Atomtheorie
Wer hatte zuerst die Idee von Atomen?
Demokrit
Wieso nennt man ionisierende Strahlung "Radioaktivität"?
Marie Curie prägte diesen Bergiff.
Er stammt von den lateinischen Wurzeln "radiare"=strahlen ("radius"=Strahl) und "activus"=tätig,wirksam.
"Radioaktivität"=Strahlenwirkung, Strahlentätigkeit
Was misst man mit der Einheit "Becquerel"?
Die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde, unabhängig davon, um welche Art von Zerfall es sich handelt.
Woraus bestehen Atomkerne?
Protonen und Neutronen
(diese wiederum aus Quarks und Gluonen)
Wieviel Gramm ist von 32g Cs-137 nach 120Jahren noch übrig?
Halbwertszeit von Cs-137 ist fast genau 30a.
120a sind also gerade vier Halbwertszeitenund damit sind noch ein Faktor (1/2)^4=1/16, d.h. 2g übrig.
Chemische Verbindungen kommen immer nur in ganzzahligen Verhältnissen der Edukte vor,
z.B. Fe3O4, Anteile Fe : Anteile O = 3:4.
Wie nennt man dieses chemische Gesetz?
Gesetz der mutliplen Proportionen
Wieso nennt man diese Strahlung "ionisierend"?
Die Strahlen können, wenn sie auf andere Atome treffen, an diese Energie abgeben und dadurch die Bindung eines der Elektronen des Atoms überwinden, d.h., ein Elektronen wird frei und zurück bleibt ein positiv geladenes Atom dem ein Elektron zur Neutralität fehlt. Es entsteht also ein Ion.
Zur Zeit der Tschernobylkatastrophe wurde viel über die Messgröße "Becquerel" (z.B. von Pilzen oder Wildschweinen) berichtet. Warum ist das keine besonders wertvolle Information und warum hat man trotzdem hautpsächlich davon berichtet?
Becquerel zählt nur die Anzahlmder Zerfälle pro Sekunde, sagt aber nichts über die Dosis und daher die biologische Gefährlichkeit aus (ausser, dass es evtl. "viel", d.h. mehr als "normal" ist).
Man hat es verwendet, weil es der allg. Öffentlichkeit am einfachsten zu vermitteln ist.
Welche neuen Erkenntnisse ergaben sich durch den Rutherfordschen Streuversuch im Vergleich zum davor angenommenen Thomsonschen Atommodell?
1. Hauptmasse des Atoms in sehr kleinem Bereich, dem sog. Kern, konzentriert.
2. Der Kern ist positiv geladen (enthält keine Elektronen, wie bei Thomson).
3. Die negativen Elektronen befindn sich in eiern Hülle weit um dem Kern herum.)
In den Zähnen eines gefundenen Frühmenschen-Schädels misst man bei Anwendung der Radio-Carbon-Methode noch 3,125% der natürlich vorkommenden C-14-Konzentration. Wie alt ist das Skelett, wenn die Halbwertszeit von C-14 5730a ist?
100/3,125=32=2^5
Der Schädel ist somt 5 Halbwertszeiten alt, d.h.
5*5730a=28650a
Was ist der wesentliche Unterschied zwischn den Atommodellen von Dalton und Demokrit?
Dalton:
Atome sind strukturlose unteilbare neutrale Kugeln, füer jedes Element eine eigene Sorte
Demokrit: unteilbare kleinste Teilchen, Platonische Körper, viele Formen
Wesentlich: Kein Bezug zu Elementen bei Demokrit
Welche drei hauptsächlichen Strahlungsarten gibt es und woraus bestehen diese?
1. alpha: He-Kerne, 2 Protonen und 2 Neutronen
2. beta: beta- = Elektronen, beta+ = Positronen
3. gamma: Elektromagnetische Wellen (Licht) hoher Energie (=hoher Frequenz)
Was misst man mit der Messgröße "Gray"?
"Gray" misst die Energiedosis der Strahlung, d.h. wieviel Energie in Joule pro kg Körpermasse ann einen Körper abgegeben wird.
Gy=J/kg
Warum sind die im Periodensystem gelisteten Atommassen der Elemente in der Regel nicht ganzzahlig (z.B. 1327Al ist mit 26,982u gelistet)?
Es gibt verschiedene Isotope, also Kerne mit 13 Protonen aber verschiedener Neutronezahl und dmait verschiedener Atommasse. Die Angabe stellt den Durchschnitt der natürlich vorkommenden Isotope dar.
Alpha-Teilchen haben typischerweise kinetische Energien von einigen MeV, von künstlichen Nukliden soger einge -zig MeV.
Wieviel Energie in J hat ein alpha-Teilchen mit 5MeV?
Umrechnung eV in J: 1e=1,6*10^-19C
1eV=1,6*10^-19C*1V=1,6*10^-19J
(denn 1V=1J/C, also C*V=C*(J/C)=J)
Somit sind
5MeV=5*10^6*1,6*10^-19J=8*10^-13J
oder 5MeV=0,8*10^-12=0,8pJ
In wie weit ist die chemische Entdeckung (Tatsache) eines Periodensystems ein Hinweis auf die Existenz von Atomen?
Ein solches Systems ist nur denkbar, wenn die Stoffe aus ganzheitlichen Bestandteilen zusammengesetzt sind. Das Gesetz der multiplen Prtoportionen bestärkt diese Folgerung, denn sonst wären auch nicht-ganzzahlige Verhältnise der Edukt-Anteile einer Verbindung denkbar (z.B. Fe3,2O4,5 , aber so etwas gibt es nicht).
Wenn der Atomkern nur aus Protonen und Neutronen besteht und beta-Strahlung aber Elektronen sind, woher kommen diese Elektronen dann?
Sie entstehen aus der Umwandlung eines Neutrons in eine Proton und ein Elektron im Kern:
n -> p+ + e- + Antineutrino
Sie haben nichts mit den Elektronen der Atomhülle zu tun!
Was misst man mit der Messgröße "Sievert"?
"Sievert" misst die Äquivalentdosis der Strahlung, d.h. wieviel Energie in Joule pro kg Körpermasse ann einen Körper abgegeben wird multipliziert mit einem empirischen Faktor, der die biologische Wirksamkeit der verschiedenen Starhlungsarten berücksichtigt.
Sv=J/kg (also wie Gy), aber Sv=Gy*Zahlenfaktor
Der Faktor hängt von Strahlungsart und Energiebereich ab (z.B. Elektronen: 1, Alphateilchen: 20, jeweils für alle Energiebereiche)
Wie viele Neutronen enthält das
Aluminiumisotop 26Al
Das stabile "normale Isotop ist 2713Al, d.h. es besteht aus 13 Protonen (Ordnungszahl) und 27 Nukleonen (Atommasse). Die Differenz ist die Neutronenzahl.
Bei 2613Al also N=26-13=13 Neutronen.
Das "normale" Aluminium hat 27-13=14 Neutronen.
1g Cs-137 hat eine Aktivität von ca. 3TBq, wobei es sich dabei hauptsächlich um die Gamma-Strahlung des metastabilen beta-Zerfallsprodukts Ba-137m mit einer Halbwertszeit von 153s handelt. Diese Photonen haben eine Energie von 0,66MeV.
Welche Äquivalent-Dosis erhälst du davon in einer Stunde, wenn du dieses 1g Cs-137 , z.B. als Wildschweinbraten, "gegessen" hast?
Ist das gefährlich?
1MeV=0,8pJ
3TBq=3*10^12 Zerfälle/s
Energie in einer Stunde also:
3*10^12s*0,8*0,66*10^-12J*3600s
=3*0,8*0,66*3600J=5702J
Der Gewichtungsfaktor für Gamma ist w=1.
(D.h. Sv und Gy sind gleich)
Für eine Person mit 80kg Körpergewicht sind das also
5702J/80kg*w/h=71,3J/kg*1/h=71,3Sv/h
Das ist ca. 10-fach tödlich!
Die Person, die das zu sich genimmen hat, wäre innerhalb weniger Tage tot.
Welche experimentelle Beobachtung ist beim Rutherfordschen Streuversuch aus naiver Sicht die aller bemerkenswerteste?
Die meisten (ca. 10000:1) alpha-Teilchen durchdringen eine feste Goldfolie anscheinend praktisch ungehindert.
Eine unbekannte Strahlungsquelle wird gefunden. Wie können wir bestimmen, welche Strahlungsarten sie aussendet?
Da gibt es mindestens zwei Methoden:
1. Wir verwenden verschiedene Abschirmungsmaterielein, um zwischen alpha, beta und gamme-Starhlung zu unterscheiden.
2. Wir unterscheiden die Arten mit Hilfe eines Magnetfeldes.
Was bedeutet der Begriff Äquivalentdosisleistung und wie wird er gemessen?
Äquivalentdosis/Zeit
Dosis=Energie/Köpermasse
Äquivalent: biologische Wirkung durch Faktor berücksichtigt
Einheit Äquivalentdosis 1Sv=1J/kg
Einheit Äquivalentdosisleistung 1Sv/h
Wie lautet die korrekte Bezeichnung der Kernreaktion, bei der sich das radioaktive Polonium-210 durch alpha-Zerfall umwandelt?
21084Po -> alpha + 20682Pb
Der Grenzwert für Wildschweine beträgt 600Bq/kg.
Welche Äquivalentdosisleistung erhälst du nach dem Genuss von 250g von solchem Wildschweinbraten?
Ist das gefährlich?
1MeV=0,8pJ, 1Bq=1 Zerfall/s
Gamma-Strahlung von Ba-137m: 0,66Mev
Energie in einer Stunde also:
600/s*0,25*0,66*0,8*10^-12J*3600s
=600*0,25*0,66*0,8*10^-12*3600J
=0,285*10^6*10-12J=0,285*10-6J=0,285microJ
Der Gewichtungsfaktor für Gamma ist w=1.
(D.h. Sv und Gy sind gleich)
Für eine Person mit 80kg Körpergewicht sind das also
0,285microJ/80kg*w/h
=0,0036microJ/kg*1/h=0,0036microSv/h
Das liegt sogar unterhalb des Bereichs der "normalen" Strahlenbelastung und stellt somit keine besondere Gefahr dar.