19.1: Radyoaktivite ve Nükleer Denklemler

Nükleer kimya, nükleer yapıdaki değişiklikleri içeren reaksiyonların incelenmesidir. Bir atomun çekirdeği protonlardan ve hidrojen hariç nötronlardan oluşur. Çekirdekteki proton sayısına elementin atom numarası (Z) denir ve proton sayısının ve nötron sayısının toplamı kütle numarasıdır (A). Aynı atom numarasına sahip ancak farklı kütle numaralarına sahip atomlar aynı elementin izotoplarıdır.

Bir elementin nükleidi belirli sayıda proton ve nötrona sahiptir ve belirli bir nükleer enerji durumundadır. Bir nüklid için notasyon  , burada X elementin sembolüdür, Akütle numarasıdır ve Z atom numarasıdır. Atom numarası ihmal eden çoğu nüklidler için birkaç kısaltma notasyonu da vardır. Örneğin,   karbon-14, C-14 veya ¹⁴C yazılabilir.

Nüklid geçici olarak uyarılmış bir durumda ise, bu genellikle bir yıldız işareti ile gösterilir. Kararsız bir durum olarak adlandırılan daha uzun ömürlü bir uyarılmış durumda ise, bu kütle numarasına ‘m’ eklenerek gösterilir. Örneğin, teknesyum-99 izotopu temel durumda   ve yarı kararlı olarak bulunur. Belirli bir izotop için birden fazla kararsız durum varsa, bunlar artan enerji düzeninde numaralandırılır. Örneğin, tantal-180 izotopunun beş nüklidi vardır: temel durumu   ve yarı kararlı durumları  ,  ,  , ve  .

Nükleer reaksiyonlar, bir veya daha fazla nükleidin diğerine dönüşümüdür, bu da atom numaralarındaki, kütle numaralarındaki veya çekirdeklerin nükleer enerji durumlarındaki değişikliklerle ortaya çıkar. Bir nükleer reaksiyonu tanımlamak için, reaksiyonda yer alan nükleidleri ve parçacıkları tanımlayan bir denklem kullanıyoruz. Kimyasal reaksiyonlarda olduğu gibi, nükleer reaksiyonlar kütlenin korunmasına uyar: reaktanların kütle numaralarının toplamı, ürünlerin kütle numaralarının toplamına eşittir.

Nükleer reaksiyonlarda birçok farklı parçacık veya foton yer alabilir. En yaygın olanlar, yüksek enerjili helyum-4 çekirdeği olan alfa parçacıklarını (α veya  ), elektronları (e⁻ veya β⁻) ve pozitronları (e⁺ or β⁺) içeren beta parçacıkları (β); gama ışınları (γ); gama ışınları (γ); nötronları ( ); ve protonları içerir (p⁺ veya  ).

Bazı nüklidler süresiz olarak bozulmadan kalır veya stabildir, diğerleri ise kendiliğinden diğer nüklidlere dönüşür veya kararsızdır. Kararsız bir nüklitin diğerine kendiliğinden değişmesi radyoaktif bozunmadır. Kararsız nüklid ana nüklid olarak adlandırılır ve çürümeden kaynaklanan nüklid yavru nüklid olarak bilinir. Yavru nüklid, kararlı olabilir veya kendi kendine bozunmaya uğrayabilir.

Bu metin bu kaynaklardan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 21.1: Nuclear Structure and Stability ve Openstax, Chemistry 2e, Section 21.2: Nuclear Equations.

Ek Kaynaklar

IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Online version (2019-) created by S. J. Chalk. https://doi.org/10.1351/goldbook. Erişim Tarihi: 2021-01-10

International Atomic Energy Agency, Nuclear Data Section. Live Chart of Nuclides. https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html. Erişim Tarihi: 2021-01-10

Bir atomun en yoğun bölgesi, topluca nükleon olarak adlandırılan proton ve nötronları içeren çekirdektir. Belirli sayıda proton ve nötron tarafından tanımlanan atom türü, bir çekirdek olarak adlandırılır. Bir çekirdek için gösterim, bir element sembolü, atom numarası ve kütle numarasını içerir.

Nüklidler için birkaç kısa gösterimden biri öğe adını, kısa çizgiyi ve kütle numarasını kullanır. Aynı atom numarasına, ancak farklı kütle numaralarına sahip olan nükleitlere birbirlerinin izotopları denir. Bu nedenle, karbonun burada gösterilen üç izotopu vardır.

Nüklitler ayrıca enerji durumlarıyla da karakterize edilir. Örneğin, tek izotop teknetyum-99 iki farklı durumda bulunur:düşük enerji temel durumu ve yarı kararlı durum adı verilen uzun ömürlü uyarılmış durum. Bu iki tür, aynı sayıda proton ve nötron içermelerine rağmen, farklı çekirdeklerdir.

İlginç bir şekilde, periyodik tablodaki bazı elementler, sonsuza kadar bozulmadan kalan kararlı çekirdek parçalarına sahiptir. Buna karşılık, bazı elementlerde yalnızca radyonüklit adı verilen kararsız çekirdek bulunur. Örneğin, uranyum-238'in kendiliğinden nükleer parçalanması toryum-234'ü üretir.

Süreç, radyoaktif bozunma olarak adlandırılır. Bozunma sırasında üretilen yavru çekirdek kararlı veya radyoaktif olabilir. Sürece küçük parçacıkların veya elektromanyetik radyasyonun yayılması eşlik eder.

Alfa parçacıkları helyum çekirdeklerine eşdeğerdir. Salımları atom numarasını 2, kütle numarasını 4 azaltır. Beta parçacıkları elektronlara eşdeğerdir;yayıldığında, yavru nuklidin atom numarası 1 artar.

Negatif yük taşıdıkları için beta eksi radyasyon denir. Bir elektronla aynı kütleye ancak zıt yüke sahip olan bir pozitron emisyonu atom sayısını 1 azaltır. Genellikle beta artı emisyon olarak adlandırılır.

Gama ışınları, emisyonu ne atomik ne de kütle sayısını değiştirmeyen yüksek enerjili elektromanyetik radyasyondur. Proton emisyonu kütle numarasını ve atom numarasını 1'er azaltırken, nötron emisyonu kütle sayısını 1 azaltır. Nükleer denklemler, ebeveyn ve yavru çekirdek arasındaki farkı haritalandırır ve çürümenin doğasını gösterir.

Uranyum-238'in toryum-234'e radyoaktif bozunmasına, alfa parçacıklarının emisyonu eşlik eder. Nükleer denklemler, kimyasal denklemler gibi dengelenir. Denklemin her iki yanında kütle sayılarının toplamı aynıdır.

Bu alfa bozunması olduğu için atom numaralarının toplamı da öyledir.

• Nuclear Chemistry - Study of reactions involving changes in nuclear structure.
• Protons - Stable subatomic particles with a positive electric charge
• Atomic Number (Z) - Number of protons in the nucleus of an atom
• Mass Number (A) - Sum of the number of protons and neutrons in an atom
• Nuclide - A specific type of atom characterized by its proton count, neutron count, and nuclear energy state

• Define Nuclide – Explain the importance of protons, neutrons, and atomic number (e.g., nuclide)
• Contrast Stable vs Unstable Nuclides – Describe stability in relation to nuclear chemistry (e.g., stable nuclide)
• Explore Nuclear Reactions – Discuss equation, conservation of mass, and involved particles (e.g., nuclear chemistry reactions)
• Explain Radioactive Decay – Explore transformation from parent nuclide to daughter nuclide
• Apply in Context – Explore how unstable nuclides impacts radioactive decay.

• What is the role of protons in defining a nuclide?
• How do stable and unstable nuclides differ in nuclear reactions?
• What is conservation of mass in the context of nuclear reactions?

• Students – Understands how nuclear chemistry concepts relate to atomic structure
• Educators – Provides a structured framework for teaching nuclear chemistry
• Researchers – Relevant for the study of atomic structure and radioactivity
• Science Enthusiasts – Explores nuclear chemistry and atomic structure in detail