Закони фотохімії:

- поглинутий речовиною фотон може викликати перетворення тільки однієї молекули;

- фотохімічна реакція можлива за умови, що енергія фотона достатня для розриву молекулярних зв’язків, тобто не менша за енергію дисоціації.

Билет № 54

А́том  — найменша частинка хімічного елемента, яка зберігає всі його хімічні властивості.

• Атоми складаються із елементарних частинок (протонів, електронів, та нейтронів). Маса атома в основному зосереджена в ядрі, тому більша частина об'єму відносно порожня. Ядро оточене електронами. Кількість електронів дорівнює кількості протонів у ядрі, кількість протонів визначає порядковий номер елемента в періодичній системі. У нейтральному атомі сумарний негативний заряд електронів дорівнює позитивному зарядові протонів. Атоми одного елемента з різною кількістю нейтронів називаються ізотопами.

• У центрі атома знаходиться крихітне, позитивно заряджене ядро, що складається з протонів та нейтронів.

Ядро оточене електронною хмарою, яка займає більшу частину його об'єму.

Дослід Е. Резерфорда започаткував основи сучасних уявлень про будову атома

Більшість із них рухалася майже прямолінійно (кут відхилення ф становив 1—2°). Проте незначна їх частка відхилялася на більші кути; були зафіксовані навіть такі альфачастинки, які після розсіювання змінювали свій напрямок руху на протилежний (ф > 90°).

Щоб пояснити одержані результати, Е. Резерфорд припустив, що атом має складну будову, схожу на Сонячну систему: всередині його міститься позитивно заряджене ядро, навколо якого обертаються електрони

Його розрахунки довели, що в ядрі зосереджена практично вся маса атома, але його розміри набагато менші за сам атом. Вимірювання показали, що лінійні розміри атома становлять приблизно 10^-10 м, а радіус його ядра дорівнює близько 10^-15 м

Отже, на підставі одержаних експериментальних даних Е. Резерфорд запропонував ядерну модель атома, яка узгоджувалася з результатами дослідів і пояснювала багато інших явищ, пов'язаних з будовою атома.

Е. Резерфорд на основі законів електромагнітної взаємодії вивів формулу, яка дає змогу обчислити кількістьа-частинок, розсіяних на кут ф, залежно від їх енергії і хімічної природи досліджуваного матеріалу. Пізніше ця теоретично виведена формула була експериментально підтверджена й остаточно утвердила в фізиці ядерну модель атома.

Постулати Бора — сформульовані датським фізиком Нільсом Бором основні положення будови атома, що враховують квантованийхарактер енергії, випромінюваної електронами.

1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія  . У стаціонарному стані атом енергію не випромінює.

2. Радіуси   стаціонарних станів задовольняють умову:

,

де   - маса електрона,   - зведена стала Планка.

3. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію яких   визначають за формулою:

,

де   і   - цілі числа (номери стаціонарних станів), якщо   фотон з частотою   випромінюється, якщо   - поглинається.

Поглинаючи світло, атом переходить із стаціонарного стану з меншою енергією в стаціонарний стан з більшою енергією. Усі стаціонарні стани, крім одного, є умовно стаціонарними. Нескінченно довго кожен атом може знаходитись лише в стаціонарному стані з мінімальним запасом енергії. Цей стан атома називається основним, всі інші - збудженими.

Билет № 55

Радіоакти́вність  — явище спонтанного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елемента в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.

Явище радіоактивності було відкрито в 1896 році французьким фізиком Антуаном Анрі Беккерелем, який помітив, що солі урану виділяють випромінювання, здатне про ¬ ходити крізь метали і діяти на фотографічну пластинку.  Ще більш сильним властивістю радіоактивності має радій.  Радіоактивні речовини мають наступні властивості: вони світяться в темряві і викликають світіння різних речовин (на домішки радіоактивних речовин раніше було засновано виготовлення світних фарб), виділяють тепло, радіоактивні промені діють на фотографічну пластинку, проходять крізь непрозорі предмети і діють на заряджений електроскоп, розряджаючи його .  Останнє може служити чутливим способом знаходження надзвичайно малих слідів радіоактивних речовин (наприклад при дослідженні радіоактивності атмосфери, води, джерел і тому подібне).

Питання захисту людини від впливу радіаційних випромінювань постали одночасно з їх відкриттям. Це пояснюється, по-перше, тим, що радіаційне випромінювання швидко почало застосовуватися в науці та на практиці, і, по-друге, комплексом виявлених їхніх негативних впливів на організм людини.

Для захисту від зовнішнього опромінювання, яке має місце при роботі із закритими джерелами випромінювання, основні зусилля необхідно направити на попередження переопромінення персоналу шляхом: - збільшення відстані між джерелом випромінювання і людиною (захист відстанню); - скорочення тривалості роботи в зоні випромінювання (захист часом); - екранування джерела випромінювання (захист екранами). Під закритими джерелами радіаційного випромінювання розуміють такі, які виключають можливість потрапляння радіоактивних речовин в навколишнє середовище. У виробничих і лабораторних умовах необхідно якомога швидше застосовувати дистанційне управління роботою обладнання, яке дає можливість виконувати операції з радіоактивними речовинами на відстані. Захист від внутрішнього опромінення вимагає виключення безпосереднього контакту з радіоактивними речовинами у відкритому вигляді та попередження потрапляння їх у повітря робочого простору.

Радіоактивні речовини повинні знаходитися в спеціальних приміщеннях. По кожному з них необхідно вести суворий облік надходжень і витрат, щоб виключити можливість їх безконтрольного використання. Порядок транспортування радіоактивних речовин регламентується спеціальними правилами. Радіоактивні речовини перевозять у спеціальних контейнерах і спеціально обладнаним транспортом.

Билет № 56

Атом складається з ядра і навколишнього його електронного "хмари". Знаходяться в електронному хмарі електрони несуть негативний електричний заряд. Протони, що входять до складу ядра, несуть позитивний заряд. У будь-якому атомі число протонів в ядрі в точності дорівнює числу електронів в електронному хмарі, тому атом в цілому - нейтральна частинка, що не несе заряду. Атом може втратити один або кілька електронів або навпаки - захопити чужі електрони. В цьому випадку атом набуває позитивний або негативний заряд і називається іоном. Практично вся маса атома зосереджена в його ядрі, так як маса електрона складає всього лише 1/1836 частина маси протона. Щільність речовини в ядрі фантастично велика - близько 1013 - 1014 г/см3. Сірникову коробку, наповнений речовиною такої щільності, важив би 2,5 мільярда тонн! Зовнішні розміри атома - це розміри набагато менш щільного електронного хмари, яка приблизно в 100 000 разів більше діаметру ядра. Крім протонів, до складу ядра більшості атомів входять нейтрони, що не несуть ніякого заряду. Маса нейтрона практично не відрізняється від маси протона. Разом протони і нейтрони називаються нуклонами (від латинського nucleus - ядро). Електрони, протони і нейтрони є головними "будівельними деталями" атомів і називаються субатомними частками. Їх заряди і маси в кг і в спеціальних "атомних" одиницях маси.

Ядерні сили — короткодіючі, оскільки проявляють себе на відстанях у межах атомного ядра (10^-15 м)

Обмінний характер ядерної взаємодії подібний до ковалентного зв'язку між атомами в молекулі, де роль такого «посередника» відіграють валентні електрони.

Під енергією зв’язку атомного ядра розуміють енергію, необхідну для повного розчеплення ядра на нуклони без надання їм кінетичної енергії. Енергію зв’язку ядра характеризує величина m, яку називають дефектом маси.

Під дефектом маси розуміють різницю між сумою мас протонів і нейтронів, які перебувають у вільному стані, і масою утвореного з них ядра. Якщо ядро з масою М_Я утворене із Z протонів і масою m_p кожний із (А-Z) нейтронів з масою m_n кожний, то:

m – дефект маси ядра визначає енергію зв’язку частинок у ядрі.

Найбільшу енергію зв’язку (близько 8,7МеВ на один кулон) мають елементи з номерами від 50 до 60, тому ядра цих елементів найстійкіші.

Велика питома енергія зв’язку свідчить про те, що в ядрах діють специфічні сили притягання, які називаються ядерними силами. Ядерні сили мають ряд характерних властивостей:

1. вони є силами притягання;

2. це короткодіючі сили, їх дія проявляється на відстані порядку 10^-15м (радіус дії ядерних сил);

3. ядерні сили мають властивість зарядової незалежності: ядерні сили, які діють між протоном і нейтроном, між двома протонами або між двома нейтронами, однакові;

4. ядерні сили є нецентральними, як наприклад, сили гравітаційні і кулонівські;

5. ядерні сили мають властивість насичення. Кожен кулон взаємодіє не з усіма нуклонами ядра, а тільки з обмеженим числом найближчих до нього нуклонів.

Билет № 57

Розподіл ядра можливо завдяки тому, що маса спокою важкого ядра більше суми мас спокою осколків, що виникають при діленні.

Реакція ділення ядер урану була відкрита в 1939 році. При діленні ядер урану вивільнюється 2–3 нейтрони, які можуть викликати ділення наступних ядер.

Ланцюговою ядерною реакцією називають реакцію, в якій частинки, що її викликали, утворюються як продукти цієї реакції. Ланцюгова реакція можлива, якщо кількість звільнених нейтронів у даній масі урану не зменшується з часом.

Для характеристики цієї умови використовують коефіцієнт розмноження – це відношення числа нейтронів, які поглинаються речовиною, що ділиться в даному і попередньому етапах реакції. Коефіцієнт розмноження позначається літерою к.

Якщо коефіцієнт розмноження більший від одиниці, — некерована ланцюгова реакція;

Якщо коефіцієнт розмноження дорівнює одиниці, — керована реакція;

Якщо коефіцієнт розмноження менший від одиниці, — ланцюгова реакція неможлива.

Ядерний реактор — пристрій, у якому може відбуватися самопідтримувана ланцюгова реакція поділу атомних ядер.

Я́дерна ене́ргія — внутрішня енергія атомних ядер, що виділяється при деяких ядерних перетвореннях.

Використання ядерної енергії засновано на здійсненні ланцюгових реакцій розподілу важких ядер і реакцій термоядерного синтезу легких ядер.

Використання атомної енергії стимулюється насамперед тим, що вже на першому етапі її використання вартість електроенергії, одержуваної від атомних і вугільних станцій, приблизно однакова

ЗАСТОСУВАННЯ ЯДЕРНОЇ ЕНЕРГІЇ. Застосовувати ядерну енергію для її перетворення в електричну вперше почали в нашій країні в 1954 р. у м.Обнінську було введено в експлуатацію атомну електростанцію АЕС потужністю 5000 кВт. Енергія, що виділялася в ядерному реакторі, використовувалася для перетворення води в пару, яка потім обертала з’єднану з генератором турбіну. За таким самим принципом діють введені в експлуатацію за два минулі десятиліття Нововоронезька, Ленінградська, Курська, Коломська та інші АЕС. Реактори цих станцій мають потужність 500-1000 МВт. Ядерній енергетиці, як і багатьом іншим галузям промисловості, властиві шкідливі або небезпечні фактори впливу на навколишнє середовище. Потенційно найнебезпечнішими є радіоактивне забруднення. Складні проблеми виникають у зв’язку з потребою захоронення радіоактивних відходів і демонтажем атомних станцій, які відпрацювали свій строк. А строк їх служби близько 20 років. Після цього відновлення станції неможливе у зв’язку з багаторічним впливом радіації на матеріали конструкцій. АЕС проектують з урахуванням максимальної безпеки персоналу станції і населення. Досвід експлуатації АЕС в усьому світі показує, що біосфера надійно захищає від радіаційного впливу підприємств ядерної енергетики при нормальному режимі експлуатації. Проте вибух четвертого реактора на Чорнобильській АЕС показав, що ризик зруйнування активної зони реактора внаслідок помилок персоналу і прорахунків у конструкції реакторів залишається реальністю. Тому вживаються найсуворіші заходи, щоб зменшити цей ризик. Ядерні реактори встановлюють на атомних підводних човнах і криголамах.

Проблеми екології

Існують дві найбільш серйозні проблеми атомної енергетики: економічна -атомне паливо досить дороге, вартість будівництва атомних станцій,створення та підтримання на належному рівні систем забезпечення реакторів ядерним пальним, захоронення відпрацьованого палива і радіоактивних відходів та вивід ядерних об’єктів з експлуатації; й екологічна - імовірність аварій та проблема захоронення ядерних відходів. Проти АЕС існує ще один досить серйозний аргумент – це розповсюдження ядерного озброєння.

Найбільш істотні фактори - локальний механічний вплив на рельєф - при будівництві, стік поверхневих і ґрунтових вод, що містять хімічні і радіоактивні компоненти, зміна характеру землекористування й обмінних процесів у безпосередній близькості від АЕС, зміна мікрокліматичних характеристик прилеглих районів.

Виникнення могутніх джерел тепла у виді градирень, водойм -охолоджувачів при експлуатації АЕС звичайно помітним образом змінює мікрокліматичні характеристики прилеглих районів. Рух води в системі зовнішнього тепловідводу, скидання технологічних вод, що містять різноманітні хімічні компоненти впливають на популяції, флору і фауну екосистем.

Билет № 58

Вивчення природної радіоактивності показало, що перетворення одного хімічного елемента в інший зумовлено внутрішньоядерними процесами, тобто змінами, які відбува­ються всередині атомних ядер. У зв'язку з цим були зроблені спроби штучного перетворення одних хімічних елементів в інші шляхом впливу на атомні ядра. Виняткова стабільність ядер нерадіоактивних елементів свідчить про те, що їх зміна може статися лише за винятково енергійного зовнішнього впливу. Ефективним засобом такого впливу виявилося бомбардування атомних ядер частинками високої енергії. Спочатку для бомбардування брали альфа-частинки радіоак­тивного проміння. Пізніше почали застосовувати й інші.

Таким чином, дослід Резерфорда підтвердив можливість здійснення штучних ядерних реакцій і разом з тим безпосе­редньо показав, що протони входять до складу атомних ядер і можуть бути виділені (вибиті) з цих ядер. Пізніше іншими дослідниками були виявлені перетворення під впливом аль­фа-частинок ядер інших хімічних елементів (Алюмінію, Натрію, Флуору тощо).

Радіоактивні ізотопи застосовуються в медицині як для постановки діагнозу, так і для терапевтичних цілей. Радіоактивний натрій, що вводиться в невеликих кількостях у кров, використовується для дослідження кровообігу, йод інтенсивно відкладається в щитовидній залозі, особливо при базедової хвороби. Спостерігаючи за допомогою лічильника за відкладенням радіоактивного йоду, можна швидко поставити діагноз.Великі дози радіоактивного йоду викликають часткове руйнування аномально розвиваються тканин, і тому радіоактивний йод використовують для лікування базедової хвороби. Інтенсивне гамма-випромінювання кобальту вНе менш великі застосування радіоактивних ізотопів у промисловості. Одним із прикладів цього може служити наступний спосіб контролю зносу поршневих кілець у двигунах внутрішнього згоряння. Опромінюючи поршневе кільце нейтронами, викликають в ньому ядерні реакції і роблять його радіоактивним. При роботі двигуна частинки матеріалу кільця потрапляють в мастило. Досліджуючи рівень радіоактивності олії після певного часу роботи двигуна, визначають знос кільця. Радіоактивні ізотопи дозволяють судити про дифузії металів, процеси в доменних печах і т. д.икористовується при лікуванні ракових захворювань (кобальтова гармата).

Потужне гамма-випромінювання радіоактивних препаратів використовують для дослідження внутрішньої структури металевих виливків з метою виявлення в них дефектів.

Все більш широке застосування отримують радіоактивні ізотопи в сільському господарстві. Опромінення насіння рослин (бавовнику, капусти, редиски та ін) невеликими дозами гамма-променів від радіоактивних препаратів приводить до помітного збільшення врожайності. Великі дози 'радіації викликають мутації у рослин і мікроорганізмів, що в окремих випадках призводить до появи мутантів з новими цінними властивостями (радіоселекція).

Цікавим застосуванням радіоактивності є метод датування археологічних і геологічних знахідок по концентрації радіоактивних ізотопів. Найбільш часто використовується радіовуглецевий метод датування. Нестабільний ізотоп вуглецю   виникає в атмосфері внаслідок ядерних реакцій, що 

викликаються космічними променями. Невеликий відсоток цього ізотопу міститься в повітрі поряд зі звичайним стабільним ізотопом   . Рослини та інші організми споживають вуглець з повітря, і в них накопичуються обидва ізотопу в тій же пропорції, як і в повітрі. Після загибелі рослин вони перестають споживати вуглець і нестабільний ізотоп в результаті β-розпаду поступово перетворюється на азот   з періодом напіврозпаду 5730 років.Шляхом точного вимірювання відносної концентрації радіоактивного вуглецю   в останках древніх організмів можна визначити час їх загибелі.