Strålningskemi

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 16 juli 2019; kontroller kräver 2 redigeringar .

Strålningskemi  - en del av högenergikemi , en sektion av fysikalisk kemi  - studerar de kemiska processer som orsakas av verkan av joniserande strålning på materia.

Elektromagnetisk strålning ( röntgenstrålning , γ-strålning , synkrotronstrålning ) och strömmar av accelererade partiklar ( elektroner , protoner , neutroner , helioner , tunga joner; fissionsfragment av tunga kärnor, etc.) har en joniserande förmåga, vars energi överstiger joniseringspotentialen för atomer eller molekyler (i de flesta fall ligger inom intervallet 10-15 eV ).

Inom ramen för strålningskemin anses vissa kemiska processer som är omöjliga med traditionella kemiska metoder. Joniserande strålning kan kraftigt reducera temperaturen för kemiska reaktioner utan användning av katalysatorer och initiatorer.

Strålningskemins historia

Strålningskemin uppstod efter upptäckten av röntgenstrålning av W. Roentgen 1895 och radioaktivitet av A. Becquerel 1896, som var de första att observera strålningseffekter i fotografiska plattor. De första arbetena om strålningskemi utfördes 1899-1903 av makarna M. Curie och P. Curie . Under de följande åren ägnades det största antalet studier till radiolys av vatten och vattenlösningar .

Fysiska grunder för strålningskemi

Man fann att, när de passerar genom materia, slår ett g-kvantum eller snabba partiklar (a-partiklar, elektroner, protoner, etc.) ut elektroner från molekyler, det vill säga orsakar deras jonisering eller excitation om den del av energin som överförs till dem är mindre än joniseringsenergin. Som ett resultat av detta uppstår ett stort antal elektriskt laddade - joner, radikaljoner - eller neutrala - atomer, radikaler (se Fria radikaler ) - fragment av molekyler uppträder på vägen för en snabb partikel och bildar ett så kallat spår. De elektroner som slås ut ur molekylerna, som har en lägre energi ("sekundära" elektroner), som flyger isär, ger i sin tur en liknande effekt, bara på kortare avstånd (motsvarande deras energi). Som ett resultat förgrenas spåret av de primära snabba partiklarna på grund av bildandet av kortare områden av jonisering och excitation. Vid en tillräcklig bestrålningsdensitet överlappar spåren och den initiala inhomogeniteten i den rumsliga fördelningen av aktiverade partiklar och fragmentpartiklar utjämnas. Detta underlättas också av diffusionen av partiklar från spåren till ett medium opåverkat av strålning.

  De processer som sker i det bestrålade mediet kan delas in i tre huvudsteg. I det primära, fysiska stadiet inträffar kollisioner av en snabbladdad partikel med mediets molekyler, som ett resultat av vilka partikelns kinetiska energi överförs till molekylerna, vilket leder till en förändring i deras energitillstånd. I detta skede sprids energin som överförs till mediet över olika molekylära (atomära) nivåer. Resultatet är ett stort antal "aktiverade" molekyler i olika excitationstillstånd. Det primära skedet sker under mycket korta tidsperioder: 10 -15 -10 -12 sek. I det skapade exciterade tillståndet är molekylerna instabila, och antingen sönderfaller de eller så interagerar de med de omgivande molekylerna. Som ett resultat bildas joner, atomer och radikaler, det vill säga mellanliggande partiklar av strålningskemiska reaktioner. Detta andra steg varar 10 -13 -10 -11 sek. I det tredje steget (korrekt kemiskt) interagerar de bildade aktiva partiklarna med de omgivande molekylerna eller med varandra. I detta skede bildas slutprodukterna av den strålningskemiska reaktionen. Varaktigheten av det tredje steget beror på aktiviteten hos intermediära partiklar och mediets egenskaper och kan vara 10 -11 -10 -6 sek.

 "Sekundära" elektroner, som spenderar sin kinetiska energi på jonisering (excitation) av molekyler, saktar gradvis ner till en hastighet som motsvarar termisk energi. I ett flytande medium sker sådan retardation inom 10 -13 -10 -12 sekunder , varefter de fångas upp antingen av en molekyl, vilket bildar en negativt laddad jon, eller av en grupp molekyler ("solvat"). Sådana "solvatiserade" elektroner "lever" i 10 -8 -10 -5 sekunder (beroende på mediets egenskaper och förhållanden), varefter de rekombineras med några positivt laddade partiklar. Helheten av regelbundenheterna i de listade elementära processerna är en viktig komponent i teorin om R. x. Dessutom spelar reaktionerna av exciterade molekyler en betydande roll i strålningskemiska processer. Av stor betydelse för flödet av det senare är också överföringen av excitationsenergi i det bestrålade mediet, vilket leder till deaktivering av de exciterade molekylerna och energiförlust. Sådana processer studeras med fotokemi, som alltså är nära besläktad med strålningskemi.

Strålningskemiska transformationer

Under verkan av joniserande strålning sker följande strålningskemiska omvandlingar [1] :

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Strålningskemi // Encyklopedisk ordbok för en ung kemist. 2:a uppl. / Komp. V. A. Kritsman, V. V. Stanzo. - M . : Pedagogy , 1990. - S. 200 . — ISBN 5-7155-0292-6 .
  2. ↑ Curie P., Curie M. Effets chimiques produits par les rayons de Becquerel  (franska)  // Comptes rendus de l'Académie des Sciences :tidskrift. - 1899. - Vol. 129 . - s. 823-825 .

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger