ΑΤΟΜΟ-ΙΣΟΤΟΠΑ-ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ

Περιεχόμενα Άτομο Ισότοπα Ραδιοχρονολόγηση Γεωχρονολογήσεις

ΑΤΟΜΟ Δομή ατόμου Ατομικός αριθμός Μαζικός αριθμός Γεωχρονολογήσεις

Άτομο Ηλεκτρόνιο e- Νετρόνιο n - + Πρωτόνιο p+ Πυρήνας

Άτομο - + Το άτομο αποτελείται από Φορτίο Μάζα Πρωτόνια + 1 Φορτίο Μάζα Πρωτόνια + 1 Νετρόνια ουδέτερο 1 Ηλεκτρόνια - αμελητέα Μάζα ατόμου Πρωτόνια + Νετρόνια - + Άτομο ηλεκτρικά ουδέτερο Πρωτόνια = Ηλεκτρόνια

Άτομο Ατομικός αριθμός (Ζ) = Αριθμός πρωτονίων Μαζικός αριθμός (Α) = Αριθμός πρωτονίων (Ζ) + Αριθμός νετρονίων (Ν) A = Z + N 7 3 Μαζικός αριθμός Α = 7 Li Ατομικός αριθμός Z = 3 Ατομικός αριθμός Z = 3 Αριθμός νετρονίων Ν = 4

Li Άτομο 7 3 Ο ατομικός αριθμός χαρακτηρίζει το στοιχείο Δείχνει τη θέση του στον περιοδικό πίνακα Li 7 3

ΙΣΟΤΟΠΑ Ισότοπα Ατομικό βάρος Γεωχρονολογήσεις

C C Ισότοπα Ισότοπα άνθρακα 12 6 14 6 Τα ισότοπα είναι άτομα του ίδιου στοιχείου που έχουν διαφορετικό μαζικό αριθμό (Α) Διαφορετικός αριθμός νετρονίων Ν Ίδιος ατομικός αριθμός Ζ (αριθμός πρωτονίων/ηλεκτρονίων) Έχουν ίδιες χημικές ιδιότητες 6 Z 6 6 N 8 12 A 14 Ισότοπα άνθρακα p n 12 6 14 6 C C

Ισότοπα Τα ισότοπα ενός στοιχείου βρίσκονται στην ίδια θέση του περιοδικού πίνακα 12 6 14 6 C C

Ατομικό βάρος Ατομικό βάρος C ? Ατομικό βάρος ισοτόπου = Μαζικός αριθμός (Α) Ατομικό βάρος 12C = 12 Ατομικό βάρος 13C = 13 Ατομικό βάρος 14C = 14 Ατομικό βάρος C ?

Ατομικό βάρος άνθρακα C Ατομικό βάρος στοιχείου = Μέσος όρος μαζικών αριθμών των ισοτόπων του Ατομικό βάρος C = 12,011 Ισότοπο Μαζικός αριθμός Αφθονία στη φύση Ατομικό βάρος άνθρακα C 12C 12 98.9% 12 • 0,989 + 13 • 0,011 = 12.011 13C 13 1.1% 14C 14 Ίχνη

ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ Ιστορική αναδρομή Ραδιενέργεια Ραδιενεργές διασπάσεις Νόμος ραδιενεργών διασπάσεων Ημιπερίοδος ζωής Εξίσωση ραδιοχρονολόγησης Γεωχρονολογήσεις

Ιστορική αναδρομή Ακτίνες-Χ σε φωσφορίζοντα άλατα U K2UO2(SO4)2·2H2O Συννεφιασμένη μέρα Henri Becquerel (1896) Νόμπελ Φυσικής 1903 Γεωχρονολογήσεις

Ιστορική αναδρομή Πρώτη ραδιοχρονολογήση πετρώματος (40 Ma) Διάσπαση ραδίου (σωματίδια α) Συγκέντρωση ηλίου (He) Απώλεια He Kelvin (20 Ma) Ernest Rutherford (1904) Νόμπελ Χημείας 1908 Γεωχρονολογήσεις

Ιστορική αναδρομή 1911: Πρώτη ραδιοχρονολόγηση U-Pb (370 Μa) 1913: H ηλικία της Γης (1600 Ma) Ανακάλυψη ισοτόπων 4000 Ma Μετακίνηση ηπείρων – ρεύματα μεταφοράς Arthur Holmes Γεωχρονολογήσεις

Ραδιενέργεια Πολλά στοιχεία έχουν ισότοπα που είναι ασταθή Οι πυρήνες τους διασπώνται σε άλλους με ελευθέρωση ενέργειας Η διαδικασία ονομάζεται ραδιενέργεια

Ραδιενέργεια Τα ραδιενεργά ισότοπα λέγονται μητρικά ενώ τα προκύπτοντα ισότοπα θυγατρικά Ραδιενεργά ισότοπα σημαντικά στη γεωλογία 40K, 87Rb, 232Th, 238U, 235U 40K  40Ar 87Rb  87Sr 238U  206Pb

Ραδιενέργεια Κατά τη διάσπαση εκπέμπονται: Σωματίδια α Πυρήνες ηλίου 42He Σταματούν σε φύλλο χαρτιού Σωματίδια β- Ηλεκτρόνια Σταματούν σε φύλλο αλουμινίου Ακτινοβολία γ Ηλεκτρομαγνητική μειώνεται από παχύ στρώμα μολύβδου

Ραδιενεργές διασπάσεις Οι συνηθισμένες διασπάσεις είναι Διάσπαση με εκπομπή σωματιδίων α Διάσπαση με εκπομπή σωματιδίων β Σύλληψη ηλεκτρονίων

Διάσπαση με εκπομπή σωματιδίων α Εκπέμπεται ένα σωματίδιο α (42Ηe) Ο ατομικός αριθμός (Ζ) ελαττώνεται κατά 2 Ο μαζικός αριθμός (Α) ελαττώνεται κατά 4 Αρχικός μητρικός πυρήνας Θυγατρικός πυρήνας 42Ηe p n Ζ = -2 Α = -4 23892U  23490Th + α + γ + ενέργεια

Διάσπαση με εκπομπή σωματιδίων β Εκπέμπεται ένα σωματίδιο β- (ηλεκτρόνιο) Ο ατομικός αριθμός (Ζ) αυξάνεται κατά 1 Ο μαζικός αριθμός (Α) παραμένει ίδιος Αρχικός μητρικός πυρήνας Θυγατρικός πυρήνας p β- n Ζ = +1 Α = ίδιος 8737Rb  8738Sr + β- + ενέργεια

Διάσπαση με σύλληψη ηλεκτρονίων Συλλαμβάνεται ένα τροχιακό ηλεκτρόνιο από τον πυρήνα Ο ατομικός αριθμός (Ζ) μειώνεται κατά 1 Ο μαζικός αριθμός (Α) παραμένει ίδιος Αρχικός μητρικός πυρήνας Θυγατρικός πυρήνας p n e- Ζ = -1 Α = ίδιος 4019K + e-  4018Ar + γ + ενέργεια

Νόμος ραδιενεργών διασπάσεων Ο αριθμός των πυρήνων (dN) που διασπώνται στη μονάδα του χρόνου (dt) είναι ανάλογος του συνολικού αριθμού (Ν) των υπαρχόντων πυρήνων λ = σταθερά διασπάσεως του στοιχείου Είναι χαρακτηριστική για κάθε στοιχείο πχ. για το Ra (λ=0,0004273 ανά χρόνο) Δηλώνει την πιθανότητα να διασπαστεί ένας πυρήνας στη μονάδα του χρόνου Στα 10.000.000 άτομα Ra, διασπώνται 4273 ανά χρόνο -dN/dt = λ·Ν

Νόμος ραδιενεργών διασπάσεων   -ln N = λt + C ln N: λογάριθμος του Ν με βάση το e C: σταθερά t=0: N=No C = -ln No -ln N = λt - ln No  -ln N - ln No = -λt  ln N/No = -λt  N/No = e-λt  N = Noe-λt

Νόμος ραδιενεργών διασπάσεων Ν = Νοe-λt N: αριθμός των πυρήνων που παραμένουν μετά από χρόνο t No = ο αριθμός των αρχικών πυρήνων σε χρόνο t=0

Νόμος ραδιενεργών διασπάσεων Το στοιχείο Ν διασπάται στο θυγατρικό D D*: ο αριθμός των θυγατρικών πυρήνων μετά από χρόνο t που προκύπτουν από τη διάσπαση του μητρικού Ν, του οποίου οι αρχικοί πυρήνες σε χρόνο t=0 είναι Νο D* = No - N  D* = No – Noe-λt  D* = No(1 - e-λt) Δεν έχουμε απώλεια ή προσθήκη μητρικού ή θυγατρικού

Ημιπερίοδος ζωής Ημιπερίοδος ζωής Τ είναι ο χρόνος που απαιτείται για να διασπαστούν οι μισοί από τους αρχικούς πυρήνες ενός ραδιενεργού ισοτόπου Για κάθε ισότοπο είναι σταθερή και δεν επηρεάζεται από κανένα χημικό ή φυσικό παράγοντα Σταθερά διασπάσεως λ = 0,693/Τ N = Noe-λt  N/No = e-λt  Για την ημιπερίοδο ζωής Τ  N/No = 1/2 1/2 = e-λT  ln(1/2) = -λΤ  -0,693 = -λΤ  λ = 0,693/Τ

Ημιπερίοδος ζωής Ν = Νο · e-λt Αριθμός πυρήνων % Ημιπερίοδοι ζωής Μητρικοί πυρήνες Ν Ν αριθμός αδιάσπαστων πυρήνων σε χρόνο t Νo αρχικός αριθμός πυρήνων λ σταθερά διασπάσεως (αντίστροφη της ημιπεριόδου ζωής) 1/2 Θυγατρικοί πυρήνες D* 1/4 Αριθμός πυρήνων % 1/8 1/16 1/32 Ημιπερίοδοι ζωής

Ημιπερίοδος ζωής

Ισότοπα που χρησιμοποιούνται στις ραδιοχρονολογήσεις Ημιπερίοδος ζωής Ισότοπα που χρησιμοποιούνται στις ραδιοχρονολογήσεις Ραδιενεργό στοιχείο Σταθερό ισότοπο (προϊόν διάσπασης) Ημιπεριόδος ζωής (εκατ. χρόνια Ma) Ουράνιο-238 238U Μόλυβδος-206 206Pb 4.500 Ma Ουράνιο-235 235U Μόλυβδος-207 207Pb 713 Ma Θόριο-232 232Th Μόλυβδος-208 208Pb 14.100 Ma Ρουβίδιο-87 87Rb Στρόντιο-87 87Sr 47.000 Ma Κάλιο-40 40K Αργό-40 40Ar 1.300 Ma

Εξίσωση ραδιοχρονολόγησης D* = No - N και Ν = Νοe-λt D* = Neλt - Ν  D* = Ν(eλt - 1) D = Do + D* D: ο συνολικός αριθμός θυγατρικών πυρήνων στο σύστημα Do: ο αρχικός αριθμός θυγατρικών πυρήνων (t=0) Άγνωστο D = Dο + N(eλt - 1) Μετριούνται αναλυτικά Υπολογίζεται ή εκτιμάται

Εξίσωση ραδιοχρονολόγησης D = Dο + N(eλt - 1) Προϋποθέσεις Δεν έχουμε απώλεια ή προσθήκη είτε μητρικού είτε θυγατρικού ισοτόπου (το σύστημα παραμένει κλειστό) Οι μετρήσεις των D και Ν είναι ακριβείς και αντιπροσωπευτικές του πετρώματος ή του ορυκτού Ο υπολογισμός του Do είναι ρεαλιστικός Η σταθερά διασπάσεως λ είναι γνωστή με ακρίβεια

Εξίσωση ραδιοχρονολόγησης D = Dο + N(eλt - 1) = eλt - 1 D - Do N D - Do N [ + 1 ] 1 λ t = ln