Radyoaktiflik

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


Örnek11 : X izotopu 3 alfa ışıması yaparsa , oluşan elementin atom ve kütle numarası ne olur ?
Çözüm:
3 alfa ışıması ; Atom numarasını 23= 6 , kütle numarasını 43=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


Örnek12 : X izotopu art arda 4 alfa , 2 beta ışıması yaparsa , oluşan elementin atom ve kütle no’su ne olur?
Çözüm : 4 alfa ışıması : AN : 24 = 8 azalır KN : 44 =16 azalır

2 beta ışıması: AN : 12 = 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 13 : 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 14 : 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 15 : 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 3,710 ( 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 16 : 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 25 125 625 Kalan % 625 dir


Örnek 17 : 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 18 : 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 19 : 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 20 : 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 2 100
Karbon 6 6 100
Azot 7 7 100
Sodyum 11 12 109
Alüminyum 13 14 107
Potasyum 19 20 105
Demir 26 30 115
Çinko 30 35 117
Sezyum 55 78 142
Bizmut 83 126 152
Polonyum 84 126 150
Radyum 88 138 156
Toryum 90 140 156
Protaktinyum 91 140 153
Uranyum 92 146 158
Plütonyum 94 148 157


Doğada bulunan bazı elementlerin proton ve nötron sayıları yukarıdaki tabloda verilmiştir