({{Číslo projektu, CZ.1.07/1.1.36/02.0066}, {Autor, Petra Kašpárková}, {Předmět, Chemie}, {Téma, Radioaktivita}, {Metodický pokyn, Výkladový text, úkoly k upevnění učiva}})

Radioaktivita

Radioaktivita neboli radioaktivní rozpad je samovolná přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká ionizující záření. Změní - li se počet protonů v jádře, dojde ke změně prvku.

Radioaktivitu objevil v roce 1896 Henri Becquerel u solí uranu. K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli francouzští fyzikové Pierre Curie a Maria Curie - Skłodowska polského původu.

Poločas rozpadu je doba, za kterou dojde k rozpadu poloviny z původního počtu atomů radionuklidu.

Druhy ionizujícího záření
1. Záření α je proud jader helia (α - částic) a nese kladný elektrický náboj, má nejkratší dosah (lze ho zastavit např.i listem papíru).
2. Záření β je proud záporně nabitých elektronů. Někdy se rozlišuje záření β - (elektrony) a β + (kladně nabité pozitrony), lze ho zachytit 1 cm          plexiskla nebo 1 mm olova.
3. Záření γ je elektromagnetické záření vysoké frekvence, neboli proud velmi energetických fotonů. Nemá elektrický náboj, a proto nereaguje na elektrické pole. Jeho pronikavost je velmi vysoká, pro odstínění se používají velmi tlusté štíty z kovů velké hustoty (např.olovo) nebo slitin kovů velké hustoty. Platí, že čím vyšší hustota a tloušťka štítu, tím více je záření odstíněno.

Pomocí WM můžeme získat tyto údaje o prvcích

a) Je prvek radioaktivní?

ElementData["U","Radioactive"]

b) Jaké izotopy prvku jsou známé?

ElementData["U","KnownIsotopes"]

c) Které z těchto izotopů jsou stabilní?

ElementData["Uranium","StableIsotopes"]

d) Jaký je poločas rozpadu prvku?

ElementData["U","HalfLife"]

e) Jaký je nejčastější způsob přeměny prvku?

ElementData["U","DecayMode"]

f) Jaké je zastoupení stabilních izotopů prvku?

ElementData["Pb","IsotopeAbundances"]

Úkol 1: Vyberte z následujících prvků radioaktivní prvky : Pb, U, I, K, Cl, Ag, Po, Ra, At, As

prvky={82,92,53,19,17,47,84,88,85,33}

Grid[Table[{z,ElementData[z,"Name"],ElementData[z,"Radioactive"]},{z,prvky}],Frame->All]

Úkol 2: Jak se nazývá radioaktivní prvek s nejnižším protonovým číslem?

Seznam prvků, u každého je uvedeno, zda je nebo není rdioaktivní.

rad=Table[{z,ElementData[z,"Name"],ElementData[z,"Radioactive"]},{z,1,118,1}]

Výběr radioaktivních prvků s nejnižším protonovým číslem lze provést několika způsoby:

Select[rad,(#[[3]])&,3]

Select[Table[{z,ElementData[z,"Name"]},{z,1,ElementData[]//Length,1}],(ElementData[#[[1]],"Radioactive"])&,3]

Úkol 3: Jak se nazývá neradioaktivní prvek s nejvyšším protonovým číslem?

Výběr tří neradioaktivních prvků s nejvyššími protonovými čísly:

Take[Select[rad,!(#[[3]])&],-3]//Reverse

Úkol 4: Poločas rozpadu je u různých prvků různě dlouhý. Porovnejte poločas rozpadu francia, radonu a thoria.

ElementData["Fr","HalfLife"]

ElementData["Rn","HalfLife"]

ElementData["Th","HalfLife"]

Izotopy a jejich využití

Jod
Jod nepatří mezi radioaktivní prvky. Přesto vytváří celou řadu izotopů, některé z nich mají význam v lékařství :

ElementData["I","KnownIsotopes"]

Izotopy jodu se využívají  např. při scintigrafii štítné žlázy, ve vysokých dávkách k léčbě její zvýšené funkce či některých jejích nádorů. Mají rovněž využití laboratorní. Nejčastěji se používá izotop (^131)I, beta a gama zářič s poločasem rozpadu 8,04 dne. V některých indikacích např. u dětí je vhodnější izotop (^123)I,je ovšem podstatně dražší. (^125)I je gama zářič s poločasem rozpadu 60 dní.

Úkol 5: Mezi stabilní izotopy jodu patří pouze jediný, který?

ElementData["I","IsotopeAbundances"]

Uhlík 
Známé izotopy uhlíku:

ElementData["C","KnownIsotopes"]

Úkol 6: Které z těchto izotopů se vyskytují v přírodě nejčastěji?

ElementData["C","IsotopeAbundances"]

V přírodě se uhlík vyskytuje běžně ve formě dvou stabilních izotopů:(^12)C,který tvoří 98,9% a (^13)C s průměrným výskytem 1,1%.

Reakcí atomů dusíku (^14)N,přítomných v atmosféře s kosmickým zářením vzniká nestabilní izotop (^14)C,který se rozpadá (beta rozpad) s poločasem 5 715 let.

Poměr všech 3 izotopů uhlíku v atmosférickém oxidu uhličitém se tak dlouhodobě udržuje na konstantní hodnotě. Živé organizmy neustále korespondují s atmosférickým (Subscript[CO, 2]) ať již formou fotosyntézy (rostliny) nebo příjmem jejich produktů–býložravci a následně predátoři. Lze proto tvrdit,že poměr (^14)C/(^12)C zůstává v průběhu života daného organizmu konstantní.

Po odumření jakékoliv biologické tkáně se výměna uhlíku mezi organizmem a prostředím zastaví. Zároveň nedochází ani ke vzniku (^14)C reakcí s kosmickými paprsky,protože ty jsou pohlceny atmosférou. Obsah (^14)C klesá podle zákonitostí rozpadu nestabilních atomových jader.

Radiokarbonová metoda datování využívá zmíněného jevu tím způsobem,že v archeologickém či jiném nálezu pozůstatku živé hmoty (zbytky tkání,kosti,popel…) je analyzován poměr (^14)C/(^12)C.

Zjištěný poměr pak poměrně přesně ukazuje na dobu zániku dané živé hmoty.Vzhledem k uvedenému poločasu rozpadu uhlíku (^14)C je metoda optimálně použitelná pro objekty o stáří 2–100 tisíc let.

Při hodnocení naměřených výsledků je třeba vzít v úvahu i možnost působení radioaktivních zářičů na zkoumaný materiál v průběhu jeho depozice na místě nálezu,protože tak může dojít k významnému zkreslení dat.

Počet izotopů prvku

Zdroje

http : // www.gvi.cz/files/chemie/radioaktivita.pdf
http : // www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k23.htm
http://www.gvp.cz/studenti/radioaktivita/vyuziti.html