Kiindulási pont:a periódusosrendszer
…Elnézést, uram!…Szerintem,hallgatnia kéne afeleségére …Témaöszefoglaló,meg effélék… tudja!
1.Ímhol az Ember. A Homo. A sapiens. Atermészet leigázója, a tökéletes lény.
2.Övé a bioszféra kimeríthetetlen gazdagsága. És övé ahűtőszekrény, az autómobil, meg a McDonald’s. Őtszolgálják a Föld elemei is mind: kicsik és nagyok.
3.A Nap azért van, hogy az Ember ne fázzon, és nyáron szép barnára süljön.A Hold, a Nap nővére, éjjel világít neki. Finoman, hogy ne sértse a szemét.
4.Majd’ elfelejtem! Van még odafönn egy csomó apró, mihaszna cucc is: csillagok.
…Sorry to botheryou Sir. …But you’dbetter listen to yourwife… Summary ofyour talk and stuff…You know…
A téma {Life, the Universe and Everything} elhelyezése
1.A világ egy fenenagy sötét hely!
2.És ami nem sötét benne, igencsak gázos az is!
3.Még jó, hogy egy kis kémia is akad: másképp túl unalmas lenne.
4.Na igen, élet is előfordul – módjával. Egy aprócska zugot biztosan tudok!
5.És itt egy élő porszem, mely eszméletre kelt. Egy parányi kő, ein Steinchen. Egy a gondolkodó lények közül.
6.És van tudomány, van művészet, van irodalom. Van erkölcs, filozófia és politika. És egyéb súlytalan dolgok…
EMBERszabású nézőpont – Szirén módjára csábító
Univerzális nézőpont – ridegen „ANYAGias”
Emberek vagyunk, de ne feledjük, hogy hol a helyünk avilágban. Íme néhány egyszerű kérdés, mely ezzel összefügg:Miből, mennyi, hol és miért? És honnan vannak a válaszok?
Kezdjük újra: kiindulási pont – a periódusos rendszer
A IUPAC 2001-es táblázata mára kissé elavult.
Itt a IUPAC által májusban elismert 112-eselem – GSI (Darmstadt) által javasolt – nemhivatalos jele – a Cp: kopernícium – isszerepel. Hevesyum egyelőre nincs. Hm…
Itt a IUPAC által májusban elismert 112-eselem – GSI (Darmstadt) által javasolt – nemhivatalos jele – a Cp: kopernícium – isszerepel. Hevesium egyelőre nincs. Hm…
Az ember Földhöz ragadt: aza fontos, ami körülötte van.Lássuk, mi jut az eszembe?
Tégla, vas és beton.
Büfé és szendvics.
Fl
Lv
Ólomtok sugárforrásnak.
A fogam amalgámtömése.
Víz-
Nem létező Rolex aranyórám.
és villanyvezetékek.
(Az áram negyede állítólag Paksról jön...)
Z
Jel
A
Bomlás
T1/2
43
Tc
98
β–
4,2
Ma
61
Pm
145
α, EC
17,7
a
83
Bi
209
α
19
Ea
84
Po
209
α, EC
102
a
85
At
210
α, EC
8,3
h
86
Rn
222
α
3,825
d
87
Fr
223
α, β–
21,8
min
88
Ra
226
α
1,6
ka
89
Ac
227
α, β–
21,773
a
90
Th
232
α, SF
14,05
Ga
91
Pa
231
α
32,96
ka
92
U
238
α, SF, β–
4,468
Ga
93
Np
237
α
2,144
Ma
94
Pu
244
α, SF
80,0
Ma
95
Am
243
α, SF
7,37
ka
96
Cm
247
α
15,6
Ma
97
Bk
247
α
1,38
ka
98
Cf
251
α
898
a
99
Es
252
α, EC
1,29
a
Z
Jel
A
Bomlás
T1/2
100
Fm
257
α, SF
100,5
d
101
Md
260
SF
31,8
d
102
No
259
α, EC
58
min
103
Lr
262
EC
3,6
h
104
Rf
267
SF
2,3
h
105
Db
268
SF
32
h
106
Sg
271
α, SF
2,4
min
107
Bh
267
SF
17
s
108
Hs
269
α
9,7
s
109
Mt
276
α
0,72
s
110
Ds
281
SF
9,6
s
111
Rg
280
α
3,6
s
112
Cn
285
α
34
s
113
Uut
284
α
0,48
s
114
Fl
289
α
2,7
s
115
Uup
288
α
87
ms
116
Lv
293
α
53
ms
117
Uus
118
Uuo
294
α
1,8
ms
Az instabil elemek legstabilabb ismert izotópjainak felezési ideje
a: év, d: nap, gyenge bomlási ág, EC: elektronbefogás, SF: spontán hasadás, ,k (kilo): 103, M (mega): 106, G (giga): 109, E (exa): 1018,
primordiális
A jobboldalitáblázatmesterségeselemeinekmesszenincs mégfelderítvemindenizotópja.Ezértlétezhetnekstabilabbakis azoknál,amelyek ittszerepelnek!
Akkor most nézzünk jól körül az Univerzumban!
Milyen elemeket látunk odakint?
Jóformán csak H & He és más semmi!
Te jó ég! Hová tűnt az a rengeteg elem a periódusos rendszerből!?
Lineáris ábrázolás:
A gömbök átmérője közvetlenül azatomok számával arányos.
Elemgyakoriságok az Univerzumban
H
He
A Napban (ήλιος) igensok a hidrogén, de vanhélium is bőven. A többielemből kevés van, de azarányuk nagyjából olyan,mint másutt!
Antropikus elv
„A világot azért látjukolyannak, amilyennek látjuk,mert benne élünk.” Bizarr!
Ezen a pöttöm kékgolyón élünk! Igaz, aNaptól sokkal távolabb.Ha ilyen közel lennénk,akkor nem azok volnánk,akik vagyunk. És másnaklátnánk a világot is.
Stephen Hawking: Az idő rövid történeteA Világegyetem rövid története
Egyáltalán hol a helyünk a világban … ?
Itt vagy Te , az Univerzum közepén,körülötted a bioszféra (a vastagsága kb. azaláhúzás ¼-e), talpad alatt a kémiai elemek ésvegyületek tömkelege. Ideális hely egyleendő vegyésznek!
A Nap nevű fúziós reaktorteljesítménye ~5×10-8 %-átadja át Földünknek. Ez akevés élteti bioszféránkat éslát el minket energiával.
Nem egynagy reaktor,de nekünképp elég.
… és hol a helye a kémiának?
Ez a csinos sárga pixel itt aNap. Jobbára H és He.Mindazonáltal atomos anyag: akémia lehetséges tárgya.Egyszer még érdekesebb lesz,de jobb, hogy még nem az!
Ha a fizikusok nemtévednek, akkor akémia csak erről a4,5%-ról szólhat!
A nagyokban több a nehézelem, mint most a Napban.Ez a kémia szempontjábólfontos.
Bővebben lásd ezt a témát aWikipédiában a Sötét anyagés a Sötét energia címszavakalatt. A Csillagok háborújábannem egészen erről van szó!
Nehezebb elemek kint is vannak. Miért nem láttuk őket?
Logaritmikus mennyiségek: kémhatás (pH) zaj erőssége (decibel) földrengés erőssége (Richter-skála) fényesség (pl.: csillagok magnitúdója ).
A logaritmus egyszerre láttatja velünk a kicsités a nagyot.A szemünk a távolságot lineárisan érzékeli:
Azonostávolság:azonoskülönbség
Azonostávolság:azonosarány
Robert Wadlow,a fiam. Nemsokáutolér! Már most272 cm!
Mert a lineáris ábrázolás mellett döntöttünk!
Przewalski Vadló132 cm
27 cm
27 mm
Vagy a fát látjuk, vagy az erdőt!
2,7 mm
27 mm
Csak hidrogén és némi hélium.
Ezt a lehangolóan unalmas képet láttuk az imént!
Lineáris ábrázolás:
A gömbök átmérője közvetlenül azatomok számával arányos.
mert egyszerre érzékelteti az eltérő nagyságrendeket.
Elemgyakoriságok az Univerzumban
Logaritmikus ábrázolás:
A gömbök átmérője az atomszámoklogaritmusával arányos.
A logaritmikus ábrázolás feltárja a ritka elemeket is
Látjuk, hogy a páros rendszámú elemek gyakoribbak a bór (5B) után?
B C N O F
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
27 000 000nanométer
2 700 000nanométer
![MMj02363340000[1]](data/images/img40.gif){kind=small}
MAG
Ami a Földet illeti, nem nagy ügy: kiszaladunk a laborból, és összeszedünk ezt-azt.O(46,6%) + Si(27,7%) + Al(8,1%) + Fe(5,0%) + K(3,6%) + Na(2,8%) + Ca(2,6%) + Mg(2,1%)8 elem, és meg is van a földkéreg tömegének 98%-a! Vagy mégsem ilyen egyszerű a dolog?
Tényleg! És mi van a Föld belsejében?
Ezt a geofizikusoktól és a szeizmológusoktóltudjuk, akik a rengéshullámok terjedését vizsgálják.
W olvadáspontja: 3422 °C
80% Fe?
(<7000)
Nap felszíni hőmérséklete: 5500 °C
Nap maghőmérséklete: 15 700 000 °C
Viszonyítási adatok:
Pl. meleg. Az van! És ez nem jöhet a Naptól,mert belül van melegebb. És egy „kazán” islehet odabent (40K, 235Th, 235U, 238U?), mertkülönben már 100-szor kihűlt volna: ~40 Maalatt, holott a Föld 4500 Ma életkorú.
2007-esmérés!
Honnan veszik ezeket a gyakorisági adatokat?
A fény mindenhonnan eljön hozzánk és információt hoz…
A hőmérsékleti sugárzás Ja segítségével a fény színéből következtetünk arra is, hogy milyenforró a Nap felszíne
Politechnikán arra tanítottak minket, hogy a vasat ilyen-olyanvörös izzásig kell melegíteni, hogy… A hőmérsékleti(feketetest-)sugárzást nem említették, de a háttérben ez volt.(Akkor ezt még nem tudtam, pedig magyarból tanultuk :-)
lineárisλ-skála
logaritmikus λ-skála
(Stendhal: a Vörös is fekete :-)
Hőmérséklet
Hidegebb fény:nagyobb meleg!
A fény mindenhonnan eljön hozzánk és információt hoz…
Ez adja az alapját annak, hogy a világító testek (csillagok) izzó gázburkát analizáljuk pl. atomispektroszkópia segítségével, vagy azt a nem világító gázfelhőt, amely a fényét megszűri
Kitérő: a hidrogénspektrum létrejötte a Bohr-modell szerint
(Beágyazott Flash: http://www.launc.tased.edu.au/online/sciences/physics/brhydrogen.html)
Hogyan jönnek létrea hidrogén emissziósvonalai? Nyomjunkmeg egy gombot aspektrum alatt!
Ha túl gyorsak azesemények, érdemesaz egeret afelbukkanó PAUSEgombra húzni, hogyátgondoljuk, mit isláttunk.
Nemcsak a láthatótartománybanérdemes vizsgálódni.
A fekete pötty elektront jelent (bármilyent).Tudjuk: a hidrogénnek csak egy elektronja van.
Meteoroid → meteor → meteorit:79 ezer tonna/év, de nehéz őket megtalálni, kivéve az Antarktiszon.
Fe (6-20% Ni).Mint a Föld magja?
Szilikát kőzet.Mint a Föld kérge?
A meteoritok is maguktól jönnek és sokan…
meteor →
Ami nem jön el magától, azért magunk megyünk el…
Az Apollo-program
Felállítottak egyamerikai zászlót,amelyik még aHoldon is tudottlobogni a képeken!
Jól összetaposták aHold szép simafelszínét. Mégmindig látszanakrajta a sötét foltok.
Hat küldetés soránösszesen 382 kgkőzetet gyűjtöttekbe a Hold-felszínkülönböző részein,és a Földre hozták.
A holdkőzetek egyrésze egykorúnakbizonyult a Földdelés a Nap-rendszeregészével.
PÁR FONTOS EREDMÉNY
Ez az 1969-es darab aNap-rendszernél öregebbrészeket is tartalmaz:
Az Allende-meteorit (1969) és a Nap elemösszetétele
1.Pár elemből a Napban többvan, mint a meteoritban.
2.A lítiummal fordítva van.
3.Sok nagyságrenden ível át agyakoriságok grafikonja.
4.Az adatok jól korrelálnak.
Illékonyak!
Korreláció: rend az összevisszaságban
A finnugorázó Flash a következő helyről van (megvárom, míg mindenki leírja a címet :)
http://thesaurus.maths.org/mmkb/entry.html;jsessionid=D8FE7CBAF774659B90CEC8BF35B683F8?action=entryByConcept&id=351&expand=0&msglang=hu
Elemgyakoriságok logaritmusa az Allende-meteoritban
Elemgyakoriságok logaritmusa a Napban
A periódusos rendszerben egymás hegyén-hátán vannak az izotópok.Talán szét kéne szedni az egészet …
A periódusos rendszerben a Z rendszám tengelye egy elhajított kábeltekercsre emlékeztet:
Z
Mi volna, ha a szétszedett táblázatból nuklidtérképet készítenénk?
A nuklidtérképen a Z rendszám (protonszám) tengelye függőleges, az elemek izotópjai pedigvízszintesen sorakoznak a jobbra növekvő N neutronszám tengelyével párhuzamosan
Neutronszám, N
Rendszám, Z
A periódusos rendszert nuklidtérképpé varázsoló Flash lelőhelye:
Ezen az egyenesenvan a k rendszámúelem összes izotópja.És csak azok.
Z = k(onstans)
Nuklidjelölés
A = á(llandó)izobár
45°
A
Z = N
Van a Földön(Stabil vagymajdnem az)
45°
Még a 209Bi isα-bomló (2003)T1/2 = 1,9×1019 a
Felezési idők a nuklidtérképen (egy nuklidadatbázis kezdőlapja)
Mágikus számok:zárt proton-, ill.neutronhéjak.
2, 10, 18,36, 54, 86
Sszerintempáratlanulsszép párosvagyunk!
Olyan ez az egész, mintha egy növekvő lejtőmeredekségű völgy térképe lenne: Minél messzebbvagyunk a völgy aljától, annál gyorsabban csúszunk lefelé. Lehet, hogy csakugyan völgyről szól?
Először is: Miből ered a mag B kötési energiája?
A stabilitások összehasonlítására jobb a B/A egy nukleonra eső kötési energia, mint a B kötésienergia, mert az utóbbi – a magerők rövid hatótávolsága miatt – folyamatosan nő mindennukleon csatlakozásával, ami elfedi a lényeget. Izobár nuklidokra B is OK, mert A állandó.
Egy test (pl. egy mag) E0 nyugalmienergiája arányos a tömegével (m):
A folyamatok a nyugalmienergia-csökkenésirányában mennek végbe maguktól, amitömegcsökkenést jelent. Ezért stabilabb 2 p és 2 negyütt egy α-részecskeként, mint külön-külön.Ez tart össze két nukleont is egy deuteronná.
E = m d 2Oder dochnicht?!
A tömegcsökkenés piciugyan, de a c fénysebességnégyzetével szorozva óriásiB kötési energiát kapunk.
ahol c a fénysebesség.
10 min, β:
Relatív atomtömeg & elektronvolt
55
Cs
Cézium
132,9054519
A magstabilitás vizsgálatához nuklidtömegekre van szükség, de demonstrációképp ezekizotópgyakorisággal súlyozott átlaga, a relatív atomtömeg (Ar) is megteszi.
1 u ~ 1 GeV
részecskefizika
1 mu ~ 1 MeV
magfizika/magkémia
1 μu ~ 1 keV
Még két tizedes,és a kémiaiváltozásenergiáját istömegváltozássaljellemezhetnénk!
1 nu ~ 1 eV
Két tizedespontosságig a Csés a Cs+ tömege„megegyezik”.
Ar – relatívatomtömeg.Mit jelentenekelektronvoltbana tizedesjegyek?
Ha ~1 eV,akkor kémia!
Pozitronannihiláció:2 me ~ 1 MeV
1 eV
9XX
A völgy falai parabolikusan zuhannak a mélybe, megmagyarázva a felezési időket. De avölgyhasonlat nem egészen stimmel, mert hosszában nem lejt folyamatosan, hanem a Fe-Ni tájánminimuma van. Ettől csábító a fúzió/maghasadás a legkönnyebb/legnehezebb nuklidok számára.
Hogyhogylefelé nő?
Fe-Ni
(Hm… Ez lehet aBayuss-görbe :)
A stabilitási völgy keresztpofilja és az egy nukleonra esőkötési energia
Keressünk ehhez egyarcot az NCIS vagy aPen Clubadatbázisában!
A stabil állapot mint energiamaximum vagy tömegminimum
Kötési energia, B
Kötési energia, B
Rendszám, Z
Rendszám, Z
1 maximum = 1 stabil izobár
Tömegtöbblet, Δ
2 maximum = 2 stabil izobár
2 minimum = 2 stabil izobár
A stabil állapot mint energiamaximum vagy tömegminimum
Radioaktív bomlások: egy-egy lépés a völgy alja felé
α ():
β- ():
β+ ():
EC ():
β
Minden β-bomlás (β-, β+ & EC)izobár folyamat, vagyis nemváltoztatja meg az A tömegszámot.
Bomlássorok: cikk-cakkos ösvények a völgy aljára (1/2)
Jellemzően csak α- és β--bomlások sorozata mind.
α
β
Az Atömegszámváltozása 4.
Az Atömegszámváltozása 0.
Éppen ezért van belőlük pontosan 4…
Ha az ősanya tömegszáma4-gyel osztva 0, 1, 2 vagy3 maradékot ad, akkor atöbbié is. Többnyire...
Bomlássorok: cikk-cakkos ösvények a völgy aljára (2/2)
A szokványosbomlásmódok mellettérdekesebbek is akadnak.
Ezek a sorok a völgy hosszában is mozognak: ideje megnézni a völgy hosszanti profilját!
A klaszterbomlások (C,Ne, Mg magokemittálása) lerövidítik avölgy aljára vezető utat,mely stabil Pb vagy Biizotópnál ér véget.
A béta-késleltetettneutronemisszió (βn) a4n + 1 sorba visz át.
A ritka spontán hasadás(SF) egyetlen nagy lépésa völgy hosszában. Alehetséges hasadványoktovább bomlanak.
A stabilitási völgy hosszanti profilja
A fúzió hajtóereje
a gödör aljáig viszi a sztelláris nukleoszintézist
Ide lassú vagy gyors neutronbefogás telepít be völgylakókat.A legnehezebbek aztán bomlássorok és hasadás útján indulnak elvisszafelé a gödör irányában. A bomlás életet is fenntart a Földön:http://en.wikipedia.org/wiki/Desulforudis_audaxviator.
a hasadásnak
Ez a különbség
a hajtóereje
A hidrogénégés bruttó folyamata
A héliumégés (3α folyamat)
Spontán hasadás
Paks: neutronindukált hasadás
Még felfedezésre vár
Nuklidtérkép, a felfedezés évszáma szerinti színezéssel
Könnyűhasadásitermékek
Nehézhasadásitermékek
A „legfrissebb” nuklidok astabilitási vonalmeghosszabbítása föléesnek. Lehet, hogy vannakstabilabbak is, csak mégnem állították elő őket?Naná!
Pu
Np
U
A spontán hasadó 238U hasadványai
Amaghasadás,akárspontán,akárneutronokáltalokozott,mindigrengetegfélehasadványteredményez:egyikkönnyebb, amásiknehezebb,dejellemzőenβ-bomló.Hogy miért,azt az előződia alapjánlehetmegérteni.
Izobárgyakoriságok a Nap-rendszerben: a nukleoszintézis ujjlenyomatai
H-égés a Napban
Ez a csúcs mutatja, hogy avölgylakók elkezdtékelfoglalni a legmélyebbrészeket. Épp hogy…
(a kező lépés: 3α)
A sok hidrogén (~ a H közepe) jelzi, hogy jócsillagot „választottunk” magunknak.
A stabil és primordiális elemek gyakorisága aNap-rendszerben
A LiBeB trióritkább, mintszomszédai.Spallációvalkeletkeznekfolyamatosan.
Utánuk a párosrendszámúakdominálnak. (Ahéjmodell szerintaz egyfajtájúnukleonok párbaszeretnek állni.)
A hiányzó Tc &Pm páratlanrendszámú.
A párosságmajdnemstabilizálja a Th-ot és az U-t.
A H és He aránynagyjából a BButáni szintet őrzi.
A természetgyakori fémeketépít be fontoskatalizátoraiba(Mn, Fe, Ni).
Az embergyakran ritkafémekethasznál (Pt).
A páros rendszám (protonszám) előnye a lehetséges„stabil” izotópok számában is megnyilvánul
A páros rendszámúelemeknekjellemzően többfélestabil izotópjalétezik, mint apáratlanrendszámúaknak,ami szintén nemlehet véletlen.
Kémikusok lévén aZ protonszámot(rendszámot)helyeztük előtérbe.
Az N neutronszámesetében azonban apárosság ugyancsakértékes tulajdonság.
Az A tömegszámpárossága más ügy.
Osztályozzuk a stabil nuklidokat az A tömegszám (nukleonszám)párossága szerint, majd készítsünk alosztályokat Z és N szerint
Következtetések
Csak 4 stabilpáratlan-páratlannuklid van. Pech!Szerencsénkre a Nis közéjük tartozik.
A páros-páros anyerő kombináció.
A páratlan-páros& páros-páratlanegyre megy. Pénzaz ablakban!
A páros-párosesetben 0, 1, 2, 3stabil izobár (A =konstans) lehet,egyébként csak 0vagy 1, de többnem:
Tömegparabolák, a völgy izobár metszetei (konkrét tömegekből)
Páros A: Apáratlan-páratlankombinációkaz előző ábraalapjánelőnyteleneb-bek, mint apáros-párosak,ezértmagasabbenergiájúak avártnál.
Páratlan A:.Itt csak egyparabolavan, mely 1valószínűség-gel egyetlenizobárnál adminimumot!
Mint azy = x2, dex egész!
(vagy mintegy kackiásBayuss :-)
Sematikus példák a páros A aleseteire ( : stabil izobár)
7N7
5B5
3Li3
1H1
#1
#2
#3
#4
Mi az esély rá,hogy a görbékminimumaépp egészértékreesik?(0)
A páros Aesetben akonkrétizobár-metszetenlévő stabilnuklidokszámanemcsakattól függ,hogyvízszintesenhová esik aszimmetria-tengely, deattól is,mennyirenyomódnakegymásba aparabolák.
Z csak egész← lehet%
A ballonkabátos úr visszatér, kérdez, és olykor maga válaszol(részlet a jegyzőkönyvből)
…
Fontos-e az, hogy létezzen gondolat? És ha igen, kinek?
39Nyilván a gondolkodóknak: élő létezőknek…
Ha a gondolat fontos, fontos-e az élet? És ha igen, kinek?
40A „gondolkodó lények” az első gondolatom…
Fontos-e Neked, gondolkodó lénynek, hogy az Univerzum e„többnyire ártalmatlan” környező része az is maradjon?
41Amíg köhögsz a szmogtól, én közben az utolsó kérdésengondolkodom...
Mennyire fontos az Univerzumnak az, hogy a Föld nevűbolygón élnek-e titkait fürkésző gondolkodók?
Ha a ballonkabátos úr jól olvas a gondolataidban, akkorjelzem: teljesen egyetértek Veled.
42Várj, kitalálom, mire gondolsz... Nem a jár a fejedben...Éppen (el)fordítva! Vagyis a válaszod 8.
8
Elnézést kérekmindenkitől, deegy pár gondolatmég mindig nemhagy nyugodni…
