परमाणु रसायन विज्ञान: इतिहास, अध्ययन के क्षेत्र, क्षेत्र, अनुप्रयोग - रसायन विज्ञान - 2025

परमाणु रसायन शास्त्र उत्पाद गुण में परिवर्तन का अध्ययन है की बात घटना परमाणुओं के नाभिक में हुआ, यह उस तरह से अध्ययन नहीं करता है जिस तरह से इसके इलेक्ट्रॉन्स परस्पर या एक ही तत्व के अन्य परमाणुओं के साथ या उनके बंधनों का अध्ययन करते हैं।

रसायन विज्ञान की यह शाखा तब नाभिक और ऊर्जाओं पर ध्यान केंद्रित करती है जब वे अपने कुछ कणों को जोड़ते या खोते हैं; जिसे नाभिक कहा जाता है, और जो रासायनिक उद्देश्यों के लिए अनिवार्य रूप से प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से मिलकर बनता है।

रेडियोधर्मी तिपतिया घास। स्रोत: पिक्साबे

कई परमाणु प्रतिक्रियाओं में प्रोटॉन और / या न्यूट्रॉन की संख्या में परिवर्तन होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक तत्व का दूसरे में परिवर्तन होता है; रसायनविदों का प्राचीन सपना, जिसने सोने में सीसा धातु को घुमाने की कोशिश की।

यह शायद परमाणु प्रतिक्रियाओं की सबसे आश्चर्यजनक विशेषता है। हालांकि, इस तरह के परिवर्तन ऊर्जा की भारी मात्रा में जारी करते हैं, साथ ही साथ त्वरित कण जो अपने आसपास की ऊर्जा के आधार पर (जैसे कि हमारे कोशिकाओं के डीएनए के रूप में) अपने आस-पास के पदार्थ को भेदने और नष्ट करने का प्रबंधन करते हैं।

यही है, एक परमाणु प्रतिक्रिया में विभिन्न प्रकार के विकिरण जारी होते हैं, और जब एक परमाणु या आइसोटोप विकिरण जारी करता है, तो इसे रेडियोधर्मी (रेडियोन्यूक्लाइड्स) कहा जाता है। कुछ विकिरण हानिरहित हो सकते हैं, और यहां तक ​​कि सौम्य, कैंसर कोशिकाओं से लड़ने या रेडियोधर्मी लेबलिंग द्वारा कुछ दवाओं के औषधीय प्रभाव का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

दूसरी ओर, अन्य विकिरण, न्यूनतम संपर्क में विनाशकारी और घातक हैं। दुर्भाग्य से, इतिहास में सबसे खराब तबाही में से कई रेडियोधर्मिता (रेडियोधर्मी तिपतिया घास, शीर्ष छवि) के प्रतीक को ले जाते हैं।

परमाणु हथियारों से लेकर चेरनोबिल के एपिसोड और रेडियोधर्मी कचरे के दुर्भाग्य और वन्यजीवों पर इसके प्रभावों के कारण, परमाणु ऊर्जा से कई आपदाएँ उत्पन्न होती हैं। लेकिन, दूसरी ओर, परमाणु ऊर्जा अन्य ऊर्जा स्रोतों और उनके द्वारा उत्पन्न प्रदूषण की समस्याओं से स्वतंत्रता की गारंटी देगा।

यह (शायद) स्वच्छ ऊर्जा होगी, जो अनंत काल के लिए शहरों को बिजली देने में सक्षम है, और प्रौद्योगिकी अपनी सांसारिक सीमाओं को पार कर जाएगी।

मानवता (और ग्रह) की लागत, वैज्ञानिक, तकनीकी, पारिस्थितिक और राजनीतिक कार्यक्रमों में यह सब हासिल करने के लिए मानवता और उसके विकास के लिए एक सुरक्षित और लाभदायक तरीके से परमाणु ऊर्जा को "वश" और "नकल" करने की आवश्यकता है। ऊर्जावान।

परमाणु रसायन विज्ञान का इतिहास

भोर

अतीत में रसायनविदों और उनके दार्शनिक के पत्थर को छोड़कर (हालांकि उनके प्रयासों ने रसायन विज्ञान की समझ के लिए महत्वपूर्ण महत्व का फल पैदा किया है), परमाणु रसायन विज्ञान का जन्म तब हुआ था जब रेडियोधर्मिता के रूप में जाना जाता था।

यह सब विल्ज़बर्ग विश्वविद्यालय में विल्हेम कॉनराड रॉन्टगन (1895) द्वारा एक्स-रे की खोज के साथ शुरू हुआ। वह कैथोड किरणों का अध्ययन कर रहा था जब उसने देखा कि वे एक अजीब प्रतिदीप्ति उत्पन्न करते हैं, यहां तक ​​कि उपकरण बंद होने के साथ, अपारदर्शी काले कागज को भेदने में सक्षम है जो उन ट्यूबों को कवर करता है जिसमें प्रयोग किए गए थे।

हेनरी बेकरेल, एक्स-रे की खोजों से प्रेरित होकर, उन्होंने अपने स्वयं के प्रयोगों को फ्लोरोसेंट लवणों का उपयोग करके अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया, जो कि फोटोग्राफिक प्लेटों को काला कर देते थे, जब वे सूर्य के प्रकाश से उत्साहित थे।

यह दुर्घटनावश पाया गया (चूंकि उस समय पेरिस में मौसम खराब था), उस यूरेनियम साल्ट ने फोटोग्राफिक प्लेटों को अस्पष्ट कर दिया, भले ही उन पर प्रकाश स्रोत गिर गया हो। फिर उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि उन्होंने एक नए प्रकार का विकिरण पाया है: रेडियोधर्मिता।

क्यूरी जीवनसाथी की नौकरियां

मैरीके क्यूरी और पियरे क्यूरी के लिए रेडियोएक्टिविटी की परिघटना (मैरी क्यूरी द्वारा गढ़ा गया एक शब्द) की प्रेरणा के रूप में बेकरेल का काम प्रेरणा का स्रोत था।

इस प्रकार, उन्होंने अन्य खनिजों (यूरेनियम के अलावा) की तलाश की, जिन्होंने यह गुण भी प्रस्तुत किया, यह पाते हुए कि खनिज पिचब्लेन्डे और भी अधिक रेडियोधर्मी है, और इसलिए, इसमें अन्य रेडियोधर्मी पदार्थ होने चाहिए। कैसे? नमूनों के आसपास गैस अणुओं के आयनीकरण द्वारा उत्पन्न विद्युत धाराओं की तुलना करके।

वर्षों के कठिन काम और रेडियोमेट्रिक माप के बाद, उन्होंने रेडियोधर्मी तत्वों के रेडियम (2000 किलोग्राम के नमूने से 100 मिलीग्राम) और खनिज पिचब्लेंड से पोलोनियम निकाला। इसके अलावा, क्यूरी ने थोरियम तत्व की रेडियोधर्मिता निर्धारित की।

दुर्भाग्य से, तब तक ऐसे विकिरण के हानिकारक प्रभावों की खोज की जाने लगी थी।

रेडियोधर्मिता के मापों को गीगर काउंटर के विकास (कलाकृतियों के सह-आविष्कारक के रूप में हंस गीगर होने) के साथ सुविधा प्रदान की गई थी।

नाभिक का विभाजन

अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने देखा कि प्रत्येक रेडियो आइसोटोप का अपना क्षय समय, तापमान से स्वतंत्र होता है, और यह कि यह नाभिक की एकाग्रता और विशेषताओं के साथ भिन्न होता है।

इसने यह भी प्रदर्शित किया कि ये रेडियोएक्टिव डिसेक्ट्स पहले-क्रम केनेटिक्स का पालन करते हैं, जिनका आधा जीवन (t _1/2) आज भी बहुत उपयोगी है। इस प्रकार, रेडियोधर्मिता का उत्सर्जन करने वाले प्रत्येक पदार्थ का एक अलग t _{1/2 होता है}, जो सेकंड, दिनों से लेकर लाखों वर्षों तक होता है।

उपरोक्त सभी के अलावा, उन्होंने अल्फा कणों (हीलियम नाभिक) के साथ सोने की एक बहुत पतली शीट को विकिरणित करने वाले अपने प्रयोगों के परिणामों के परिणामस्वरूप एक परमाणु मॉडल का प्रस्ताव दिया। अल्फा कणों के साथ फिर से काम करते हुए, उन्होंने ऑक्सीजन परमाणुओं को नाइट्रोजन परमाणुओं के संचरण को प्राप्त किया; दूसरे शब्दों में, वह एक तत्व को दूसरे में बदलने में सफल रहा।

ऐसा करते समय, यह एक बार दिखाया गया था कि परमाणु अविभाज्य नहीं था, और इससे भी कम जब यह त्वरित कणों और "धीमी" न्यूट्रॉन द्वारा बमबारी किया गया था।

अध्ययन क्षेत्र

अभ्यास और सिद्धांत

जो लोग परमाणु रसायन विज्ञान विशेषज्ञों का हिस्सा बनने का निर्णय लेते हैं, वे अध्ययन या अनुसंधान के कई क्षेत्रों के साथ-साथ काम के विभिन्न क्षेत्रों को चुन सकते हैं। विज्ञान की कई शाखाओं की तरह, वे अपने संबंधित क्षेत्रों में अभ्यास, या सिद्धांत (या एक ही समय में दोनों) के लिए समर्पित हो सकते हैं।

सुपरहीरो फिल्मों में एक सिनेमाई उदाहरण देखा जाता है, जहां वैज्ञानिकों को सुपर पावर (जैसे हल्क, शानदार चार, स्पाइडरमैन, और डॉक्टर मैनहट्टन) प्राप्त करने के लिए एक व्यक्ति मिलता है।

वास्तविक जीवन में (कम से कम कम से कम), परमाणु रसायनज्ञ इसके बजाय भारी परमाणु प्रतिरोध को समझने में सक्षम नई सामग्रियों को डिजाइन करना चाहते हैं।

इन सामग्रियों, इंस्ट्रूमेंटेशन की तरह, विकिरण के उत्सर्जन को अलग करने के लिए अविनाशी और विशेष रूप से पर्याप्त होना चाहिए और परमाणु प्रतिक्रियाओं को शुरू करते समय फैलाया गया भारी तापमान; विशेष रूप से परमाणु संलयन के वे।

सिद्धांत रूप में, वे कुछ परियोजनाओं की व्यवहार्यता और सबसे कम लागत और नकारात्मक प्रभाव पर उन्हें कैसे सुधारना है, इसका अनुमान लगाने के लिए सिमुलेशन डिजाइन कर सकते हैं; या गणितीय मॉडल जो नाभिक के लंबित रहस्यों को उजागर करने की अनुमति देते हैं।

इसी तरह, वे अध्ययन करते हैं और परमाणु कचरे को स्टोर करने और / या इलाज करने के तरीकों का प्रस्ताव करते हैं, क्योंकि इसे विघटित होने में अरबों साल लगते हैं और अत्यधिक प्रदूषण होता है।

ठेठ नौकरियां

यहाँ उन विशिष्ट नौकरियों की एक छोटी सूची है जो एक परमाणु रसायनज्ञ कर सकता है:

-सरकारी, औद्योगिक या शैक्षणिक प्रयोगशालाओं में अप्रत्यक्ष शोध।

सांख्यिकीय पैकेज और बहुभिन्नरूपी विश्लेषण के माध्यम से डेटा के अधिकतम सैकड़ों।

-वे विश्वविद्यालयों में कक्षाएं पढ़ाते हैं।

-सामान्य जनता को शामिल करने वाले विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए या एयरोस्पेस उपकरणों में उपयोग के लिए सुरक्षित रेडियोधर्मिता स्रोतों का विकास करें।

-डिजाइन तकनीक और डिवाइस जो पर्यावरण में रेडियोधर्मिता का पता लगाते हैं और निगरानी करते हैं।

-गैरेंटी कि रेडियोधर्मी सामग्री से निपटने के लिए प्रयोगशाला की स्थिति इष्टतम है; जिसमें वे रोबोटिक हथियारों का उपयोग करके हेरफेर भी करते हैं।

-तकनीशियनों के अनुसार, वे डॉसिमिटर बनाए रखते हैं और रेडियोधर्मी नमूने एकत्र करते हैं।

क्षेत्रों

पिछले खंड में सामान्य शब्दों में वर्णित किया गया है कि उनके कार्यस्थल में परमाणु रसायनज्ञ के क्या कार्य हैं। अब, विभिन्न क्षेत्रों के बारे में थोड़ा और निर्दिष्ट किया जाता है जिसमें परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग या अध्ययन मौजूद है।

Radiochemistry

रेडियोकेमिस्ट्री में, विकिरण प्रक्रिया का स्वयं अध्ययन किया जाता है। इसका मतलब यह है कि यह सभी रेडियोसोटोप की गहराई के साथ-साथ उनके क्षय के समय, उनके द्वारा जारी विकिरण (अल्फा, बीटा या गामा), विभिन्न वातावरणों में उनके व्यवहार और उनके संभावित अनुप्रयोगों पर विचार करता है।

यह शायद परमाणु रसायन विज्ञान का क्षेत्र है जो दूसरों की तुलना में आज सबसे अधिक उन्नत है। वह एक बुद्धिमान और मैत्रीपूर्ण तरीके से रेडियोआइसोटोप और विकिरण की मध्यम खुराक का उपयोग करने के प्रभारी रहे हैं।

परमाणु ऊर्जा

इस क्षेत्र में, परमाणु रसायनज्ञ, अन्य विशिष्टताओं के शोधकर्ताओं के साथ मिलकर, नाभिक के विखंडन द्वारा उत्पादित परमाणु ऊर्जा का लाभ उठाने के लिए सुरक्षित और नियंत्रणीय तरीकों का अध्ययन और डिजाइन करते हैं; वह है, उसके अंश का।

इसी तरह, परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं के साथ भी ऐसा ही करने का प्रस्ताव है, जो उन छोटे सितारों को वश में करना चाहते हैं जो अपनी ऊर्जा प्रदान करते हैं; इस बाधा के साथ कि परिस्थितियाँ चरम पर हैं और कोई भी ऐसी भौतिक सामग्री नहीं है जो उनका प्रतिरोध करने में सक्षम हो (एक पिंजरे में सूरज को घेरने की कल्पना करें जो तीव्र गर्मी के कारण पिघल न जाए)।

परमाणु ऊर्जा का उपयोग धर्मार्थ उद्देश्यों के लिए या युद्ध के उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है, और अधिक हथियार विकसित करने में।

भंडारण और अपशिष्ट

परमाणु कचरे का प्रतिनिधित्व करने वाली समस्या बहुत गंभीर और खतरनाक है। यह इस कारण से है कि इस क्षेत्र में वे "उन्हें कैद" करने के लिए समर्पित रणनीतियों के लिए इस तरह से समर्पित हैं कि वे जो विकिरण उत्सर्जित करते हैं, वे उनके नियंत्रण कवच में प्रवेश नहीं करते हैं; शेल, जो भूकंप, बाढ़, उच्च दबाव और तापमान आदि का सामना करने में सक्षम होना चाहिए।

कृत्रिम रेडियोधर्मिता

सभी ट्रांसयूरानिक तत्व रेडियोधर्मी हैं। उन्हें विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके संश्लेषित किया गया है, जिनमें शामिल हैं: न्यूट्रॉन या अन्य त्वरित कणों के साथ नाभिक की बमबारी।

इसके लिए, रेखीय त्वरक या साइक्लोट्रॉन (जो डी-आकार के हैं) का उपयोग किया गया है। उनके अंदर, कणों को प्रकाश (300,000 किमी / सेकंड) के करीब गति करने के लिए त्वरित किया जाता है, और फिर एक लक्ष्य के साथ टकराता है।

इस प्रकार, कई कृत्रिम, रेडियोधर्मी तत्वों का जन्म हुआ, और पृथ्वी पर उनकी बहुतायत शून्य है (हालांकि वे ब्रह्मांड के क्षेत्रों में स्वाभाविक रूप से मौजूद हो सकते हैं)।

कुछ त्वरक में टकराव की शक्ति ऐसी होती है कि पदार्थ का विघटन होता है। टुकड़ों का विश्लेषण करके, जो शायद ही उनके छोटे जीवनकाल के कारण पता लगाया जा सकता है, परमाणु कणों के संकलन के बारे में अधिक जानने के लिए संभव हो गया है।

अनुप्रयोग

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के कूलिंग टॉवर। स्रोत: पिक्साबे

ऊपर की छवि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की विशेषता वाले दो कूलिंग टॉवर दिखाती है, जिनके संयंत्र पूरे शहर को बिजली की आपूर्ति कर सकते हैं; उदाहरण के लिए, स्प्रिंगफील्ड प्लांट, जहां होमर सिम्पसन काम करता है, और श्री बर्न्स के स्वामित्व में है।

फिर, परमाणु ऊर्जा संयंत्र परमाणु रिएक्टरों से जारी ऊर्जा का उपयोग ऊर्जा की आपूर्ति की आपूर्ति के लिए करते हैं। यह परमाणु रसायन विज्ञान का आदर्श और आशाजनक अनुप्रयोग है: असीमित ऊर्जा।

पूरे लेख में, परमाणु रसायन विज्ञान के कई अनुप्रयोगों का उल्लेख किया गया है। अन्य अनुप्रयोग इतने स्पष्ट नहीं हैं, लेकिन दैनिक जीवन में मौजूद हैं, नीचे दिए गए हैं।

दवा

सर्जिकल सामग्री को स्टरलाइज़ करने के लिए एक तकनीक इसे गामा विकिरण के साथ विकिरणित करना है। यह उन सूक्ष्मजीवों को पूरी तरह से नष्ट कर देता है जो उन्हें परेशान कर सकते हैं। प्रक्रिया ठंडी है, इसलिए कुछ जैविक सामग्री, उच्च तापमान के प्रति संवेदनशील, इस तरह के विकिरण खुराक के अधीन हो सकते हैं।

रेडियोआइसोटोप के उपयोग के माध्यम से नई दवाओं के औषधीय प्रभाव, वितरण और उन्मूलन का मूल्यांकन किया जाता है। उत्सर्जित विकिरण डिटेक्टर के साथ, आपके पास शरीर में दवा के वितरण की वास्तविक तस्वीर हो सकती है।

यह छवि यह निर्धारित करना संभव बनाती है कि दवा एक निश्चित ऊतक पर कितनी देर तक काम करती है; यदि यह ठीक से अवशोषित करने में विफल रहता है, या अगर यह पर्याप्त समय से अधिक समय तक घर के अंदर रहता है।

खाद्य संरक्षण

इसी तरह, संग्रहीत भोजन को गामा विकिरण की एक मध्यम खुराक के साथ विकिरणित किया जा सकता है। यह बैक्टीरिया को खत्म करने और नष्ट करने के लिए जिम्मेदार है, भोजन को लंबे समय तक खाने योग्य बनाए रखता है।

उदाहरण के लिए, स्ट्रॉबेरी के एक पैकेज को इस तकनीक का उपयोग करके भंडारण के 15 दिनों के बाद भी ताजा रखा जा सकता है। विकिरण इतना कमजोर है कि यह स्ट्रॉबेरी की सतह में प्रवेश नहीं करता है; और इसलिए, वे दूषित नहीं होते हैं, और न ही वे "रेडियोधर्मी स्ट्रॉबेरी" बनते हैं

धूम्र संसूचक

स्मोक डिटेक्टर के अंदर केवल कुछ मिलीग्राम एमरिकियम (²⁴¹ Am) होता है। इन राशियों पर यह रेडियोधर्मी धातु छतों के नीचे मौजूद लोगों के लिए विकिरण रहित प्रदर्शित करती है।

²⁴¹ Am कम ऊर्जा अल्फा कण और गामा किरणों, इन किरणों डिटेक्टर से बचने के लिए सक्षम किया जा रहा उत्सर्जन करता है। अल्फा कण हवा में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के अणुओं को आयनित करते हैं। डिटेक्टर के अंदर, एक वोल्टेज अंतर इकट्ठा होता है और आयनों को आदेश देता है, जिससे एक मामूली विद्युत प्रवाह होता है।

आयन अलग-अलग इलेक्ट्रोड पर समाप्त होते हैं। जब धुआं डिटेक्टर के आंतरिक कक्ष में प्रवेश करता है, तो यह अल्फा कणों को अवशोषित करता है और हवा का आयनीकरण बाधित होता है। नतीजतन, विद्युत प्रवाह बंद हो जाता है और एक अलार्म सक्रिय होता है।

कीटों का उन्मूलन

कृषि में फसलों पर अवांछनीय कीटों को मारने के लिए मध्यम विकिरण का उपयोग किया गया है। इस प्रकार, अत्यधिक प्रदूषणकारी कीटनाशकों के उपयोग से बचा जाता है। यह मिट्टी, भूजल और फसलों पर नकारात्मक प्रभाव को कम करता है।

डेटिंग

रेडियोआइसोटोप की मदद से कुछ वस्तुओं की आयु निर्धारित की जा सकती है। पुरातात्विक अध्ययनों में यह बहुत रुचि का है क्योंकि यह नमूनों को अलग-अलग समय पर रखने और रखने की अनुमति देता है। इस एप्लिकेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले रेडियोआइसोटोप कार्बन 14 (¹⁴ सी) सम उत्कृष्टता है । इसका टी _1/2 5700 वर्ष है, और नमूने 50,000 वर्ष पुराने हो सकते हैं।

¹⁴ सी के क्षय का उपयोग विशेष रूप से जैविक नमूनों, कंकाल, जीवाश्म, आदि के लिए किया गया है। अन्य रेडियो आइसोटोप्स, जैसे कि ²⁴⁸ यू, टी _1/2 मिलियन वर्ष पुराना है। तब उल्कापिंडों, तलछट और खनिजों के एक नमूने में ²⁴⁸ यू की सांद्रता को मापकर, यह निर्धारित किया जा सकता है कि क्या यह पृथ्वी के समान आयु है।

संदर्भ

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