1. Hur är en atom uppbyggd. Vilka delar består den av. Delarnas egenskaper.
2. Vad är en isotop, ge exempel
3. Masstal, atomnummer, kemisk beteckning
4. Hur elektroner fördelas på atomers olika skal.
5. Radioaktiv strålning, strålningens egenskaper, radioaktivitet
6. Halveringstid
7. Kol 14 metoden
8. Fission och fusion
9. Frågor

Bilden föreställer en heliumatom. Denna har två protoner, två neutroner och två elektroner.
 
Atomen består av en atomkärna och elektroner som kretsar kring atomkärnan.

Atomkärnan innehåller protoner och neutroner. Protonerna är plusladdade och neutronerna är neutrala. Atomens vikt utgörs i princip av atomkärnan. Neutronernas uppgift är att hålla ihop protonerna.

Elektronerna är minusladdade. I en atom är antalet elektroner exakt lika stort som antalet protoner i kärnan.

Om atomkärnan är stor som en puttekula och belägen i mitten på Ullevistadium, kretsar elektronerna utanför läktarna och är där lika stora som knappnålshuvuden. Det mesta hos atomen är alltså tomrum eller vakuum.

En atom är så liten att den bara kan ses med elektronmikroskop. Med ett elektronmikroskop kan man förstora 500.000 ggr.

Vad är en isotop, exempel

Ovan visas väteatomen. Väteatomen har en proton i sin kärna. Grundämnet kommer att vara väte även om antalet neutroner varierar i dess kärna. Det normala är att väte inte har någon neutron alls. När ett grundämne kan ha olika antal neutroner i sin kärna säger man att de olika varianterna är isotoper av grundämnet. Ovan visas isotoperna av väte vilka är väte, deuterium och tritium. Alla tre atomerna ovan är dock väte. Tungt vatten innehåller istället för vanligt väte isotopen deuterium.

Masstal, atomnummer, kemisk beteckning


Ovan visas den kemiska beteckningen för klor (Cl). Runt omkring klor visas ett antal bokstäver.

A = Atomnummer. Atomnumret visar antalet protoner i kärnan. ₁H (väte) och ₂He (helium).
Z = Masstal. Masstalet visar antalet protoner plus antalet neutroner i kärnan. Ex ¹H (väte) och ⁴He (helium).
l = Laddning. Om grundämnet befinner sig i jonform brukar man ange laddning här. Ex. Na⁺ och SO₄^2-
n = Antal atomer som sitter ihop. Ex H₂ (vätgasmolekyl), F₂ (fluorgasmolekyl)

Hur elektroner fördelas på atomers olika skal


Atomen ovan föreställer Argon - en ädelgas belägen i periodiska systemet längst till höger.

Elektronerna kretsar i banor runt atomkärnan.

Skalen kallas inifrån och ut för K, L, M och N skalet. Skalens namn är utsatta på bilden.

K skalet kan maximalt innehålla 2 elektroner

L skalet kan maximalt innehålla 8 elektroner

M skalet kan till att börja med maximalt innehålla 8 elektroner.

Elektroner fylls på i de olika skalen inifrån och ut. Om atomen innehåller 6 elektroner, kommer två av dessa att placeras i det innersta k-skalet och fyra kommer att placeras i L-skalet.

Radioaktiv strålning. Strålningens egenskaper

Radioaktiv strålning bildas när en atom sönderfaller. Det är bara atomer som har en ostabilitet inbyggd som sönderfaller spontant. Exempel på ostabila atomer är ²³⁵U, ¹³⁷Ce och ¹⁴C. Dessa omvandlas till andra grundämnen eller isotoper då de sönderfaller.

Då atomerna sönderfaller bildas strålning. Denna kan vara alfastrålning, betastrålning eller gammastrålning.

Alfastrålning består av en heliumkärna. 4He2+. Denna strålning är laddad och kan enkelt stoppas av ett vanligt papper.

Betastrålning består av en elektron e-. Denna strålning är laddad och går genom ett vanligt papper. Betastrålning stoppas av en träbit.

Gammastrålning består av elektromagnetiska vågor. Strålningen är energirik och stoppas av en 20 cm tjock blyplatta. Strålningen är farlig då den kan tränga in i kroppen och orsaka cellförändringar.

Alfastrålning, betastrålning och gammastrålning kallas alla för joniserande strålning. Joniserande strålning har tillräckligt mycket energi för att slå ut elektroner från atomer som då bildar joner.

Halveringstid

Radioaktiva atomer sönderfaller. Den tid det tar för hälften av ett visst radioaktivt ämne att sönderfalla kallas halveringstid. Tiden varierar beroende på vilket radioaktivt ämne det gäller.

Halveringstiden för ²³⁵U är 710 miljoner år, för ¹³⁷Ce är den 30 år och för ¹⁴C är den 5700 år. Halveringstiden för olika radioaktiva ämnen kan variera från bråkdelen av en sekund till miljarder år.
Efter en halveringstid återstår hälften av ämnet. Efter ytterligare en halveringstid återstår en fjärdedel och efter den därpå följande halveringen återstår en åttondel.

Kol 14 metoden

Radioaktiva ämnen kan användas för att bestämma ålder på olika material. För att bestämma ålder på ett berg kan man använda ²³⁵U som sönderfaller till ²⁰⁷Bly. För åldersbestämning av organiska material kan man använda ¹⁴C isotopen. Ett organiskt material är ett material som innehåller kol.

I atmosfären bildas ¹⁴C av att kväve genom solvindens inverkan får fler neutroner. Detta gör att kväves masstal ökas och resultatet blir ¹⁴C. Då ett träd växer blir halten ¹⁴C konstant i själva trädmaterialet. Även ¹²C införlivas i trädmaterialet. Då trädet dör börjar ¹⁴C sönderfalla och förhållandet mellan ¹⁴C och ¹²C ändras. Ju mindre av ¹⁴C det finns kvar i det gamla trämaterialet, desto äldre är träbiten.

Fission och fusion

Fission: Då man klyver atomer talar man om fission. Då atomer klyvs bildas stora mängder energi. I ett kärnkraftverk klyver man Uranisotoper. Man startar hela processen genom att skjuta neutroner mot bränslestavarna som innehåller minst 3 % ²³⁵U. ²³⁵U sönderfaller till andra radioaktiva ämnen. Det frigörs även neutroner från de kluvna uranisotoperna. De frigjorda neutronerna träffar andra uranisotoper vilka också klyvs. Processen fortsätter av sig själv och man kontrollerar sönderfallshastigheten med hjälp av styrstavar. En styrstav innehåller ämnen som stoppar neutronerna. Dessa ämnen kan vara kadmium eller bor. Hela reaktorhärden badar i vatten, som i en reaktor är en moderator. En moderators uppgift är att bromsa hastigheten för de frigjorda neutronerna. Reaktorhärden blir varm och vattnet värms upp. Det varma vattnet som ofta hålls under tryck kan hålla en temperatur på omkring 300 grader Celsius. Detta vatten värmer ett externt vattensystem där vattnet börjar koka. Vattenångan som bildas driver runt en turbin vilket gör att en generator snurrar. Man utvinner på så sätt elektricitet.


Bilden föreställer en kärnkraftsreaktor

Fusion: Fusion innebär att två atomer slås samman till en tyngre atom. I solen slås två väteisotoper ihop. Deuterium slås samman med tritium varvid helium bildas. Under tiden detta sker bildas stora mängder värmeenergi som får solens innandöme att hålla en temperatur på många miljoner grader Celsius. Från centrum av solen till solens yta minskar temperaturen. Solens yta har en temperatur på 6000 grader Celsius. Värmen från solens inre försöker få solen att expandera men gravitationen håller emot och håller solens massa på plats.

Frågor

1. Ange atomens beståndsdelar och tala om vad de har för egenskaper?
2. Om det finns 10 protoner i atomens kärna, hur många elektroner finns då i skalen runt om?
3. Vilket grundämne har 10 protoner i kärnan?
4. Hur är elektronerna fördelade på de olika skalen?
5. Vad är en isotop?
6. Ibland talar man om tritium och deuterium - vilket grundämne talar man då om?
7. Ibland nämns Uran 235. 235 är masstalet. Hur skrivs siffran 235 tillsamman med U - som är kemisk beteckning för Uran.
8. Varför är Cesium 137 farligt?
9. Vad består alfastrålning av? Hur kan den stoppas?
10. Vad består betastrålning av? Hur kan den stoppas?
11. Vad består gammastrålning av? Hur kan den stoppas?
12. Hur mycket återstår av Cesium 137 efter 30 år, 60 år och efter 90 år?
13. Hur åldersbestämmer man organsikt material?
14. Hur många elektroner kan K skalet maximalt innehålla, L-skalet maximalt innehålla?
15. Vad är fission och hur fungerar det?
16. Hur fungerar ett kärnkraftverk?
17. Vad är en moderator?
18. Vad är fusion? Var sker detta någonstans?

Joniserande Strålning:

Vad är joniserande strålning P1
Vår strålning P2
Hur mäter vi strålning P3
Skadeverkningar P4
Storheter och enheter P5
Avklingstid P6
Hur fungerar strålskyddet P7

Kursen är sammanfattad av Admin

De naturvetenskapliga grundkurserna för högstadiet är skrivna av Lars Helge Swahn. Kurserna är utvecklade under 9 års tid och har använts för höstadiets åk 8 och 9. De är ämnade att ge snabbt eleven en övergripande bild om respektive arbetsområde. För LPO 94 täcker kurserna nivån G och ger även viss information för betyget VG.