Atomsko jezgro i nuklearni procesi

Atomi hemijskih elemenata, osim atoma inertnih gasova, nemaju stabilnu elektronsku konfiguraciju. Teznja da se postigne stabilna elektronska konfiguracija ostvaruje se u hemijskoj reakciji. Hemijske reakcije su procesi u kojima se atomi reagujucih molekula pregrupisu i obrazuju nove molekule. U ovakvim reakcijama ne ucestvuju jezgra atoma, pa ne dolazi do promene hemijskoh elemenata.
Pored ovih reakcija postoje i takve reakcije u kojima ucestvuje jezgro atoma (nucleus) pri cemu se element pretvara u drugi. Te reakcije nazivaju se NUKLEARNE REAKCIJE.
Jezgro atoma tezi da postigne stabilnost smanjivanjem broja elementarnih cestica, kao i smanjivanjem sadrzaja energije. To se postize emitovanjem naelektrisanih cestica i viska energije. Kao posledica, dolazi do promene naelektrisanja jezgra i nastaje nov element. Za razliku od hemijskih reakcija, na nuklearne reakcije nemaju uticaja ni promena temperature,pritiska ili prisustvo katalizatora. Nuklearne reakcije su nepovratne reakcije i one ne mogu biti usporene, ubrzane ili prekinute. 

KATODNI ZRACI. PRIRODNA RADIOAKTIVNOST. FAJANS-SODIJEV ZAKON  POMAKA.

Katodna cev- delimicno evakuisana cev u kojoj se nalaze katoda i anoda povezane na izvor jednosmerne struje. Pri visokom naponu izvora struje unutar cevi pocinje da se proizvodi zracenje koje je nevidljivo golim okom ali moze postati vidljivo kada prolazi kroz odgovarajuci gas. Ovi zraci se nazivaju ,,Katodni'' zato sto poticu sa katode. Katodni zraci skrecu kada se nadju u spoljasnjem magnetnom ili elektricnom polju sto znaci da nose neko naelektrisanje. Na ovaj nacin su naucnini prvi put otrkili elektrone i definisali katodni zrak na sledeci nacin : ,,Katodni zrak predstavlja neprekidan tok elektrona koji se krecu kroz gas'' 

PRIRODNA RADIOAKTIVNOST.

Posmatrajuci atomska jezgra elemenata mozemo videti da iznad elementa sa atomskim brojem 20 (kalcijum) stabilna jezgra imaju vise neutrona nego protona. Do kalcijuma odnos neutrona i protona moze se prikazati n⁰/p⁺ = 1 , a od kalcijuma taj odnos se znatno menja,odnos neutrona i protona je n⁰/p⁺ =1,5. 
Bekerel je 1896 godine istrazivao pojavu luminescencije ( svojstvo supstanci da svetlucaju posto su prethodno izlozene Suncevoj svetlosti) na solima urana i kalijuma (u pitanju si bili njihovi sulfati). Otkrio je da uran i njegova jedinjenja spontano emituju neke zrake. Ustanovljeno je da to zracenje jonizuje vazduh i izaziva hemijske promene kao sto je zacrnjenje fotografske ploce. Bekerel je otkrio da uzorak koji sadrzi uran, a slucajno se nadje na fotorafskoj ploci, izaziva njeno zacrnjenje bez prethodnog izlaganja Suncevoj svetlosti. Bekerelov rad zainteresovao je Mariju i Pjera Kirija. Marija Kiri je utvrdila da intenzitet zracenja zavisi od kolicine urana u jedinjenju. Posle dugog rada Kirijevi su uspeli da iz uranove rude izdvoje dva nova elementa. Nazvali su ih ,,polonijum'' i ,,radijum'' a samu pojavu RADIOAKTIVNOST.

FAJANS - SODIJEV ZAKON POMAKA.

,,Ako neki element emituje ALFA zrake onda se njegov redni broj smanjuje za 2 a maseni za 4. Ukoliko element emituje BETA zrake, njegov redni broj se povecava za 1, dok maseni broj ostaje isti, a ukoliko element emituje GAMA zrake, ni atomski ni maseni broj se ne menjaju''. 
Na osnovu ovog zakona utvrdjeno je da su ALFA zraci zapravo jezgra hemijuma ( ₂He⁴), BETA zraci su elektroni visoke energije i brzine (mogu ostvariti i do 99% brzine svetlosti) dok GAMA zraci nastaju kao posledica smirivanja jezgra,nakon emitovanja ALFA i BETA zraka i oni predstavljaju fotone veoma velike energije. 
Primer: ₈₉Ac²²⁵ ------> ₈₇Fr²²¹ + ALFA- zrak ( ₂He⁴)
₈₈Ra²²⁸ ---------> BETA-zrak + ₈₉Ac²²⁸
U periodnom sistemu elemenata radioaktivni elementi se nalaze desno od olova. Dakle, sto atom ima veci redni broj- to mu je jezgro nestabilnije. 
Moram da napomenem i ,,Vreme poluraspada'' - To je vreme koje je potrebno da se pocetna kolicina radioaktivnog zracenja smanji na polovinu (od 10²⁰ godina do 10^-6 sekundi). T = 0,693/K .

RADIOAKTIVNOST. NUKLEARNA FISIJA I FUZIJA.

Radioaktivnost je spontani proces u kojem se tesko atomsko jezgro spontano cepa na dva ili vise manjih jezgara procesom fisije. 

NUKLEARNA FISIJA.

Fisija je spontani proces cepanja teskih jezgara na dva ili vise laksih jezgara. Produkti fisije su vecinom radioaktivni elementi i nizom transformacija prelaze u stabilna jezgra. pr. ₉₂U²³⁵ + ₀n¹ -----> ₉₂U²³⁶ ----> ₃₆Kr⁹² + ₅₆Ba¹⁴¹ + 3 ₀n¹ + 200MeV 
Umesto barijuma i kriptona mogu nastati i drugi elementi sa atomskim masama od 72 do 161. Oslobodjene n⁰ ,,hvataju'' druga atomska jezgra ₉₂U²³⁵ nastavljajuci fisiju kao lancanu reakciju. Lancana reakcija u kojoj se povecaa broj neutrona naziva se NEKONTROLISANA REAKCIJA.
Da bi se proces fisije odigrao potrebna je neka masa reaktanata. Ta najmanja masa koja je potrebna da bi se odigrala nuklearna reakcija naziva se KRITICNA MASA. Ukoliko je masa veca od kriticne, dolazi do lancane reakcija koja traje milioniti deo sekunde. Iz jednog kilograma ₉₂U²³⁵ oslobodi se energija od nekoliko milijardi dzula. Naravno,covek ne bi bio covek kada ne bi umesao svoje prste i pokusao nauku da iskoristi protiv coveka. Na principu nekontrolisane fisije konstruisana je atomska bomba koja je bacena na Hirosimu i Nagasaki.

NUKLEARNA FUZIJA.

Fuzija je proces suprotan fisiji. Dakle fuzija je proces spajanja dva ili vise laksih jezgara u jezgro vece mase. 
Reakcija fuzije se drugacije naziva TERMONUKLEARNA REAKCIJA zato sto je za njeno ostvarivanje pootrebno ostvariti temperaturu velicine 10^{7 0}C. Hladnu fuziju naucinici nikada nisu uspeli da ostvare, Eksplozija hidrogenske bombe je prva nuklearna fuzija ostvarena na Zemlji. Proces fuzije je nemoguce kontrolisati zato sto su supstance u termonuklearnim reakcijama u stanju PLAZME (tzb. cetvrto agregatno stanje materije). Ne postoji materijal koji moze da podnese tako visoke temperature i korozivno dejstvo plazme. Jedini nacin za ogranicavanje i kontrolu termonuklearne plazme je magnetno polje. Proces fuzije se odigrava na Suncu kada se atomi vodonika sjedinjavaju gradeci deuterijum a kasnije helijum prema sledecim reakcijama:
₁H¹ + ₁H¹ ----> ₁D² +₁e^o+ E
₁D² + ₁H¹ ----> ₂He³ + E
₂He³ + ₂He³ ----> ₂He⁴ + 2 ₁H¹ + E

POSTOJANJE I PRIMENA IZOTOPA.

Moram jos i da napomenem da su izotopi elementi koji imaju isti atomski a razliciti maseni broj. Izotopi su od velikog znacaja i primenjuju se u medicini, geologiji,rudarstvu, arheologiji, metalurgiji... Navescu samo neke od primera izotopa i njihve primene.
Radioaktivna bomba cinka sluzi kao lek protiv tezeg oblika secerne bolesti,kada je nivo secera u krvi prevelik. Za odredjivanje starosti koristi se izotop ugljenika ₆C¹⁴ zato sto ima vreme poluraspada T =5700 god. Primenjuje se kod odredivanja starosti mumija. Zatim, u organizam se unese (popije) mala kolicina izotopa I¹³¹ i u odredjenim vremenskim itervalima prati prisustvo radioizotopa u stitnoj zlezdi. Na slican nacin se koristi izotop tehnicijuma Tc⁹⁹ koji sluzi za otkrivanje tumora mozga a izotop fosfora P³² za otkrivanje tumora koze. 
I na kraju mogu jos samo da dodam da postojanje izotopa objasnjava zbig cega atomske mase izvesnih elemenata u PSE nisu celi brojevi.