötron ve proton sayısına bağlıdır. He, C, N ve O gibi hafif atom çekirdeklerinde nötron sayısı, proton sayısına eşittir. Nötron sayısının proton sayısına oranı 1’dir. Bu çekirdekler karalıdır. Proton sayısı 2040Ca atomundan fazla olan atomlardan; nötron sayısı proton sayısına eşit olan kararlı atom çekirdeği yoktur. Bu atom çekirdeklerinde Coulomb itme kuvvetleri, çekirdeğin kararlılığının azalmasına sebep olur. Ağır elementlere doğu nötron sayısının proton sayısına oranı git gide artar.

Kararlı olan 80200Hg izotop atomunda n/p oranı 1,5’tur. N/p oranı 1,5’tan büyük olan çekirdeklerin kararlılıkları kaybolur, en son kararlı çekirdek 83209Bi’tur. 83209Bi’tan proton sayısı büyük olan atom çekirdekleri kararsızdır. Çekirdekleri kararsız olan atomlar radyoaktiftirler ve radyoaktif bozunmalar ile karalı hale ulaşmak isterler.

Bu bilgiler ışığında bir atom çekirdeğinin radyoaktif özellik göstermesi için uyması gereken şartları şu şekilde sırayalabiliriz:

Çekirdekte bulunan nötron sayısının proton sayısına oranının 1,5’tan büyük olması,

Atom numarasının 83’ten büyük olması.

Bununla birlikte atom numaraları küçük olan bütün izotopların çekirdekleri kararlıdır.

Mesela, 6 proton ve 6 nötrona sahip olan 612C izotopu karalı olmasına karşın 6 proton 8 nötrona sahip olan 614C izotopu kararsız yani radyoaktiftir. Görüldüğü gibi, radyoaktiflik çekirdek yapısı ile yani çekirdekteki proton ve nötron sayıları ile diğer bir deyişle çekirdeğin cinsi ile ilgilidir.

Yapılan deneyler radyoaktif bir elementin bu özelliğini bileşiklerinde de gösterdiği ortaya koymuştur. Bir elementin radyoaktif özelliği o elementin kimyasal durumuna bağlı değildir. Sıcaklık ve basınç gibi dış etkiler de radyoaktif özelliği değiştirmez. Bunlara ek olarak radyoaktif özellik maddenin katı, sıvı veya gaz halinde bulunmasıyla da ilgili değildir.

Kurşundan bir kröze içinde bir miktar radyum koyup bir mağnetik alana tabi tutulursa radyasyonlar üç gruba ayrılır. Bir kısmı hafifçe sola sapar, pozitif yüklüdürler, bunlar iki elementer yüke malik olan helyum çekirdekleridir, bunlara alfa ışınları denir; bir kısmı fazlaca sağa sapar, negatif elektronlar olup bunlara beta ışınları denir; bir kısmı hiç sapmaz, bunlar çok kısa dalga boylu elektromağnetik dalgalar olup bunlara gama ışını denir.

Radyoaktif maddelerden yayılan alfa beta ve gama ışınları çeşitli olaylara sebep olurlar. Mesela; karı, sıvı ve gaz halindeki maddeleri iyonlaştırırlar. Cam, porselen, fayans gibi maddeler radyoaktif ışın temasında renklenirler. Renklenme ışınların yollarına karşılık gelen bölgede olur.

Radyoaktif ışınlar canlı hücrelerine etki ederler. Başta kanser olmak üzere birçok hastalığa sebep olurlar. Nesiller boyu kalıtsal bozukluklar meydana getirebilir. Şimdi bu bozunma türlerini sırasıyla inceleyelim.

Alfa Işınları: Alfa ışınları iki defa pozitif yüklü helium çekirdekleridir. Gerçekten alfa partiküllerinin spetik yükleri bu partikülleri veren radyoaktif cisim ne olursa olsun, daima hidrojeninkinin yarısına eşittir. Bu sonuç, ancak alfa taneciklerinin atom ağırlığının ikiye eşit olduğu yahut, Rutherford’un ilk anda ileriye sürdüğü gibi, bunların kütlesi 4 olan ve herbiri 2 e yüküne malik atomlardan ibaret olduğu şeklinde izah edilebilir. Ramsay 1904’te, Rutherford’un ileri görüşünün tamamiyle yerinde olduğunu genel olarak ispat etmiştir. Gayet ince çeperli fakat gazları geçirmeyen bir cam ampul içerisine radon konmuştur; bu ampul de daha büyük, havası, boşaltılmış ve iki elektrot ihtiva eden bir başka ampul içerisine alınmıştır.

Bir müddet sonra dış ampulde husule getirilen bie deşarjın helium spektrumunu verdiği görülmüştür. Deneme şartlarına göre, bu helium ancak ince kenarlı birinci ampulün çeperinden alfa partiküllerinden ileri gelebilirdi. Radonun bozunması şöyle olmuştur.

86Rn 222è84Ra218+ 2He4

Böylece şüpheye mahal kalmaksızın alfa partiküllerinin helium çekirdeklerinden ibaret oldukları meydana konulmuştur.

Alfa ışınları radyoaktif atomdan, bu atoma tabi olarak çok büyük bir hızla yayınlanırlar. Örneğin RaC ‘nin verdiği partiküllerinin hızları 19220 Km/s’dir.

Bir radyoelementin verdiği alfa ışınları genellikle aynı enerjiye maliktirler, yani bunlar monokinetikler veya aynı enerjiyi haiz gruplar olarak kendini gösterirler. Bir ışının husule geldiği andan itibaren durdurulduğunda ana kadar bir ortamda aldığı yola, bu ışının ortamdaki yolu denir. Radyoaktif cisimlerin elektrik, ısı kimyasal olayları,esas itibariyle alfa ışınlarından gelir. Bir radyoaktif cismin verdiği alfa partiküllerini saymak suratiyle Avogadro sayısı bulunabilir. Bunun için bir taraftan bir radyoaktif cismin belli bir kütlesinin belli bir zamanda verdiği helium hacmi ölçülür ve buradan 11,2 litredeki helium sayısı hesaplanır. Alfa ışınlarının havadaki yolları ilk hızlarının küpü ile orantılıdır. Bu kanunun geçerli olduğu sınırlar içinde alfa partiküllerinin iyonlaştırma gücü, partikülün hızı ile ters orantılıdır ve bir alfa partikülünün husule getirdiği iyon sayısı R2/3’le orantılıdır; R partikülün yoludur. Radyoaktif cisimlerin elektrik, ısı ve kimyasal olayları, esas itibariyle, alfa ışınlarından gelir. Bir radyoaktif cismin verdiği alfa partiküllerini saymak suretiyle avogadro sayısı bulunabilir.

Beta Işınları: Beta ışınları negatif elektronlardan ibarettirler. Hızları ışık hızına yaklaşır, yolları alfa ışınlarınınkinden daha uzundur. Beta ışınları da iyonlaştırıcı ışınlardır. Beta ışınlarını primer ve sekonder olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür. Primer beta ışınları çekirdekten gelen ışınlardır. Örneğin 83Bi10 beta dezentegrayonu ile 84Po10’a dönüşür:

83Bi210è84Po10+B-

Bu dönüşüme çekirdekte bir nötronun bir protona dönüşmesi sonucunda meydana gelir : nèp + B- . Bir radyoelementin verdiği beta ışınları izokinetik değildir. Bunların enerjileri en küçük değerden en büyüğüne kadar değerler alabilir. Kaba olarak maksimum, maksimal enerjinin üçte birine tekabül eder. Bu şekilde enerjileri kesiksiz bir enerji dağılımı gösteren beta ışınları, primer beta ışınlarını teşkil eder ve yalnız bunlar çekirdek dezentegrasyonundan gelenlerdir. Bazı atomlarda bunların yanında aynı enerjiye sahip beta ışınları grupları da yer alır ki bunlara sekonder beta ışınları denir.

Beta ışınları çok gericidir, yani yolları çok uzundur. Çoğu radyoaktif cisim alfa, beta ve gama ışınlarını filtre etmek gerekir. Ama bugün kuvvetli arı beta kaynağı olarak yapma yolla elde edilen Stronsium - 90’dan faydalanılır. Alfa parçacıklarına oranla kütlelerinin çok az, hızlarının ise çok yüksek oluşundan daha fazla nüfuz etme özelliğine sahiptirler. 2-3 mm kalınlığındaki alüminyum levhadan geçebilirler. Beta parçacıkları elektrik ve manyetik alanda, alfa parçacıklarına göre zıt yönde ve kütlesinin çok küçük olması nedeniyle daha fazla sapmaya uğrarlar.

Beta bozunmasına uğrayan bir atom, çekirdeğinden bir elektron fırlatır. Fırlatılan bu elektron ise çekirdekteki bir nötronun bir protona dönüşmesi sonucunda oluşur.

Netice itibariyle beta bozunmasına uğrayan elementin atom numarası 1 artar, kütle numarası ise değişmez.

Gama Işınları: Gama ışınları kısa dalga boylu elektromağnetik radyasyonlardır. Bir çekirdekte alfa yahut beta ışınları meydana geldikten sonra çoğu zaman çekirdek uyartılmış hale geçer. Uyartılmış haldeki çekirdeğin bir enerji aşırısı vardır. Uyartılmış çekirdek normal haline dönüşünde kaybettiği bu enerj, aşırısı çekirdekten bir taneciğin fırlatılması şeklinde olmazsa buna bir izomerik geçiş denir ve bu sırada gama radyasyonu yayınlanır.

Uyartılmışhalde uzun süre kalan çekirdek ile normal haldeki çekirdeğeler denir.Enerjileri yüksek olan gama ışınları birkaç santimetre kurşundan geçer. Öreneğin ThC” nün verdiği gama ışınlarının yarılanma kalınlığı yani radyasyonların şiddetinin yarıya düşmesi için lüzumlu kalınlık 1,5 cm kurşundur

Gama ışınları doğrudan doğruya iyonlaştırıcı değildirler, ama meydana getirdikleri elektronlarla bunu yaparlar. Gama ışınlarının etki gücü çok yüksektir. Beta ışınlarına göre 100 kat daha fazla nüfuz etme özelliğine sahiptirler. Gama ışınları birkaç santimetre kalınlığındaki kurşundan geçebilir.

Gama ışınlarını ancak kalın kurşun levhalar 2-3 metrelik beton bloklar durdurabilir. Gama ışınları yüksüz olduklarından elektrik ve manyetik alanda sapma göstermezler. Gama ışınları iyonlaştırıcı değillerdir.

Gama parçacıklarının kütlesi ve yükü sıfır kabul edilir. Dolayısıyla gama bozunmasına uğrayan bir elementin atom ve kütle numarası değişmez.

Gama ışınları çok yüksek enerjili, elektromanyetik dalgalardır. Genele olarak gama ışınları tek başına meydana gelmez. Bir takım radyoaktif bozunma veya çekirdek tepkimelerinin ardından meydana gelir. Örneğin alfa ve beta parçacıkları oluşturan bazı radyoaktif bozunma tepkimeleri sonucunda çekirdek enerjili halde kalır. Bu yüksek enerjili çekirdek gama ışını yayarak daha düşük enerjili çekirdeğe dönüşür.

Sekonder Beta Işınları: Bazı izomerik geçişlerde bazı uyartılmış çekirdekler gama ışınları vermezler, ama enerji aşırıları atomun çekirdek dışındaki ve çoğunlukla K tabakasından

elektron koparıp fırlatmaya harcanır. Buna iç dönüşüm denir. Çekirdek dışı elektronlar belli enerji seviyeli elektronlar olduğundan, bu sekonder beta ışınlarının enerjileride bellidir. Genellikle, izomerik geçiş enerjisinin ancak bir kısmı iç dönüşüm elektronları verir. Bir iç dönüşüm elektronun fırlatılmasından sonra boşalan yere üst tabakalardan elektron sıçraması sonucu ya enerji elektronun çıktığı ve geldiği seviyedeki enerji farkına eşit enerjili ve elementin karakteristiği olan X ışınları fotonu meydana gelir, ya da bu enerji üst tabakalardaki bir elektronun fırlatılmasına harcanır. Böylece ışımasız bir iç dönüşüm olur. Bu şekilde meydana gelen elektronlara auger elektronları denir. Bunların da enerjileri bellidir.

Yukarıdaki izahlardan anlaşılacağı üzere, beta ışınlarının dağılımı çok karışıktır. Kesiksiz bir enerji dağılımı gösteren primer beta ışınları yanında belli enerjili dönüşüm ve auger elektronları da bulunur.

Pozitron Işıması: Pozitron ışımasında çekirdekteki bir proton bir nötrona dönüşür. Bu esnada özellikleri elektrona benzeyen fakat pozitif yüklü bir tanecik oluşur. Bu taneciğin çekirdekten dışarı fırlatılması pozitron ışımasıdır. Pozitron parçacığı B+ veya +1e0 şeklinde sembolize edilir. Pozitron ışıması yapan bir çekirdeğin atom numarası 1 azalır, kütle numarası ise değişmez.

RADYASYONUN GENETİK ETKİLERİ

Düşük seviyeli radyasyonun tek belirgin sağlıksal etkisi sonraki kuşaklarda görülen genetik sakatlıklara sebep olmasıdır. Genellikle genetik bozukluklar olarak adlandırılan bu sakatlıklar, renk körlüğünden, mongolizm gibi ciddi hastalıklara kadar çeşitlilik gösterir. Bazı kişiler, radyasyonun iki başlı çocukların doğmasına; insan altı ya da insan üstü canavarların ortaya çımasına neden olacağına inanırlar. Durum kesinlikle bu değildir; çünkü insanlık daima doğal radyasyona maruz kalmış olmasına karşın, hiçbir zaman bu tür vakalar görülmemiştir.

Bazı kişiler de radyasyon kaynaklı genetik etkilerin insan soyunu yok edeceğine inanırlar. Ancak bu da yanlıştır. Yani radyasyonun yol açacağı herhangi bir kötü özellik, sonuçta yok olacaktır. Nükleer endüstrinin genetik etkileri, ancak insanın doğal kaynaklardan aldığı radyasyondan sadece yüzde bir kadar daha fazla radyasyon etkilenimine yol açtığı hatırlandığında en iyi şekilde anlaşılabilir. Doğal radyasyonun da, normal olarak karşılaşılan genetik bozukların sadece %3’ünden sorumlu olduğu düşünülmektedir. Nükleer gücün genetik etkilerini anlamanın muhtemelen daha kolay bir yolu, geç yaşta çocuk sahibi olma durumudur. Geç annelik yaşının Down sendromu, Turner sendromu ve birkaç diğer kromozomal düzensizliğe yakalanma riskini artırdığı bilinirken, geç babalık yaşının da akondroplazia ve binlerce diğer otozomal, baskın hastalık riskini hızla artırdığı bilinmektedir. Sonuçlara, fareler üzerinde yapılan çalışmalar ile varılmış olması ilginçtir, çünkü insanlar üzerinde genetik bozukluğa yol açan, radyasyonla ilgili gerçek bir kanıt yoktur. Böyle bir kanıt bulabilmek için en iyi yol, atom bombasından sonra Japonya’da hayatta kalan insanları gözlemektir, ancak dikkatli olarak yapılan birkaç çalışmada, bu insanların ilk kuşak çocuklarında aşırı miktarda genetik bozukluk görülmemiştir.

Genetik bozukluğa sahip bir çocuğu olması riskini merak edebilir; bu gebelikten önce maruz kalınan her mrem radyasyon için 40 milyonda bir olasılıktır.

Hava kirliliğinin ve birçok kimyasal maddenin de genetik bozukluğa yol açtığını ifade etmek uygun olacaktır. Kükürt dioksit suda çözündüğünde ortaya çıkan bisülfatlar ve nitrojen oksitlerde elde edilen nitrosamin ve nitrus asiti de içeren 3500 kimyasal madde hakkında kesin olamayan bilgi mevcuttur. Kafein ve alkolün genetik bozukluklara yol açtığı bilinir. Bir çalışmaya göre 28.35 gram alkol, genetik etki bakımından 140 mrem’lik radyasyona eşittir. Bir fincan kahve de 2.4 mrem’lik doza eşittir. Genetik bozukluklara yol açan belki de en önemli insan etkinliği, erkeklerin pantolon giyme geleneğidir. Bu, cinsiyet hücrelerinin ısınmasına yol açar ve böylece kendiliğinden ortaya çıkan mutasyonların, yani genetik hastalıkların başlıca kaynağının olasılığını arttırır. Kaba taslak olarak yapılmış mevcut hesaplamalar, bir miliremlik radyasyonun genetik etkilerinin, beş saat pantolon giymekle aynı olduğunu göstermektedir.

Nükleer gücün genetik etkileri ile ilgili can sıkıcı bir nokta da, biz üretilen enerjinin karından yararlanırken, bedelini gelecek kuşakların ödeyeceği şeklindeki zihniyettir. Bununla birlikte, bu kuşağın ve teknolojisinin geleceği olumsuz yönde etkilediği daha başka ve çok daha önemli durumların varlığını da hatırlamalıyız. Nükleer sanayi ve onun sonraki kuşaklara yapacağı genetik etkiler konusunda yapılacak anlamlı bir değerlendirmede, gelecek kuşaklar için, onlarca milyar dolara, onbinlerce yıllık çabaya mal olmuş ucuz ve bol bulunur, sonsuz bir enerji kaynağı karşısında söz konusu olan birkaç genetik bozukluk vakası ile bunlarla mücadele etmek için bizden onlara kalacak ucuz ve etkin araçların karşılaştırılması, dengeyi sağlayacaktır.

CANLILARIN RADYOAKTİVİTEYE KARŞI KORUNMA YÖNTEMLERİ

Henri Becquerel radyoaktiviteyi bulan kişi olarak ünlüdür. Kendisinin ayrı zamanda,radyoaktif maddelerin canlılar için tehlikeli olduğunu da keşfettiğini bilen çok azdır. Becquerel, içinde radyum örneği taşıdığı cebinin altında,dersinin yandığına dikkat etmiş. O zamandan beri, radyumun zararlı ışımalar meydana getirdiğinden haberimiz vardır ve hiç kimse cebinde radyum taşımayı aklına getirmez. Işınımların tehlikesi çok büyüktür,çünkü etkisi,zarar meydana geldikten bir süre(birkaç yıl bile olabilir)sonraya kadar hissedilmez.

Atom ışımaları nedir?Bu terim parçalanan atomlardan fırlatılan hızlı taneciklerden oluşmuş demetler ve enerji dalgaları için kullanılmaktadır. Her atom parçalandığı zaman çekirdeğinin bir kısmını dışarı fırlatmaktadır. Bir atom ortasındaki,çekirdek adı verilen bir göbekten belirli uzaklıkta, bu göbeğin çevresinde dönen ve elektron adı verilen küçük taneciklerden yapılmıştır. Her elektron negatif elektrik yükü taşımaktadır. Çekirdek, proton ve nötron adı verilen iki cins tanecikten yapılmıştır. Protonlar pozitif elektrikle yüklüdür, nötronlar yüksüzdür. Bir radyoaktif atomun çekirdeği hiçbir sebep olmadan parçalanma eğilimi gösterir. Parçalandığı zaman proton ve nötron fırlatacağını söyleyebiliriz. Gerçekten böyle olur, ama çoğunlukla, fırlatılan tanecikler alfa ve beta tanecikleridir. Alfa taneciği iki proton ve iki nötrondan oluşmuş bir gruptur; içinde proton olduğu için pozitif elektrikle yüklüdür. Beta taneciği elektronla aynıdır. Negatif elektrik yükü taşımaktadır. Çekirdeğin çevresinde dönen elektronlardan gelmektedir, ama nötronlardan birinin, bir proton ve elektron haline gelmesini sağlayan bir dönüşüm sonunda çekirdekten fırlatılmaktadır. Taneciklerin hızı bunların enerjisini ve giderek, cisimlere geçme yeteneğini belirtir. Alfa ve beta tanecikleri hemen hemen ışık hızına yakın bir hızla hareket ederler. Enerji dalgalarına gama ışınları denir ve elektrik yükü taşımazlar. Bütün bu ışınlarda ve hareket eden taneciklerde, önemli bir ortak özelik, yolları üzerine rastlayan atomların elektronlarını koparma eğilimidir. Dönmekte olan elektronlarından bazılarını kaybedince, bu atomlar, elektrikle yüklü hale gelirler ve ilk hallerindeki atomlardan çok daha fazla ve değişik şekilde kimyasal reaksiyon meydana getirme özelliği kazanır. Belki atom, ışımalarına gösterilen canlı dokuların harap olması bu yüzdendir. Herhangi bir ışınımın cisimlere ne kadar geçebileceği bunun enerjisine bağlıdır. Çünkü, ışınım her bir atoma çarpışında, bu atomlardan elektron koparmakla enerjisinin bir kısmını kaybeder. Alfa tanecikleri havada birkaç santimetre ilerleyince havadaki gaz atomlarından elektron koparmak yoluyla bütün enerjisini kaybeder. Madenlerde yaklaşık olarak milimetrenin binde birkaçından ve canlı dokulardaysa yaklaşık olarak yüzde birinden fazla bir derinliğe giremez. Bir tek alfa taneciği milyonlarca atomlardan elektron koparabilir. Beta ışınlarının geçme yeteneği alfa ışınlarından daha fazladır, ama canlı dokular içerisinde fazla ileri gidemez. Alfa ve beta ışınları verev cisimler deride ışınım verev cisimler deride ışınım yanıklarına sebep olabilir. Kazara nefes alma yoluyla yada yutularak vücuda girerlerse, özellikle tehlikeli olurlar, çünkü bu ışınımların geçme yeteneği küçük olmakla beraber, uzun bir süre boyunca akciğerlerin ve midenin çeperlerinde meydana getirdiği etki çok önemlidir. Gama ışınları alfa ve beta ışınlarından çok daha öldürücüdür; hızlı nötronlar da öyledir. Bunun sebebi, menzillerinin hemen hemen sınırsız olmasıdır. Bu ışınlar, örneğin , insan vücudunun bir tarafından öte tarafına yada yüksek enerjili gama ışınları halinde yirmi santimetre kalınlığında kurşundan geçebilir. Acaba ışınım, hayvan olsun, bitki olsun, canlılara neden zarar verir? Bütün canlılar , canlı hücrelerden yapılmıştır. Büyüme ve eskiyen hücreleri yenileme her bir hücrenin kendisinin bütünüyle aynı olan iki hücreye bölünme yeteneğiyle mümkün olmaktadır. Bu bölünme , hücrenin çekirdeği ve belki bu çekirdekte meydana gelen bir kimyasal ürünle dezoksiribonükleik asit(DNA)meydana gelmektedir. Hücreye hayat veren şeyin ne olduğunu daha kimse tam olarak bilmemektedir, ama bunun, hücrenin çekirdeğini meydana getiren çok atomlu karmaşık moleküllerdeki atomların, anlaşılması güç bir düzenlenmesiyle ilgili olduğu sanılmaktadır. Bölünmenin meydana gelmesi için hücrede normal miktarda DNA bulunmalıdır ki yeni hücrelerin her birine normal miktarda DNA gidebilsin. Elektrikle yüklü bir tanecik sıradan bir moleküle çarparsa, bunun yapısını altüst eder, çünkü atomların bir araya gelmesi elektrikle yüklü taneciklerin çeşitli atomlarda ortaklaşa bulunması ve atomlar arasında değiş tokuş edilmesiyle mümkün olmaktadır. Işınımın elektrikle yüklü taneciklerinin, canlı hücrenin çekirdeği atomların çok karmaşık ve çok dengeli olan düzenine ve su gibi olan dış kısmına gelişi, nasıl olduğu daha tam olarak bilinmemekle beraber, hücrenin hayatını ve yapısını zedeleyen yeni bir düzenlemeye sebep olur. Işınların etkilediği bir hücre hemen ölür, yada ışınların dozu çok büyük ve etkilediği süre çok uzun

değilse, kendini iyi edebilir. Tek bir hücrenin, yeri doldurulur. Ama, bir hayvanın bölünebilen bütün aktif hücrelerinin çekirdeği,bunların bölünmesini engelleyecek kadar zarar görürse, o zaman, yeni hücreler meydana gelemez ve biraz gecikirse de, eninde sonunda hayvanın ölümü gelir. Çok yüksek dereceli ışınım bir canlıyı hemen öldürebilir, çünkü, hücrelerin kimyasal düzenini bozmakla can alıcı organları öylesine kötü bir şekilde zedeler ki, bu organlar görevlerini yapamaz hale gelir bu da ani ölüm demektir. İnsan vücudundaki can alıcı organların korunması derine geçebilen gama ışınlarından ve nötron ışınımlarından bile kurtulma şansı artırabilir, çünkü ana organlar zarar görmezse vücut fonksiyonlarını yapmaya devam edebilir. Alyuvarların üretiminde artmaya sebep olarak vücudun dayanıklılığını arttıran dalak özellikle önemli bir organdır. Biraz tuhaf gelir ama, vücuttaki en büyük kemiklerin korunması da önemlidir, çünkü vücuttaki hasarları onaracak olan yeni kan hücreleri bunların ilik kısmında meydana gelir. Eğer, örneğin sadece bir kalça kemiği korunursa, bu bir tek fabrikanın kan hücreleri üretmeye devam etmesi iyileşme ve yaşama şansını önemli derecede artırır. Hücrelerin ışımaların etkisine uğramasıyla ilgili birçok araştırlamalar yapılabilmektedir; ama hala, birçok şey iyice anlaşılmış değildir. Eğer, hücre olgun bir hücreyse, bunun iyileşme ve bölünerek çoğalabilme şansı çok fazladır. Bölünmenin ilk basamaklarında olan daha genç hücreler ışınlara karşı çok duygundur ve ancak hafif dozlardan zarar görmeden kurtulabilir. Çeşitli ışınların etki olanları hakkında bildiklerimizle, halkı, radyoaktivitenin tehlikelerinden koruyacak güvenlik tedbirlerini bulmak mümkündür. Hiçbir radyoaktif maddenin çıplak elle tutulamayacağı apaçıktır. Cisim, sadece, alfa ve beta ışınları veriyorsa, bunlarla çalışan kimse eldiven giyerek bunları elleyebilir. Ama gene de radyoaktif tozların solunum yoluyla vücuda girmesi tehlikesi vardır. Bunu önlemek için, cisim, üzerinde içini görmek için bir pencere ve kenarlarındaki deliklerde bir çift eldiven bulunan ve eldivenli kutu adı verilen bir kutunun içinde ele alınır. Çalışan kimse, kutunun dışından içeriye erişmek için ellerini eldivenlere sokar. Bu şekilde kutu hava sızdırmaz ve radyoaktif madde çalışan kimsenin hiçbir yerine değmeden kullanılabilir. Gama ışını veren cisimlerin kurşun ve betondan kalın duvarların arkasında saklanması gerekir. Bunlarla ancak uzaktan kumandayla çalışabilir. Radyoaktif cisimlerle çalışanların koruyucu elbise, eldiven ve ayakkabı giymeleri ve bazen maske takmaları, laboratuardan ayrılırken de bunları çıkartmaları şarttır. Koruyucu elbisenin bir şekli, üzerinde toplanması mümkün olan kirleri çıkarmak için fırçalanabilir şişirilmiş, su geçirmez elbisedir. Bu tedbirler kazara çalışan kimsenin üzerine konan radyoaktif tozların laboratuarda yemek içmek, makyaj tazelemek yada sigara içmek, tehlikelidir. İşçiler ve laboratuarlar, ışınım miktarını düzenle kaybeden ölçü aletleriyle kontrol edilir. Bu kontrol düzenlerinin en basiti, madalya gibi cep üzerine asılan madensel bir kılıf içerisindeki bir fotoğraf filmidir. Film her hafta yıkanır ve filmin kararma miktarına bakarak etkisi altında kaldığı ışınım miktarı ölçülür. Eğer maksimum bir doz bulunursa işçi bir süre ışınımlardan uzak durur. Işınımlara karşı korunma, özellikle nükleer reaktörlerin yakınında önemlidir, çünkü buradaki ışınım isteyerek meydana getirilmiştir ve laboratuvarlardakinden çok daha şiddetlidir. Reaktörler kurşunla kaplanmış tek parça bir beton duvarla çevrilmiştir. Bu biyolojik kalkan en hızlı nötronlar ve gama ışınlarını bile durduracak şekilde tasarlanmıştır. Tabii kontrol çubukları ve nükleer yakıt, ancak uzaktan kumandayla yönetilir. Bu biyolojik kalkandan dışarıya biraz ışınım sızarsa, otomatik monitörler hemen alarm işareti verir. Atmosferi kirletebilecek tozlardan temizlenmesi için, nükleer elektrik santrallerini havalandırma gelen hava süzgeçlerden geçirilir. Günümüzde radyoaktif maddelerden ve radyoaktif hale gelen gereçlerden kurtulma, önemli bir problemdir.

Kaynaklar:

Prof.Dr Ali Rıza Berkem, Çekirdek Kimyası İstanbul Üniversitesi Yayınları 1974

Necdet Çelik, Kimya I-Sürat Yayınları 1997

Bernard I. Cohen, Çok Geç Olmadan 1994

Sir Lowrence Bragg-Sir James Dhadwik Norman Fisher-Sir Harry Melville-Prof.J.Z Young, Bilim Dünyası-Arkın Kitapevi

Hazırlayan: Begüm SAĞOCAK, Özel GAYE Lisesi, 10-A sınıfı, Mayıs 2000

www.kimyaokulu.com

Radyoaktivitenin Yararları

06 Kasım 2007

RADYOAKTİVİTENİN YARARLARI

1-Radyoaktivitenin İnsan Sağlığı Üzerindeki Yararları

A-) Işınım:

Bir ışık kaynağından çıkarak düz bir çizgi halinde bize ulaşan ışık demetlerine ışın denir. Atomlardan, Güneş’ten ve öbür yıldızlardan yayılan enerjiye de bu terimden esinlenerek ışınım ya da ışıma denmiştir. Işınımın batı dillerindeki karşılığı olan ve gene ışın anlamındaki Latince bir sözcükten türetilen radyasyon terimi de çok kullanılır. Işık ışınları, ısı, X ışınları, radyoaktif maddelerin saldığı ışınlar ve evrenden gelen kozmik ışınların hepsi birer ışınım biçimidir.

Bazı ışınımlar çok küçük madde parçacıklarından, bazıları da dalgalardan oluşur. Radyoaktif maddelerin saldığı alfa ve beta ışınları ile yıldızlardan savrulan kozmik ışınlar parçacık biçiminde yayılan ışınımlardır. Kozmik ışınları oluşturan atom parçacıkları, genellikle de protonlar Dünya atmosferinin üst katmanlarındaki atomlarla çarpışır ve bu kez başka atom parçacıklarından oluşan “kozmik ışı sağanakları” na yol açar.

Elektromagnetik Işıma: Dalga biçimindeki ışımanın örneklerinden biri elektromagnetik dalgalardır. Gamma ışınları, X ışınları, morötesi (ultraviyole) ışınları, görünür ışık, kızılötesi (enfraruj) ışınım, radarlarda kullanılan mikrodalgalar ve radyo dalgaları elektromagnetik ışıma biçimleridir. Bunlardan yalnızca ikisinin varlığını bir ölçü aygıtı kullanmaksızın saptayabiliriz: İnsan gözünün algılayabildiği görünür ışık ve etkisi ısı olarak hissettiğimiz uzun dalga boylu kızılötesi ışıma. Radyo dalgalarının varlığı radyo alıcılarıyla, öbür ışınımlardan çoğunun varlığı da çeşitli yöntemlerle saptanabilir.

Elektromagnetik ışınımların hepsi, denizdeki dalgalara ya da bir havuza taş atıldığında suyun yüzeyinde görülen dalgalanmaya benzeyen birer dalga hareketidir. Ama elektromagnetik dalgalar su dalgalarından farklı olarak boşlukta yol alabilir ve saniyede 300.000 km gibi olağanüstü bir hızla yayılır.

Çeşitli elektromagnetik ışınımlar arasındaki tek fark dalga boylarının değişik olmasıdır. Art arda iki tepe noktası arasındaki uzaklığa dalga boyu denir. Ama kısa elektromagnetik dalgaların dalga boyları öylesine küçüktür ki ancak nanometreye ölçülebilir. Bir nanometre bir metrenin milyarda biridir. Bugün artık geçerli olmamakla birlikte, bir nanometrenin onda birine eşit olan angström de eskiden dalga boyu birimi olarak kullanılırdı.

En kısa dalga boyundaki ışınımlar gamma ışınlarıdır; bunların dalga boyu bazen nanometrenin binde biri düzeyinde olabilir. Gamma ışınları hem uranyum ve radyum gibi doğal radyoaktif maddelerce, hem de bir nükleer reaktörde ya da bir atom bombası patladığında atom çekirdeklerinin parçalanmasıyla salınır. Bu ışınlar canlılar için zarlıdır; ama tıpta urları yok etmek ve hastanelerin araç gereçlerini mikropsuzlaştırmak için bu ışınlardan yararlanılır.

Radyoaktifliğin ışınım etkilerinden yararlanılan uygulamaların başında ışın (Curie) tedavisi gelir. Bu yöntem kanser ve benzeri habis tümörlerin yok edilmesinde kullanılır. Bu tedavi için en çok kullanılan radyoaktif izotop bir gama yayımlayıcısı olan kobalt-60 izotopudur. İlk defa 1951 yılında Kanada ve İngiltere’de iki farklı yöntem çerçevesinde kullanıldı. Ardından dünya’nın pek çok yerine ihraç edildi.

B-) X Işınları:

1895 yılında Alman bingin Wilhelm Konrad Röntgen tarafından keşfedilmiştir.

Röntgen, gazların içinden elektrik yolunu araştırmak amacıyla, katod işin tüpüyle deney yaparken, baryum platin siyanürü levhasından yayılan radyasyonun şeffaf olmayan cisimlerin içinden geçebildiğini fark etti. Araştırmalarına devam ederken radyasyonun 15 mm. kalınlığındaki alüminyumdan daha indirgenmiş yoğunlukta geçebildiğini gördü ve bu radyasyona, “X-ışınları” adını verdi. Bugün Dünya’da Almanya dışında (Almanya’da Röntgenstrahlen olarak adlandırılıyor) bu isimle anılıyor.

X ışınları, ışık dalgalarından daha kısa olan elektromanyetik dalgalardır. Göze görünmeyen bu ışınlar, fotoğraf levhalarını etkileyebilir ve nesnelerin içinden geçerek onların yapısını ortaya koyabilir.

X ışınlarının tıpta kullanılması (radyoloji), bazı hastalıkların teşhisini ve organizma içindeki berelerin araştırılmasını geniş ölçüde kolaylaştırır. Radyografi sayesinde organlardaki ve kemiklerdeki anormallikler (verem, kalpte biçim bozukluğu, kanser, zatülcenp, omurga çarpıklığı) saptanabilir. Radyoskopi solunum hareketlerinin izlenmesine ve öksürüğün etkisiyle akciğer dokusunda meydana gelen değişimlerin saptanmasına olanak verir. Örneğin koldaki bir kemiğin kırık olmasından kuşkulanılıyorsa, hastanın kolu X ışını kaynağı ile bir tür fotoğraf filmi arasına yerleştirilir. Işınlar etten daha kolay geçip kemikte zorlandığı için, banyo edilen filmde kemik boyu bir gölge halinde görülür. X ışınlarının bir adı da Röntgen ışınları olduğu için, bu yöntemle organların filminin çekilmesine genellikle “röntgen çekmek” denir.

,

Günümüzde X ışınlarının kullanıldığı en önemli tanı yöntemlerinden biri bilgisayarlı tomografidir. 1970’lerde EMI Ltd.’nin araştırma laboratuarlarında Godfrey Hounsfield tarafından geliştirilen bilgisayarlı eksenel tomografi (CAT), vücuda çeşitli açılardan giren X ışınlarının şiddetinin dokulardan geçtikçe hafiflemesi temeline dayanır. Bu ölçümlerden yararlanan bilgisayar vücudunun iç bölgelerini dilimlere ayırarak görüntüler. Bu teknik karaciğer, böbrek gibi yumuşak dokuların birbirinden ayırt edilmesini, ayrıca aynı organ içindeki farklı yapıların saptanmasını sağlar.

Daha yeni bir teknik içeren nükleer manyetik rezonans (NMR) yönteminde, güçlü bir manyetik alanda bulunan hastanın vücuduna X ışınları yerine radyo dalgaları yöneltilir. Vücuttaki farklı atomlar, manyetik alanın etkisi altında farklı frekanslardaki radyo dalgalarını soğurur. Bilgisayar bu farklılıktan elde edilen ölçümleri kullanarak, iç organların görüntüsünü verir.

Günümüzde yaygın olarak kullanılan pozitron ışın tomografisi (PET scan) özellikle beyindeki bazı hastalıkların teşhisinde kullanılır. Bu yöntemde hastaya çok az miktarda karbon-11 izotopu içeren glikoz verilir. Daha sonra glikoz ile beyne giden karbon-11 izotopunun yapmış olduğu pozitron ışınlarını belirlemek için beyin tomografisi çekilir. Bu yolla beyindeki anormallikler teşhis edilebilir.

2-Radyoaktivitenin Bitkiler Üzerinde Kullanımı

Radyoaktif izotoplar ile radyoaktif olmayan izotopların kimyasal özellikleri aynıdır. Bundan dolayı radyoaktif izotoplar izleyici olarak kimya araştırmalarında yaygın bir şekilde kullanılır. Örneğin bitki besin maddesine az miktarda katılan radyoaktif özelliğe sahip fosfor-32 izotopu ile, fosforun bitki tarafından kullanılması izlenebilir. İzleyiciler özellikle tarımda kimyasal gübrelerin en uygun bileşiminin kullanım biçiminin bulunmasında büyük önem taşır.

Ayrıca, bir kimyasal tepkimenin mekanizması ya da bir bileşiğin yapısı çoğu zaman deneylerde radyoaktif izleyiciler kullanılarak aydınlatılır. Örneğin karbon-14 izotopu ile fotosentez olayı incelenmiş ve CO2’nin şekerlere ve nişastalara dönüşümü hakkında geniş bilgi edinilmiştir.

2-Radyoaktivitenin Sanayi ve Endüstride Kullanımı

Radyoaktif atomlar, maddelerin “etiketlenmesinde” de kullanılabilir; bunun için maddedeki bazı normal atomlar çıkarılarak bunların yerine radyoaktif atomlar yerleştirilir ve bu atomların çıkardığı ışınımdan yararlanılarak madde izlenir. Tıpta bu yöntem, hangi maddenin vücudun hangi bölümüne gittiğini saptamak için (örneğin yeni bir ilaç denenirken) kullanılır. Radyoaktif etiketlemeden, kimya ve biyokimyada moleküllerin kimyasal tepkimelere katılım aşamalarını ve süreçlerini izlemek için yararlanılır.

Endüstriyel radyografi de ise iridyum-192 ve kobalt-60 radyoizotoplarının ürettiği gama ışınları kullanılır. Bu ışınlar ile metal ve plastik levhaların kalınlıklarının ölçülmesi, iç yapılarının incelenmesi mümkündür.

Motor yağlarının verimliğini incelemek için de kullanılır. Bunun için motorun yapıldığı metale bir miktar radyoaktif izotop katılır. Motor belli bir süre çalıştırıldıktan sonra yağında taneciklerin bulunup bulunmadığına ve dolayısıyla da motorun aşınıp aşınmadığına bakılır.

Radyoizotopların diğer bir kullanım alanı ise petrol sanayisidir. Birden fazla petrol türevinin aktarımı için bir tek boru hattı kullanıldığında, aktarılan ürünlerin son kısımlarına az miktarda radyoaktif izotop katılır ve böylece bir ürünün bitip diğerinin başladığı anlaşılır. Radyasyon burada otomatik bir vana sistemini çalıştırmak için de kullanılabilir ve bu şekilde petrol ürünlerinin farklı tanklara yönlendirilmesi sağlanır.

KAYNAKLAR:

1- Temel Britannica Ansiklopedisi

2- Genç Larousse Ansiklopedisi

3- Kimya-1 Sürat Yayınları

4- Modern Üniversite Kimyası

rıfat canayakın lisesi 5-FEN-B

www.kimyaokulu.com

Nazif Baysal <woodgate@operamail.com>

06 Kasım 2007

nazif baysal <woodgate@operamail.com>

RADYOAKTİFLİK

Radyoaktiflik:

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 çekirdek olayları 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 ulaşmak üzere , atom ve kütle numaralarını azaltarak n/p oranını bire yaklaştırmak isterler. Bunun için alfa bozunmasına uğrayarak

He çekirdeğinden ibaret alfa tanecikleri yayınlamaları gerekir. Bu olaya alfa bozunması denir. Kısaca , atomun yapısından bazı parçaların atılmasıdır.

Bir alfa ışıması yapan elementin atom numarası 2 , kütle numarası 4 azalır.

Örnek1.1 : X izotopu 3 alfa 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 ışınlarının özelikleri:

1- Fotoğraf filmlerine etki ederler.

2- + yüklü oldukları için elektrik ve manyetik alanda - kutup ‘ a doğru saparlar.

3- Karşılaştıkları moleküllerden elektron kopararak , iyonlaşmaya neden olurlar.

4- 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 art arda 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.

2 beta ışıması: A.N : 1.2 = artarken , Kütle numarası değişmez.

Beta Işınlarının Özellikleri :

1- İyonlaştırma özellikleri azdır.

2- Işık hızına yakın bir hızla hareket ederler.

3- Alfa ışınlarından daha çok , gama ışınlarından daha az giricidirler.

4- Fotoğraf filmine etki ederler.

5- 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.

6- 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)

A) Pozitron yayan bir atomun atom numarası azalır.

B) Alfa yayan bir atomun kütle numarası değişmez.

C) Alfa ışınları +2 değerlikli taneciklerdir.

D) Beta ışınları -1 yüklü elektronlardır.

E) Gama ışınları yüksüz ve kütlesizdir.

F)

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 2 grup önde(sağ)

yer alır. Yine beta bozunmasına uğrayan bir element oluşan yeni elemente göre periyodik tabloda 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 serileri ortaya 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 Curie ‘nin kızı I .Curie ve damadı F. Joliot’un çalışmaları ile hızlanan yapay radyoaktiflik yolu ile birçok yeni element bulunurken teknoloji ve tıbbın gereksinimi olan radyoaktif atomlar yapılmaya başlanmıştır. 400’den fazla radyoaktif izotop yapay olarak elde edilmiştir.

NÜKLEER ÇEKİRDEK 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.

1. 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 1.5 : I. Radyum + Oksijen Radyum Oksit

II. Radyum Radan + Helyum

III. Radyum + Hidrojen klorür Radyum klorür + Hidrojen

Tepkimeleriyle ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır ? (1996-ÖSS )

A) I ve III kimyasal tepkimedir.

B) II çekirdek tepkimesidir.

C) I de kütle değişimi önemsizdir.

D) II de kütle değişimi önemsizdir.

E) III de kütle değişimi önemsizdir.

Çözüm: II. Tepkime bir çekirdek tepkimesi olup kütle değişimi önemsizdir diyemeyiz.

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 bozunma hızı 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 radyoaktif maddenin miktarına bağlı değildir. Madde miktarı arttıkça ışıma miktarı artar , yarılanma süresi ( yarı ömür ) değişmez. Yarılanma süresi radyoaktif maddeler için ayırt edici özelliktir.

Yarılanma ile maddenin kütlesi tükenmez.

Radyoaktif maddelerin yarılanma süreleri ile ilgili hesaplamalar için maddenin basınç kütlesi , yarı ömrü , geçen süre , kalan madde miktarı gibi niceliklerin bilinmesi gerekir.

Örnek 1.6 : Yarı ömrü 18 gün olan radyoaktif bir elementin , 72 gün sonunda % kaçı bozunmadan kalır?

Çözüm :

Kaç defa yarılandığını bulalım : 72/18= 4 defa yarılanmıştır. Başlangıç kütlesi 100g alınırsa ;

100 50 25 12.5 6.25 Kalan % 6.25 dir.

Örnek 1.7 : Radyoaktif bir maddenin 3/4 ‘ünün bozunması için n yıl geçmiştir. Yarı ömrü kaç yıldır ?

Çözüm :

Madde miktarı 4g alınırsa ; 3 gramı bozunmuş 1gr kalmıştır.

4 2 1 2 defa yarılanmış , 2 defa yarılanma n yılda olursa

1 defa yarılanma x dersek x= n/2 yıl olur.

Örnek 1.8 : Bir radyoaktif izotopun 24 gün sonra başlangıçtaki miktarının 1 i geriye kaldığına göre , bu izotopun yarı ömrü kaç gündür ? 8 ( 1987-ÖYS)

A) 1 / 3 B) 3 C) 8 D) 24 E) 96

Çözüm :

Bu izotopun tamamı 8 /8 = 1’dir. 1 / 8 i geriye kaldığına göre ;

1 1 / 2 1/ 4 1 /8 şeklinde 3 kez yarılanmalıdır. Geçen süre 24 gün olup ,

yarılanma süresi 24 : 3 = 8 gündür . (YANIT C )

Örnek 1.9 : Bir alfa , iki beta ışıması yapan radyoaktif bir element için ;

I. Kimyasal özelliği değişir.

II. Nötron sayısı 2 azalır.

III. İzotopu oluşur.

İfadelerinden hangileri doğrudur ?

A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) II ve III

Çözüm ; Bir alfa ışımasında atom numarası 2 , kütle numarası 4 azalır. İki beta ışımasında ise atom numarası 2 artar , kütle numarası değişmez. Böylece izotopu oluşur.

Örnek 2.0 : Radyoaktif maddelerin yarı ömürleri ile ilgili

I . Madde miktarına bağlıdır.

II. Elementten elemente değişir.

III. Maddenin katı , sıvı ya da gaz halinde bulunmasına bağlıdır.

Yargılarından hangileri doğrudur ? ( 1996 – ÖYS )

A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) I , II ve III

Çözüm :

Radyoaktif bir elementin yarı ömrü madde miktarına maddenin fiziksel haline bağlı değildir. Her element için farklıdır. ( YANIT B )

Element Proton sayısı Nötron sayısı Nötron / proton

Helyum 2 2 1.00

Karbon 6 6 1.00

Azot 7 7 1.00

Sodyum 11 12 1.09

Alüminyum 13 14 1.07

Potasyum 19 20 1.05

Demir 26 30 1.15

Çinko 30 35 1.17

Sezyum 55 78 1.42

Bizmut 83 126 1.52

Polonyum 84 126 1.50

Radyum 88 138 1.56

Toryum 90 140 1.56

Protaktinyum 91 140 1.53

Uranyum 92 146 1.58

Plütonyum 94 148 1.57

Doğada bulunan bazı elementlerin proton ve nötron sayıları yukarıdaki tabloda verilmiştir.

Radyoaktiflik

06 Kasım 2007

RADYOAKTİFLİK

Radyoaktiflik

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 başina düşen baglanma enerjisi ne kadar büyükse , atom o kadar kararli yapida 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 ) tarafindan , potasyum uranil sülfatin yaydigi işinlarin bazi maddelerden geçip fotograf plagini karartmasiyla keşfedildi.

Radyoaktif elementlerin bileşiklerinde de radyoaktif özelligi aynen görülür. Bu yüzden radyoaktif kimyasal veya fiziksel etkilere ve degişmelere bagli bir özellik degildir. Sadece çekirdek yapisina bagli ve çekirdekte olan bir degişmedir.

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) başina düşen baglanma enerjisi o çekirdegin kararliliginin ölçüsüdür. Atom çekirdeklerinde tanecik sayisi arttikça baglanma enerjisi azalir. Çekirdek kararsizligi arttikça radyoaktif olma özelligi artar.

Atomlardaki çekirdek olayları kimyasal olaylardan farklıdır. Radyoaktivite ve çekirdek olayları 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 oluşturdugu bileşikler de radyoaktiftir. Kimyasal olaylar radyoaktifligi degiştirmez.

• 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 ( ) Bozunmasi

Atom numarası 83’ ten büyük olan elementler , kararlı bir çekirdek yapısına ulaşmak üzere , atom ve kütle numaralarını azaltarak n/p oranını bire yaklaştırmak isterler. Bunun için alfa bozunmasına uğrayarak

He çekirdeğinden ibaret alfa tanecikleri yayınlamaları gerekir. Bu olaya alfa bozunması denir. Kısaca , atomun yapısından bazı parçaların atılmasıdır.

Bir alfa ışıması yapan elementin atom numarası 2 , kütle numarası 4 azalır.

Örnek1.1 : X izotopu 3 alfa 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 ışınlarının özelikleri:

1- Fotoğraf filmlerine etki ederler.

2- + yüklü oldukları için elektrik ve manyetik alanda - kutup ‘ a doğru saparlar.

3- Karşilaştiklari moleküllerden elektron kopararak , iyonlaşmaya neden olurlar.

4- Giricilikleri çok azdır.

2- Beta ( ) Bozunmasi :

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 art arda 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.

2 beta ışıması: A.N : 1.2 = artarken , Kütle numarası değişmez.

Beta Işinlarinin Özellikleri :

1- İyonlaştırma özellikleri azdır.

2- Işik hizina yakin bir hizla hareket ederler.

3- Alfa ışınlarından daha çok , gama ışınlarından daha az giricidirler.

4- Fotoğraf filmine etki ederler.

5- Elektrik ev manyetik alanda negatif yüklü oldukları için pozitif kutupa doğru saparlar. Sapmaları alfa ışınlarından daha fazladır. Çünkü bunların kütleleri daha küçüktür.

3-Gama ( ) Isimasi:

Hiçbir zaman tek başina meydana gelmez. Mutlaka bir bozunmadan sonra meydana gelen işimadir. Bazi atomlar bozunmalar sirasinda enerjisini dişariya veremez , yüksek enerjili durumda kalirlar. Enerjiden kurtulmak için gama işimasi yapip kararli duruma geçer. Gama işimasi sirasinda atomun atom ve kütle numarasinda bir degişiklik olmaz , yeni bir atom meydana gelmez.

Gama Işinlarinin 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 ( ) Isimasi :

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 ) Firlatilmasi :

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.

6- Elektron Yakalamasi :

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)

A) Pozitron yayan bir atomun atom numarası azalır.

B) Alfa yayan bir atomun kütle numarası değişmez.

C) Alfa ışınları +2 değerlikli taneciklerdir.

D) Beta ışınları -1 yüklü elektronlardır.

E) 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 2 grup önde(sağ) yer alır. Yine beta bozunmasına uğrayan bir element oluşan yeni elemente göre periyodik tabloda 1 grup geride yer alır. Buna fajans kanunu adı verilir.

Örnek 1.4 : 4. Periyot 4A grubunda bulunan Y elementi alfa ve 2 beta

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

Dogal 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 başkasina dönüşür. Bu işlem kararli bir çekirdek oluncaya kadar devam eder , böylece radyoaktif bozunma serileri ortaya çikar. 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 Curie ‘nin kızı I .Curie ve damadı F. Joliot’un çalışmaları ile hızlanan yapay radyoaktiflik yolu ile birçok yeni element bulunurken teknoloji ve tıbbın gereksinimi olan radyoaktif atomlar yapılmaya başlanmıştır. 400’den fazla radyoaktif izotop yapay olarak elde edilmiştir.

NÜKLEER ÇEKİRDEK TEPKİMELERI 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.

1. FISYON ( Bölünme ) TEPKIMELERI :

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 (Kaynasma ) TEPKIMELERI :

Kütle numarası küçük olan atomların hızlı tanecikler ile bombardımanı sonucu daha büyük çekirdeklerin

oluşmasidir. Açiga çikan enerji Fisyon enerjisinden daha büyüktür. Hidrojen bombasi bu esasa göre yapilir.

Örnek 1.5 : I. Radyum + Oksijen Radyum Oksit

II. Radyum Radan + Helyum

III. Radyum + Hidrojen klorür Radyum klorür + Hidrojen

Tepkimeleriyle ilgili aşagidakilerden hangisi yanliştır ? (1996-ÖSS )

A) I ve III kimyasal tepkimedir.

B) II çekirdek tepkimesidir.

C) I de kütle değişimi önemsizdir.

D) II de kütle değişimi önemsizdir.

E) III de kütle değişimi önemsizdir.

Çözüm: II. Tepkime bir çekirdek tepkimesi olup kütle değişimi önemsizdir

diyemeyiz.

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 bozunma hızı 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 ) bozunmadir. ( 1 Ci ) olarak tanimlanir. ( 1/Ci ) ye Becquerel radyoaktiflik şiddet birimi denir.

Yarılanma süresi radyoaktif maddenin miktarına bağlı değildir. Madde miktarı arttıkça ışıma miktarı artar , yarılanma süresi ( yarı ömür ) değişmez. Yarılanma süresi radyoaktif maddeler için ayırt edici özelliktir.

Yarılanma ile maddenin kütlesi tükenmez.

Radyoaktif maddelerin yarılanma süreleri ile ilgili hesaplamalar için maddenin basınç kütlesi , yarı ömrü , geçen süre , kalan madde miktarı gibi niceliklerin bilinmesi gerekir.

Örnek 1: Yarı ömrü 18 gün olan radyoaktif bir elementin , 72 gün

sonunda % kaçı bozunmadan kalır?

Çözüm 1: Kaç defa yarılandığını bulalım : 72/18= 4 defa yarılanmıştır.

Başlangıç kütlesi 100g alınırsa ;

100 50 25 12.5 6.25 Kalan % 6.25 dir.

Örnek 2 : Radyoaktif bir maddenin 3/4 ‘ünün bozunması için n yıl

geçmiştir. Yarı ömrü kaç yıldır ?

Çözüm 2: Madde miktarı 4g alınırsa ; 3 gramı bozunmuş 1gr kalmıştır.

4 2 1 2 defa yarılanmış , 2 defa yarılanma n yılda

olursa

1 defa yarılanma x dersek x= n/2 yıl olur.

Örnek 3 : Bir radyoaktif izotopun 24 gün sonra başlangiçtaki miktarinin 1

geriye kaldığına göre , bu izotopun yarı ömrü kaç gündür ?

( 1987-ÖYS)

A) 1 / 3 B) 3 C) 8 D) 24 E) 96

Çözüm 3:

Bu izotopun tamamı 8 /8 = 1’dir. 1 / 8 i geriye kaldığına göre ;

1 1 / 2 1/ 4 1 /8 şeklinde 3 kez yarilanmalidir. Geçen süre 24 gün olup ,

yarılanma süresi 24 : 3 = 8 gündür . (YANIT C )

Örnek 4: Bir alfa , iki beta ışıması yapan radyoaktif bir element için ;

I. Kimyasal özelliği değişir.

II. Nötron sayısı 2 azalır.

III. İzotopu oluşur.

İfadelerinden hangileri doğrudur ?

A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) II ve III

Çözüm 4; Bir alfa ışımasında atom numarası 2 , kütle numarası 4 azalır.

İki beta ışımasında ise atom numarası 2 artar , kütle numarası

değişmez. Böylece izotopu oluşur.

Örnek 5: Radyoaktif maddelerin yarı ömürleri ile ilgili

I.Madde miktarına bağlıdır.

II.Elementten elemente değişir.

III.Maddenin katı , sıvı ya da gaz halinde bulunmasına bağlıdır.

Yargılarından hangileri doğrudur ?

( 1996 - ÖYS )

A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) I , II ve III

Çözüm 5:

Radyoaktif bir elementin yarı ömrü madde miktarına maddenin fiziksel haline bağlı değildir. Her element için farklıdır. ( YANIT B )

Element Proton sayısı Nötron sayısı Nötron / proton

Helyum 2 2 1.00

Karbon 6 6 1.00

Azot 7 7 1.00

Sodyum 11 12 1.09

Alüminyum 13 14 1.07

Potasyum 19 20 1.05

Demir 26 30 1.15

Çinko 30 35 1.17

Sezyum 55 78 1.42

Bizmut 83 126 1.52

Polonyum 84 126 1.50

Radyum 88 138 1.56

Toryum 90 140 1.56

Protaktinyum 91 140 1.53

Uranyum 92 146 1.58

Plütonyum 94 148 1.57

Doğada bulunan bazı elementlerin proton ve nötron sayıları yukarıdaki tabloda verilmiştir.

Radyoaktif Mermi Nedir?

06 Kasım 2007

RADYOAKTİF MERMİ NEDİR?

NEDEN KULLANILIR?

Son günlerde Yugoslavya’da sansasyon yaratan ve uzun bir süre dünyayı meşgul eden radyoaktif madde katkılı mermilerle ilgili olarak bilinçli bilinçsiz çok şey yazıldı söylendi.

Bu mermiler neden yapılmakta ve kullanılmaktadır? Bazılarının dediği gibi bunların yapılmasındaki amaç insanları zehirlemek, düşmanları kanser hastası yaparak yok etmek midir? Yoksa teknik nedenler mi vardır?

Her şeyden önce, bu tür mermiler sadece top mermileri olarak imal ediliyorlar. Fakat bunlar sıradan top mermisi olmayıp, sadece tanklara ve zırhlı araçlara karşı kullanılmaktadırlar. Bunların yapılmasındaki amaç, sıcak çatışma sırasında düşman zırhlı araçlarını ve ana muharebe tanklarını ekonomik ve hızlı biçimde yok etmektir. Bunun için bu araçların zırh korumasının saf dışı edilmesi gerekir ki, bunun dünyada iki yolu vardır.

İlki boşluklu imla hakkı yöntemi adı verilen, klasik harp başlığıdır. Bu yöntem 2. Dünya Savaşı’ndan bu yana kullanılmaktadır. Bu başlıklarda, özel bir geometrik yapıya sahip, konik şekil verilmiş yüksek patlayıcı (TNT, RDX gibi) kullanılır ve harp başlığı ağırlığı 100 ile 4000 gram arasında değişir. Sevk sistemi olarak en yaygın kullanılan sistem roket sistemi olup, yerine göre tank topları da kullanılmaktadır.

Fakat bu tür başlıklar çok etkili olmalarına rağmen pahalı, karmaşık ve çoğu kez seri atışa uygun olmamaktadır. Üstelik bazı durumlarda, özellikle ana muharebe tanklarına yerleştirilen ilave zırh takviyesi ile (reaktif zırh, veya boşluklu zırh, vb) etkileri azaltılabilmektedir. Bu tür tank korumaları ne yazık ki bizim ordumuzda yoktur ve tanklarımız ilave korumaya sahip değildir.

Zırhı etkisiz hale getirmenin diğer bir yolu ise kimyasal enerji yerine kinetik enerjiyi kullanmaktır. Yani üzerinde patlayıcı taşımayan ve tabanca kurşunu gibi yüksek hızla hedefi delen mermi prensibidir. Fakat bunun için gerekli şey, tank zırhı gibi son derece sert bir malzemeyi delebilecek, ondan daha sert bir malzemedir.

İşte bunun için kinetik enerjili mermiler son derece sivri uçlu, çiviye benzer şekilde yapılır ve sertleştirmek için zayıflatılmış (*) uranyum katılır. Amaç, en sert tank çeliğinden bile daha sert bir delici malzemeye sahip olmaktır.

Esasen bu tür mermiler 20 mm gibi çok küçük çaplara bile sahip olabildikleri için, A-10 gibi tank avcısı uçaklarda, Cobra helikopterlerinde vb. de kullanılabilir. Özellikle bu gibi hava araçlarında kullanılan Gatling tipi seri atışlı toplar, hedef aracı dakikada birkaç yüz mermi ile tarayabilmektedir. Gerçekte bu çaptaki mermilerin ana muharebe tanklarının zırhını delmesi hemen hemen imkansızdır ama kinetik enerjileri sayesinde özellikle zırhın iç kısmından parça koparırlar ve bunlar şarapnel şeklinde içerideki tank personelini imha eder veya cephaneyi patlatır.

Yapılan deneyler ve testler, 20 mm. lik Gatling topuyla ateş altında tutulan bir ağır tankın çok kısa sürede kullanılmaz hale gelebildiğini göstermiştir. Bazı deneylerde oluşan yüksek ısı nedeniyle tank deposu veya cephanesi ateş almıştır.

Fakat her şeyin bir bedeli vardır. Bu ekonomik ve pratik mühimmat radyoaktif bir madde olan uranyum içerdiği için kanser tehlikesi yaratır. Fakat burada dikkat edilmesi gereken şey, alınan doz miktarıdır. Günlük hayatta kullanılan bir çok şey (şu an kullandığınız monitör dahil) radyasyon yayar. Önemli olan, kabul edilebilir dozun altında kalmaktır.

Bu mermilerin radyasyon oranı ve tehlike sınırları, radyologların ve fizik uzmanlarının konusudur. Fakat her teknik araçta geçerli olan prensip burada da geçerlidir… Bilinçli ve amaca uygun olarak kullanılmayan her şey amacının dışında etkilere de neden olur ve öldürür. Otomobilinizi kurallara uygun kullanmazsanız ölürsünüz, başkalarını da öldürürsünüz. Önemli olan teknik malzeme her ne ise bilinçli kullanmaktır.

Kısaca, bu mühimmat elle dokunanı birkaç gün içinde kanserden öldürmez ama kullanılan radyoaktif malzeme oranına göre, gereğinden uzun süre etkileşen personel için tehlike yaratacağı kesindir.

Bu süre birkaç hafta veya ay olabilir ve alınan doza, vücut direncine, çevre koşullarına da bağlıdır.

Radyoaktif mühimmat standart bir NATO mühimmatı olup tüm NATO ülkelerinde ve bizde de vardır ve kullanılmaktadır.

Son olarak, uranyumlu çeliğin sadece zırh delici mühimmatta kullanılmadığını, JS-2, T-72 hatta T-80 gibi bazı Sovyet tanklarında ilave zırh koruması olarak kullanıldığını da hatırlatalım. Özellikle 2. Dünya Savaşı nın son dönemlerinde Ruslar, üstün Alman Tiger tanklarının muazzam zırh delici mühimmatına karşı, JS-2 tanklarını büyük miktarda zayıflatılmış uranyum katkılı çelikle kaplama yoluna gittiler. Bunlardaki radyasyon çok fazlaydı ve kullanan tank mürettebatı birkaç ay içinde beyin kanserinden veya kan kanserinden ölüyordu ama amaç vatan savunması olduğu için bu insanlar bilerek bu araçları kullandılar. Bu mürettebata Stalin İntihar Personeli deniyordu ve çoğu ölmeden önce hastanede Stalin tarafından onurlandırılıyordu.

Ruslar uzun süre bu tanklardan yaptılar ve soğuk savaş yıllarında Sovyet İntihar Tankçıları varlıklarını korudu.

(1 (1) Uranyum amaca göre zayıflatılır veya zenginleştirilir. Bu deyim çoğu kez yanlış anlaşıldığı üzere radyoaktivite miktarının azaltılması demek değildir. Zayıflatma yada zenginleştirme deyimi, uranyumun patlayıcı özelliğinin azaltılması yada çoğaltılması anlamında kullanılır. Zayıflatılmış uranyum demek hiç bir koşul altında nükleer bir zincir reaksiyonuna ve nihayet patlamaya geçmeyecek uranyum demektir. Bu bilinen 238 izotopudur. Atom bombasında kullanılan Uranyum 235 izotopu olup, zincir reaksiyonuna uygun olarak zenginleştirilir ve patlamaya elverişli olanına “kritik kütle” adı verilir.

Radyoaktif Maddelerin Özellikleri Ve Çevreye Zararları

06 Kasım 2007

Radyoaktif maddelerin özellikleri ve çevreye zararları

RADYOAKTİVİTE

Radyoaktif denilen bazı cisimlerin kendiliklerinden bir parçalanma sonucu fotoğraf plaklarına etki eden, gazları iyonlaştırıp elektriğe karşı iletken kılan ve daha bazı olaylara sebep olan çeşitli radyasyonlar yayabilme özelliiğidir. Bir radyoaktif çekirdeğin kendiliğinden bir başka çekirdeğe değişmesi olayına dezentegrasyon , yapma olarak bir çekirdekten bir başka çekirdeğin elde edilmesi olayına da transmütasyon denir.

Fizikokimya bilimleri alanında modern keşiflerin en önemlisi radyoaktifliğin keşfi olmuştur. Zira bu keşif; bizzat bu olayın keşfi yanında, kimyasal element hakkındaki düşüncelerimizi de temelinden değiştirmiştir. Öte yandan, atomun yapısı hakkındaki şimdiki teorilerle izotopluk kavramını ve bazı atomların çekirdeklerinin büyük birer enerji kaynağı teşkil ettiklerini ve bunlardan ilk faydalanmayı hep bu keşke borçluyuz.

Radyoaktiflik, henri becquerel tarafından, 24 şubat 1896’da X ışınlarının keşfinden iki ay sonra keşfedilmiştir.

Bir crookes tüpünden husule gelen katod, pozitif ve röntgen ışınlarının özelliklerinden biri de, flüoresan maddelerin flüoresansına sebep olmalarıdır. İşte bu olayın incelenmesidir ki radyoaktifliğin keşfine yol açmıştır. İlk röntgen tüpleri antikatotsuzdu. X ışınlarının kaynağı katod ışınlarının gelip çarpmasıyla flüoresan kılınmış olan tüpün çeperinde bulunuyordu. O halde, Röntgen tüpünün camı gibi flüoresan olan, yani sebebi her ne olursa olsun bir dış etkiyle ışık verebilen başka cisimlerinde röntgen ışınlarını verip vermeyeceği haklı olarak sorulabilirdi. Şöhretli Fransız matematikçisi Henri Poicare, 20 Ocak 1896’da, Fransız Fen akademisine röntgen tarafından elde edilen bir klişe göstermiş ve fluoresan kılınmış bazı cisimlerin X ışınları verip vermediklerinin araştırmasının enteresan olacağı ifade etmiştir. Bunun üzerine bir çok fizikokimyacı durumu incelemeğe başlamıştır. Çinko sülfür, Kalsium sülfür üzerinde yapılan denemeler olumsuz sonuç vermiştir. H. Becquerel benzer denemeleri bazıları fluoresan olan uranyum tuzları üzerine yapmıştır. Siyah kağıda sarılı fotoğraf camının siyahladığını görmüştür. Becquerel, sonraki denemelerinde gözlenen olayın fluoresansa bağlı olmadığını, tuzun önceden aydınlatılmasına lüzum olmadığı gibi, urainumun fluoresan olan ve olmayan bütün tuzlarının aynı şekilde etkide bulunduklarını ve metalik uranyumun en fazla aktif olduğunu bulmuştur. Becquerel, daha sonra, tam karanlıkta bulundurulan Uranyum bileşkelerinin siyah kağıt arasından uzun fotoğraf plaklarına etkide bulunan bazı ışınlar yayınladık süre bulmuştur. Bu ışınlara uranik ışınlar denmiştir.

Bu ışınlar, Rötgen ve lenard ışınları gibi ince metalik levhalardan geçer ve gazları iyonlaştırırlar; olay, uranium dahil olduğu bileşiğe tabi değildir; şiddeti, uraniumun mutlak miktarıyla orantılı olup aydınlatma, ısıtma gibi dış etkilere de tabi değildir. O halde radyoaktiflik maddenin atomik bir özelliğinden ileri gelir. Bequerel’in keşfinden sonra başka cisimlerin de uranium gibi uranik ışınlar yayıp yaymadıkları araştırılmıştır. Fransa’da Pierre ve Marie Sklodowska Curie ve Almanya’da G. Schmidt tarafından aynı zamanda yapılan araştırmalar sayesinde thoruim tuzlarının da, uranium tuzları gibi uranik ışınlar verdiklerini bulmuşlar. Bu ışınlara Becquerel ışınlar da denmiştir. Becquerel yahut uranik ışınlar veren cisimlere radyoaktif cisim; bu ışınlar yardımıyla meydana konulan maddenin bu özelliğine radyoaktiflik denir. Bu özelliğe malik olan elementlere radyo element; radyo element; radyoaktiflik özelliği ile ilgili olaylar, metodlar ve araçları bir arada inceleyen bilim dalına da radyoaktivite adı verilmiştir.

Bu gün kırktan fazla doğal element bilinmektedir. Bunların çoğu periyodik sistemin son periyotlarında yer alan ağır elementlerdir. İleride görüleceği gibi, yapma olarak bir çok radyo element elde edilmiştir.

RADYOAKTİF MADDELERİN ÖZELLİKLERİ

Atom çekirdeklerinin bir dış etki olmaksızın kendiliklerinden ışıma yapmalarına ve bu tür ışıma yapan atomlara da radyoaktif atom adı verilir. Radyoaktif atomların çekirdekleri kararsızdır.

Atom çekirdeklerinin kararlığı nötron ve proton sayısına bağlıdır. He, C, N ve O gibi hafif atom çekirdeklerinde nötron sayısı, proton sayısına eşittir. Nötron sayısının proton sayısına oranı 1’dir. Bu çekirdekler karalıdır. Proton sayısı 2040Ca atomundan fazla olan atomlardan; nötron sayısı proton sayısına eşit olan kararlı atom çekirdeği yoktur. Bu atom çekirdeklerinde Coulomb itme kuvvetleri, çekirdeğin kararlılığının azalmasına sebep olur. Ağır elementlere doğu nötron sayısının proton sayısına oranı git gide artar.

Kararlı olan 80200Hg izotop atomunda n/p oranı 1,5’tur. N/p oranı 1,5’tan büyük olan çekirdeklerin kararlılıkları kaybolur, en son kararlı çekirdek 83209Bi’tur. 83209Bi’tan proton sayısı büyük olan atom çekirdekleri kararsızdır. Çekirdekleri kararsız olan atomlar radyoaktiftirler ve radyoaktif bozunmalar ile karalı hale ulaşmak isterler.

Bu bilgiler ışığında bir atom çekirdeğinin radyoaktif özellik göstermesi için uyması gereken şartları şu şekilde sırayalabiliriz:

Çekirdekte bulunan nötron sayısının proton sayısına oranının 1,5’tan büyük olması,

Atom numarasının 83’ten büyük olması.

Bununla birlikte atom numaraları küçük olan bütün izotopların çekirdekleri kararlıdır.

Mesela, 6 proton ve 6 nötrona sahip olan 612C izotopu karalı olmasına karşın 6 proton 8 nötrona sahip olan 614C izotopu kararsız yani radyoaktiftir. Görüldüğü gibi, radyoaktiflik çekirdek yapısı ile yani çekirdekteki proton ve nötron sayıları ile diğer bir deyişle çekirdeğin cinsi ile ilgilidir.

Yapılan deneyler radyoaktif bir elementin bu özelliğini bileşiklerinde de gösterdiği ortaya koymuştur. Bir elementin radyoaktif özelliği o elementin kimyasal durumuna bağlı değildir. Sıcaklık ve basınç gibi dış etkiler de radyoaktif özelliği değiştirmez. Bunlara ek olarak radyoaktif özellik maddenin katı, sıvı veya gaz halinde bulunmasıyla da ilgili değildir.

Kurşundan bir kröze içinde bir miktar radyum koyup bir mağnetik alana tabi tutulursa radyasyonlar üç gruba ayrılır. Bir kısmı hafifçe sola sapar, pozitif yüklüdürler, bunlar iki elementer yüke malik olan helyum çekirdekleridir, bunlara alfa ışınları denir; bir kısmı fazlaca sağa sapar, negatif elektronlar olup bunlara beta ışınları denir; bir kısmı hiç sapmaz, bunlar çok kısa dalga boylu elektromağnetik dalgalar olup bunlara gama ışını denir.

Radyoaktif maddelerden yayılan alfa beta ve gama ışınları çeşitli olaylara sebep olurlar. Mesela; karı, sıvı ve gaz halindeki maddeleri iyonlaştırırlar. Cam, porselen, fayans gibi maddeler radyoaktif ışın temasında renklenirler. Renklenme ışınların yollarına karşılık gelen bölgede olur.

Radyoaktif ışınlar canlı hücrelerine etki ederler. Başta kanser olmak üzere birçok hastalığa sebep olurlar. Nesiller boyu kalıtsal bozukluklar meydana getirebilir. Şimdi bu bozunma türlerini sırasıyla inceleyelim.

Alfa Işınları: Alfa ışınları iki defa pozitif yüklü helium çekirdekleridir. Gerçekten alfa partiküllerinin spetik yükleri bu partikülleri veren radyoaktif cisim ne olursa olsun, daima hidrojeninkinin yarısına eşittir. Bu sonuç, ancak alfa taneciklerinin atom ağırlığının ikiye eşit olduğu yahut, Rutherford’un ilk anda ileriye sürdüğü gibi, bunların kütlesi 4 olan ve herbiri 2 e yüküne malik atomlardan ibaret olduğu şeklinde izah edilebilir. Ramsay 1904’te, Rutherford’un ileri görüşünün tamamiyle yerinde olduğunu genel olarak ispat etmiştir. Gayet ince çeperli fakat gazları geçirmeyen bir cam ampul içerisine radon konmuştur; bu ampul de daha büyük, havası, boşaltılmış ve iki elektrot ihtiva eden bir başka ampul içerisine alınmıştır.

Bir müddet sonra dış ampulde husule getirilen bie deşarjın helium spektrumunu verdiği görülmüştür. Deneme şartlarına göre, bu helium ancak ince kenarlı birinci ampulün çeperinden alfa partiküllerinden ileri gelebilirdi. Radonun bozunması şöyle olmuştur.

86Rn 222è84Ra218+ 2He4

Böylece şüpheye mahal kalmaksızın alfa partiküllerinin helium çekirdeklerinden ibaret oldukları meydana konulmuştur.

Alfa ışınları radyoaktif atomdan, bu atoma tabi olarak çok büyük bir hızla yayınlanırlar. Örneğin RaC ‘nin verdiği partiküllerinin hızları 19220 Km/s’dir.

Bir radyoelementin verdiği alfa ışınları genellikle aynı enerjiye maliktirler, yani bunlar monokinetikler veya aynı enerjiyi haiz gruplar olarak kendini gösterirler. Bir ışının husule geldiği andan itibaren durdurulduğunda ana kadar bir ortamda aldığı yola, bu ışının ortamdaki yolu denir. Radyoaktif cisimlerin elektrik, ısı kimyasal olayları,esas itibariyle alfa ışınlarından gelir. Bir radyoaktif cismin verdiği alfa partiküllerini saymak suratiyle Avogadro sayısı bulunabilir. Bunun için bir taraftan bir radyoaktif cismin belli bir kütlesinin belli bir zamanda verdiği helium hacmi ölçülür ve buradan 11,2 litredeki helium sayısı hesaplanır. Alfa ışınlarının havadaki yolları ilk hızlarının küpü ile orantılıdır. Bu kanunun geçerli olduğu sınırlar içinde alfa partiküllerinin iyonlaştırma gücü, partikülün hızı ile ters orantılıdır ve bir alfa partikülünün husule getirdiği iyon sayısı R2/3’le orantılıdır; R partikülün yoludur. Radyoaktif cisimlerin elektrik, ısı ve kimyasal olayları, esas itibariyle, alfa ışınlarından gelir. Bir radyoaktif cismin verdiği alfa partiküllerini saymak suretiyle avogadro sayısı bulunabilir.

Beta Işınları: Beta ışınları negatif elektronlardan ibarettirler. Hızları ışık hızına yaklaşır, yolları alfa ışınlarınınkinden daha uzundur. Beta ışınları da iyonlaştırıcı ışınlardır. Beta ışınlarını primer ve sekonder olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür. Primer beta ışınları çekirdekten gelen ışınlardır. Örneğin 83Bi10 beta dezentegrayonu ile 84Po10’a dönüşür:

83Bi210è84Po10+B-

Bu dönüşüme çekirdekte bir nötronun bir protona dönüşmesi sonucunda meydana gelir : nèp + B- . Bir radyoelementin verdiği beta ışınları izokinetik değildir. Bunların enerjileri en küçük değerden en büyüğüne kadar değerler alabilir. Kaba olarak maksimum, maksimal enerjinin üçte birine tekabül eder. Bu şekilde enerjileri kesiksiz bir enerji dağılımı gösteren beta ışınları, primer beta ışınlarını teşkil eder ve yalnız bunlar çekirdek dezentegrasyonundan gelenlerdir. Bazı atomlarda bunların yanında aynı enerjiye sahip beta ışınları grupları da yer alır ki bunlara sekonder beta ışınları denir.

Beta ışınları çok gericidir, yani yolları çok uzundur. Çoğu radyoaktif cisim alfa, beta ve gama ışınlarını filtre etmek gerekir. Ama bugün kuvvetli arı beta kaynağı olarak yapma yolla elde edilen Stronsium - 90’dan faydalanılır. Alfa parçacıklarına oranla kütlelerinin çok az, hızlarının ise çok yüksek oluşundan daha fazla nüfuz etme özelliğine sahiptirler. 2-3 mm kalınlığındaki alüminyum levhadan geçebilirler. Beta parçacıkları elektrik ve manyetik alanda, alfa parçacıklarına göre zıt yönde ve kütlesinin çok küçük olması nedeniyle daha fazla sapmaya uğrarlar.

Beta bozunmasına uğrayan bir atom, çekirdeğinden bir elektron fırlatır. Fırlatılan bu elektron ise çekirdekteki bir nötronun bir protona dönüşmesi sonucunda oluşur.

Netice itibariyle beta bozunmasına uğrayan elementin atom numarası 1 artar, kütle numarası ise değişmez.

Gama Işınları: Gama ışınları kısa dalga boylu elektromağnetik radyasyonlardır. Bir çekirdekte alfa yahut beta ışınları meydana geldikten sonra çoğu zaman çekirdek uyartılmış hale geçer. Uyartılmış haldeki çekirdeğin bir enerji aşırısı vardır. Uyartılmış çekirdek normal haline dönüşünde kaybettiği bu enerj, aşırısı çekirdekten bir taneciğin fırlatılması şeklinde olmazsa buna bir izomerik geçiş denir ve bu sırada gama radyasyonu yayınlanır.

Uyartılmışhalde uzun süre kalan çekirdek ile normal haldeki çekirdeğeler denir.Enerjileri yüksek olan gama ışınları birkaç santimetre kurşundan geçer. Öreneğin ThC” nün verdiği gama ışınlarının yarılanma kalınlığı yani radyasyonların şiddetinin yarıya düşmesi için lüzumlu kalınlık 1,5 cm kurşundur

Gama ışınları doğrudan doğruya iyonlaştırıcı değildirler, ama meydana getirdikleri elektronlarla bunu yaparlar. Gama ışınlarının etki gücü çok yüksektir. Beta ışınlarına göre 100 kat daha fazla nüfuz etme özelliğine sahiptirler. Gama ışınları birkaç santimetre kalınlığındaki kurşundan geçebilir.

Gama ışınlarını ancak kalın kurşun levhalar 2-3 metrelik beton bloklar durdurabilir. Gama ışınları yüksüz olduklarından elektrik ve manyetik alanda sapma göstermezler. Gama ışınları iyonlaştırıcı değillerdir.

Gama parçacıklarının kütlesi ve yükü sıfır kabul edilir. Dolayısıyla gama bozunmasına uğrayan bir elementin atom ve kütle numarası değişmez.

Gama ışınları çok yüksek enerjili, elektromanyetik dalgalardır. Genele olarak gama ışınları tek başına meydana gelmez. Bir takım radyoaktif bozunma veya çekirdek tepkimelerinin ardından meydana gelir. Örneğin alfa ve beta parçacıkları oluşturan bazı radyoaktif bozunma tepkimeleri sonucunda çekirdek enerjili halde kalır. Bu yüksek enerjili çekirdek gama ışını yayarak daha düşük enerjili çekirdeğe dönüşür.

Sekonder Beta Işınları: Bazı izomerik geçişlerde bazı uyartılmış çekirdekler gama ışınları vermezler, ama enerji aşırıları atomun çekirdek dışındaki ve çoğunlukla K tabakasından

elektron koparıp fırlatmaya harcanır. Buna iç dönüşüm denir. Çekirdek dışı elektronlar belli enerji seviyeli elektronlar olduğundan, bu sekonder beta ışınlarının enerjileride bellidir. Genellikle, izomerik geçiş enerjisinin ancak bir kısmı iç dönüşüm elektronları verir. Bir iç dönüşüm elektronun fırlatılmasından sonra boşalan yere üst tabakalardan elektron sıçraması sonucu ya enerji elektronun çıktığı ve geldiği seviyedeki enerji farkına eşit enerjili ve elementin karakteristiği olan X ışınları fotonu meydana gelir, ya da bu enerji üst tabakalardaki bir elektronun fırlatılmasına harcanır. Böylece ışımasız bir iç dönüşüm olur. Bu şekilde meydana gelen elektronlara auger elektronları denir. Bunların da enerjileri bellidir.

Yukarıdaki izahlardan anlaşılacağı üzere, beta ışınlarının dağılımı çok karışıktır. Kesiksiz bir enerji dağılımı gösteren primer beta ışınları yanında belli enerjili dönüşüm ve auger elektronları da bulunur.

Pozitron Işıması: Pozitron ışımasında çekirdekteki bir proton bir nötrona dönüşür. Bu esnada özellikleri elektrona benzeyen fakat pozitif yüklü bir tanecik oluşur. Bu taneciğin çekirdekten dışarı fırlatılması pozitron ışımasıdır. Pozitron parçacığı B+ veya +1e0 şeklinde sembolize edilir. Pozitron ışıması yapan bir çekirdeğin atom numarası 1 azalır, kütle numarası ise değişmez.

RADYASYONUN GENETİK ETKİLERİ

Düşük seviyeli radyasyonun tek belirgin sağlıksal etkisi sonraki kuşaklarda görülen genetik sakatlıklara sebep olmasıdır. Genellikle genetik bozukluklar olarak adlandırılan bu sakatlıklar, renk körlüğünden, mongolizm gibi ciddi hastalıklara kadar çeşitlilik gösterir. Bazı kişiler, radyasyonun iki başlı çocukların doğmasına; insan altı ya da insan üstü canavarların ortaya çımasına neden olacağına inanırlar. Durum kesinlikle bu değildir; çünkü insanlık daima doğal radyasyona maruz kalmış olmasına karşın, hiçbir zaman bu tür vakalar görülmemiştir.

Bazı kişiler de radyasyon kaynaklı genetik etkilerin insan soyunu yok edeceğine inanırlar. Ancak bu da yanlıştır. Yani radyasyonun yol açacağı herhangi bir kötü özellik, sonuçta yok olacaktır. Nükleer endüstrinin genetik etkileri, ancak insanın doğal kaynaklardan aldığı radyasyondan sadece yüzde bir kadar daha fazla radyasyon etkilenimine yol açtığı hatırlandığında en iyi şekilde anlaşılabilir. Doğal radyasyonun da, normal olarak karşılaşılan genetik bozukların sadece %3’ünden sorumlu olduğu düşünülmektedir. Nükleer gücün genetik etkilerini anlamanın muhtemelen daha kolay bir yolu, geç yaşta çocuk sahibi olma durumudur. Geç annelik yaşının Down sendromu, Turner sendromu ve birkaç diğer kromozomal düzensizliğe yakalanma riskini artırdığı bilinirken, geç babalık yaşının da akondroplazia ve binlerce diğer otozomal, baskın hastalık riskini hızla artırdığı bilinmektedir. Sonuçlara, fareler üzerinde yapılan çalışmalar ile varılmış olması ilginçtir, çünkü insanlar üzerinde genetik bozukluğa yol açan, radyasyonla ilgili gerçek bir kanıt yoktur. Böyle bir kanıt bulabilmek için en iyi yol, atom bombasından sonra Japonya’da hayatta kalan insanları gözlemektir, ancak dikkatli olarak yapılan birkaç çalışmada, bu insanların ilk kuşak çocuklarında aşırı miktarda genetik bozukluk görülmemiştir.

Genetik bozukluğa sahip bir çocuğu olması riskini merak edebilir; bu gebelikten önce maruz kalınan her mrem radyasyon için 40 milyonda bir olasılıktır.

Hava kirliliğinin ve birçok kimyasal maddenin de genetik bozukluğa yol açtığını ifade etmek uygun olacaktır. Kükürt dioksit suda çözündüğünde ortaya çıkan bisülfatlar ve nitrojen oksitlerde elde edilen nitrosamin ve nitrus asiti de içeren 3500 kimyasal madde hakkında kesin olamayan bilgi mevcuttur. Kafein ve alkolün genetik bozukluklara yol açtığı bilinir. Bir çalışmaya göre 28.35 gram alkol, genetik etki bakımından 140 mrem’lik radyasyona eşittir. Bir fincan kahve de 2.4 mrem’lik doza eşittir. Genetik bozukluklara yol açan belki de en önemli insan etkinliği, erkeklerin pantolon giyme geleneğidir. Bu, cinsiyet hücrelerinin ısınmasına yol açar ve böylece kendiliğinden ortaya çıkan mutasyonların, yani genetik hastalıkların başlıca kaynağının olasılığını arttırır. Kaba taslak olarak yapılmış mevcut hesaplamalar, bir miliremlik radyasyonun genetik etkilerinin, beş saat pantolon giymekle aynı olduğunu göstermektedir.

Nükleer gücün genetik etkileri ile ilgili can sıkıcı bir nokta da, biz üretilen enerjinin karından yararlanırken, bedelini gelecek kuşakların ödeyeceği şeklindeki zihniyettir. Bununla birlikte, bu kuşağın ve teknolojisinin geleceği olumsuz yönde etkilediği daha başka ve çok daha önemli durumların varlığını da hatırlamalıyız. Nükleer sanayi ve onun sonraki kuşaklara yapacağı genetik etkiler konusunda yapılacak anlamlı bir değerlendirmede, gelecek kuşaklar için, onlarca milyar dolara, onbinlerce yıllık çabaya mal olmuş ucuz ve bol bulunur, sonsuz bir enerji kaynağı karşısında söz konusu olan birkaç genetik bozukluk vakası ile bunlarla mücadele etmek için bizden onlara kalacak ucuz ve etkin araçların karşılaştırılması, dengeyi sağlayacaktır.

CANLILARIN RADYOAKTİVİTEYE KARŞI KORUNMA YÖNTEMLERİ

Henri Becquerel radyoaktiviteyi bulan kişi olarak ünlüdür. Kendisinin ayrı zamanda,radyoaktif maddelerin canlılar için tehlikeli olduğunu da keşfettiğini bilen çok azdır. Becquerel, içinde radyum örneği taşıdığı cebinin altında,dersinin yandığına dikkat etmiş. O zamandan beri, radyumun zararlı ışımalar meydana getirdiğinden haberimiz vardır ve hiç kimse cebinde radyum taşımayı aklına getirmez. Işınımların tehlikesi çok büyüktür,çünkü etkisi,zarar meydana geldikten bir süre(birkaç yıl bile olabilir)sonraya kadar hissedilmez.

Atom ışımaları nedir?Bu terim parçalanan atomlardan fırlatılan hızlı taneciklerden oluşmuş demetler ve enerji dalgaları için kullanılmaktadır. Her atom parçalandığı zaman çekirdeğinin bir kısmını dışarı fırlatmaktadır. Bir atom ortasındaki,çekirdek adı verilen bir göbekten belirli uzaklıkta, bu göbeğin çevresinde dönen ve elektron adı verilen küçük taneciklerden yapılmıştır. Her elektron negatif elektrik yükü taşımaktadır. Çekirdek, proton ve nötron adı verilen iki cins tanecikten yapılmıştır. Protonlar pozitif elektrikle yüklüdür, nötronlar yüksüzdür. Bir radyoaktif atomun çekirdeği hiçbir sebep olmadan parçalanma eğilimi gösterir. Parçalandığı zaman proton ve nötron fırlatacağını söyleyebiliriz. Gerçekten böyle olur, ama çoğunlukla, fırlatılan tanecikler alfa ve beta tanecikleridir. Alfa taneciği iki proton ve iki nötrondan oluşmuş bir gruptur; içinde proton olduğu için pozitif elektrikle yüklüdür. Beta taneciği elektronla aynıdır. Negatif elektrik yükü taşımaktadır. Çekirdeğin çevresinde dönen elektronlardan gelmektedir, ama nötronlardan birinin, bir proton ve elektron haline gelmesini sağlayan bir dönüşüm sonunda çekirdekten fırlatılmaktadır. Taneciklerin hızı bunların enerjisini ve giderek, cisimlere geçme yeteneğini belirtir. Alfa ve beta tanecikleri hemen hemen ışık hızına yakın bir hızla hareket ederler. Enerji dalgalarına gama ışınları denir ve elektrik yükü taşımazlar. Bütün bu ışınlarda ve hareket eden taneciklerde, önemli bir ortak özelik, yolları üzerine rastlayan atomların elektronlarını koparma eğilimidir. Dönmekte olan elektronlarından bazılarını kaybedince, bu atomlar, elektrikle yüklü hale gelirler ve ilk hallerindeki atomlardan çok daha fazla ve değişik şekilde kimyasal reaksiyon meydana getirme özelliği kazanır. Belki atom, ışımalarına gösterilen canlı dokuların harap olması bu yüzdendir. Herhangi bir ışınımın cisimlere ne kadar geçebileceği bunun enerjisine bağlıdır. Çünkü, ışınım her bir atoma çarpışında, bu atomlardan elektron koparmakla enerjisinin bir kısmını kaybeder. Alfa tanecikleri havada birkaç santimetre ilerleyince havadaki gaz atomlarından elektron koparmak yoluyla bütün enerjisini kaybeder. Madenlerde yaklaşık olarak milimetrenin binde birkaçından ve canlı dokulardaysa yaklaşık olarak yüzde birinden fazla bir derinliğe giremez. Bir tek alfa taneciği milyonlarca atomlardan elektron koparabilir. Beta ışınlarının geçme yeteneği alfa ışınlarından daha fazladır, ama canlı dokular içerisinde fazla ileri gidemez. Alfa ve beta ışınları verev cisimler deride ışınım verev cisimler deride ışınım yanıklarına sebep olabilir. Kazara nefes alma yoluyla yada yutularak vücuda girerlerse, özellikle tehlikeli olurlar, çünkü bu ışınımların geçme yeteneği küçük olmakla beraber, uzun bir süre boyunca akciğerlerin ve midenin çeperlerinde meydana getirdiği etki çok önemlidir. Gama ışınları alfa ve beta ışınlarından çok daha öldürücüdür; hızlı nötronlar da öyledir. Bunun sebebi, menzillerinin hemen hemen sınırsız olmasıdır. Bu ışınlar, örneğin , insan vücudunun bir tarafından öte tarafına yada yüksek enerjili gama ışınları halinde yirmi santimetre kalınlığında kurşundan geçebilir. Acaba ışınım, hayvan olsun, bitki olsun, canlılara neden zarar verir? Bütün canlılar , canlı hücrelerden yapılmıştır. Büyüme ve eskiyen hücreleri yenileme her bir hücrenin kendisinin bütünüyle aynı olan iki hücreye bölünme yeteneğiyle mümkün olmaktadır. Bu bölünme , hücrenin çekirdeği ve belki bu çekirdekte meydana gelen bir kimyasal ürünle dezoksiribonükleik asit(DNA)meydana gelmektedir. Hücreye hayat veren şeyin ne olduğunu daha kimse tam olarak bilmemektedir, ama bunun, hücrenin çekirdeğini meydana getiren çok atomlu karmaşık moleküllerdeki atomların, anlaşılması güç bir düzenlenmesiyle ilgili olduğu sanılmaktadır. Bölünmenin meydana gelmesi için hücrede normal miktarda DNA bulunmalıdır ki yeni hücrelerin her birine normal miktarda DNA gidebilsin. Elektrikle yüklü bir tanecik sıradan bir moleküle çarparsa, bunun yapısını altüst eder, çünkü atomların bir araya gelmesi elektrikle yüklü taneciklerin çeşitli atomlarda ortaklaşa bulunması ve atomlar arasında değiş tokuş edilmesiyle mümkün olmaktadır. Işınımın elektrikle yüklü taneciklerinin, canlı hücrenin çekirdeği atomların çok karmaşık ve çok dengeli olan düzenine ve su gibi olan dış kısmına gelişi, nasıl olduğu daha tam olarak bilinmemekle beraber, hücrenin hayatını ve yapısını zedeleyen yeni bir düzenlemeye sebep olur. Işınların etkilediği bir hücre hemen ölür, yada ışınların dozu çok büyük ve etkilediği süre çok uzun değilse, kendini iyi edebilir. Tek bir hücrenin, yeri doldurulur. Ama, bir hayvanın bölünebilen bütün aktif hücrelerinin çekirdeği,bunların bölünmesini engelleyecek kadar zarar görürse, o zaman, yeni hücreler meydana gelemez ve biraz gecikirse de, eninde sonunda hayvanın ölümü gelir. Çok yüksek dereceli ışınım bir canlıyı hemen öldürebilir, çünkü, hücrelerin kimyasal düzenini bozmakla can alıcı organları öylesine kötü bir şekilde zedeler ki, bu organlar görevlerini yapamaz hale gelir bu da ani ölüm demektir. İnsan vücudundaki can alıcı organların korunması derine geçebilen gama ışınlarından ve nötron ışınımlarından bile kurtulma şansı artırabilir, çünkü ana organlar zarar görmezse vücut fonksiyonlarını yapmaya devam edebilir. Alyuvarların üretiminde artmaya sebep olarak vücudun dayanıklılığını arttıran dalak özellikle önemli bir organdır. Biraz tuhaf gelir ama, vücuttaki en büyük kemiklerin korunması da önemlidir, çünkü vücuttaki hasarları onaracak olan yeni kan hücreleri bunların ilik kısmında meydana gelir. Eğer, örneğin sadece bir kalça kemiği korunursa, bu bir tek fabrikanın kan hücreleri üretmeye devam etmesi iyileşme ve yaşama şansını önemli derecede artırır. Hücrelerin ışımaların etkisine uğramasıyla ilgili birçok araştırlamalar yapılabilmektedir; ama hala, birçok şey iyice anlaşılmış değildir. Eğer, hücre olgun bir hücreyse, bunun iyileşme ve bölünerek çoğalabilme şansı çok fazladır. Bölünmenin ilk basamaklarında olan daha genç hücreler ışınlara karşı çok duygundur ve ancak hafif dozlardan zarar görmeden kurtulabilir. Çeşitli ışınların etki olanları hakkında bildiklerimizle, halkı, radyoaktivitenin tehlikelerinden koruyacak güvenlik tedbirlerini bulmak mümkündür. Hiçbir radyoaktif maddenin çıplak elle tutulamayacağı apaçıktır. Cisim, sadece, alfa ve beta ışınları veriyorsa, bunlarla çalışan kimse eldiven giyerek bunları elleyebilir. Ama gene de radyoaktif tozların solunum yoluyla vücuda girmesi tehlikesi vardır. Bunu önlemek için, cisim, üzerinde içini görmek için bir pencere ve kenarlarındaki deliklerde bir çift eldiven bulunan ve eldivenli kutu adı verilen bir kutunun içinde ele alınır. Çalışan kimse, kutunun dışından içeriye erişmek için ellerini eldivenlere sokar. Bu şekilde kutu hava sızdırmaz ve radyoaktif madde çalışan kimsenin hiçbir yerine değmeden kullanılabilir. Gama ışını veren cisimlerin kurşun ve betondan kalın duvarların arkasında saklanması gerekir. Bunlarla ancak uzaktan kumandayla çalışabilir. Radyoaktif cisimlerle çalışanların koruyucu elbise, eldiven ve ayakkabı giymeleri ve bazen maske takmaları, laboratuardan ayrılırken de bunları çıkartmaları şarttır. Koruyucu elbisenin bir şekli, üzerinde toplanması mümkün olan kirleri çıkarmak için fırçalanabilir şişirilmiş, su geçirmez elbisedir. Bu tedbirler kazara çalışan kimsenin üzerine konan radyoaktif tozların laboratuarda yemek içmek, makyaj tazelemek yada sigara içmek, tehlikelidir. İşçiler ve laboratuarlar, ışınım miktarını düzenle kaybeden ölçü aletleriyle kontrol edilir. Bu kontrol düzenlerinin en basiti, madalya gibi cep üzerine asılan madensel bir kılıf içerisindeki bir fotoğraf filmidir. Film her hafta yıkanır ve filmin kararma miktarına bakarak etkisi altında kaldığı ışınım miktarı ölçülür. Eğer maksimum bir doz bulunursa işçi bir süre ışınımlardan uzak durur. Işınımlara karşı korunma, özellikle nükleer reaktörlerin yakınında önemlidir, çünkü buradaki ışınım isteyerek meydana getirilmiştir ve laboratuvarlardakinden çok daha şiddetlidir. Reaktörler kurşunla kaplanmış tek parça bir beton duvarla çevrilmiştir. Bu biyolojik kalkan en hızlı nötronlar ve gama ışınlarını bile durduracak şekilde tasarlanmıştır. Tabii kontrol çubukları ve nükleer yakıt, ancak uzaktan kumandayla yönetilir. Bu biyolojik kalkandan dışarıya biraz ışınım sızarsa, otomatik monitörler hemen alarm işareti verir. Atmosferi kirletebilecek tozlardan temizlenmesi için, nükleer elektrik santrallerini havalandırma gelen hava süzgeçlerden geçirilir. Günümüzde radyoaktif maddelerden ve radyoaktif hale gelen gereçlerden kurtulma, önemli bir problemdir.

Kaynaklar:

Prof.Dr Ali Rıza Berkem, Çekirdek Kimyası İstanbul Üniversitesi Yayınları 1974

Necdet Çelik, Kimya I-Sürat Yayınları 1997

Bernard I. Cohen, Çok Geç Olmadan 1994

Sir Lowrence Bragg-Sir James Dhadwik Norman Fisher-Sir Harry Melville-Prof.J.Z Young, Bilim Dünyası-Arkın Kitapevi