Atomfysik

1. Atomfysik

2. Allt är uppbyggt av atomer: du, jag, djuren, växterna, trä, sten, vatten….. • Många atomer ihop bildar olika grundämnen (ex: väte, syre, kalk, guld….) som i sin tur finns i all levande och icke levande material

3. Exempel på grundämnen:

4. Exempel på sammansatta ämnen:

5. Atomen är uppbyggd av en ”atomkärna” som innehåller protoner och neutroner, samt elektronerna som kretsar kring kärnan

6. Periodiska systemet • Antalet protoner bestämmer vilken plats ämnet får i periodiska systemet = ”Atomnumret”

7. Masstalet (eller atommassan) är antalet protoner och neutroner ihop! • Vad har t ex Na, O för masstal? Vad har de för atomnummer? Öva! • Antalet neutroner får man genom att ta masstalet – atomnumret.

8. Heliumatom, har plats nummer 2 i periodiska systemet • Består av 2 protoner, 2 neutroner och 2 elektroner • Men det är inte alltid så att antalet protoner är lika många som antalet neutroner!!

9. Silveratom • Silveratomen har 47 protoner och har alltså plats nummer 47 i periodiska systemet • Atomnumret är alltså 47 • Antalet protoner och antalet elektroner är alltid samma • Men! Silver har inte 47 neutroner utan 61! • Hur kommer det sig?

10. Uranatom • Här ser vi en modell av atomen uran som har 92 protoner (har alltså plats nummer 92 i periodiska systemet)- man kan även säga att atomnumret är 92 • Den har 92 elektroner • MEN! Den har 146 neutroner!

11. Efter dessa tre exempel kan vi dra följande slutsats: • Ju större en atom är, alltså ju längre ner (och längre till höger) atomen befinner sig i periodiska systemet, desto större är skillnaden mellan antalet protoner och neutroner

12. Elementarpartiklar • ”Elementarpartiklar” är partiklar som man bygger upp ämnen av, t ex: protoner, neutroner och elektroner. • Protonerna är positivt laddade, neutroner är neutrala (har alltså ingen laddning) och elektronerna är negativt laddade.

13. Plus och minus? • Ni har säkert sett att magneter med olika poler dras till varandra medan lika poler vill ”ifrån varandra”. • Så är det med laddningar också: olika laddningar, alltså minus-plus dras till varandra medan lika laddningar minus-minus eller plus-plus vill ifrån varandra.

14. Hur kommer det sig då att en atom hålls ihop? • Den består ju av enbart plussladdningar i kärnan (protonerna) som borde sticka ifrån varandra… och så kretsar det negativa elektroner runtomkring, som också borde påverka varandra… och som även borde påverka protonerna i kärnan…

15. Två saker: • 1. mellan protonerna ligger neutroner som är neutrala; detta gör att de ”försvagar” den bortstötande kraften som finns mellan proton och proton • 2. ”kärnkraften” alltså kärnans kraft; liknelse: vårt solsystem

16. Väte = Hydrogen = H • Den formen av väte som finns i periodiska tabellen är den första på bilden till höger. • Den har alltså inga neutroner i kärnan. • Men! Väte förekommer i två andra former!

17. Vätets 3 isotoper • Formerna ovan kallas för 1. ”vanligt väte”, 2. ”tungt väte” eller ”deuterium” och 3. ”supertungt väte” eller ”tritium” • Observera! Väte förekommer alltså endast i dessa tre former och det kallas för ”vätets 3 isotoper”.

18. Andra isotoper • Syreisotoper

19. Kol, uran… • Kol har atomnummer 6 och förekommer naturligt som • 12C, 98,9 %, stabil • 13C, 1,1 %, stabil • 14C, spår, halveringstid 5730 år. • Det sistnämnda är känt i den vanliga metoden att bestämma ålder inom arkeologi, C14-metoden. • Uran har atomnummer 92 och förekommer naturligt som • 234U, 0,006 %, halveringstid 0,25 miljon år. • 235U, 0,72 %, halveringstid 0,7 miljard år. • 238U, 99,275 %, halveringstid 4,5 miljard år. • U-235 är den isotop som används i kärnkraftverk.

20. Fotoner • I solen har vi mestadels väte och helium. I med att dessa är gaser, rör de sig fritt fram och tillbaka. På grund av värme kan elektronerna hoppa ut från sina hemskal. Då laddas de med energi. När atomen sen kyls ner (t ex genom att sväva utåt från solens centrum) så hoppar elektronen ”hem” och gör av med sin energi genom en ljusblixt som kallas foton. I med att detta sker miljarder gånger/sekund, så har vi fått ”ljus”. Till höger ser du exempel på hopp som ger olika färger på ljuset.

21. Halveringstid/ Kol-14 metoden • Olika radioaktiva ämnen har olika halveringstider (finns exempel i början av den här power pointen). • Halveringstid innebär hur lång tid det tar för hälften av ämnet att försvinna… • Kol -14 isotopen har en halveringstid på 5730 år. • Se hur ämnet halveras här till höger =>

22. Om Kol-14 metoden ifrån NE: • kol-fjorton-datering,kol-14-datering, åldersbestämning som utnyttjar den radioaktiva kolisotopen 14C. När kosmisk strålning kolliderar med molekyler i jordens atmosfär bildas bl.a. neutroner. I övre atmosfären bildas den då radioaktiva kolisotopen 14C genom reaktioner mellan neutroner och kväve. I atmosfärens koldioxid blandas 14C homogent med de stabila kolisotoperna 12C och 13C. • Via fotosyntesen tas koldioxid upp av växterna, vilka så länge de lever kommer att ha samma 14C/12C-förhållande som atmosfären. Djur lever direkt eller indirekt av växter och får därför också samma isotopkvot som atmosfären. När organismerna dött kan ingen mer atmosfärisk koldioxid tas upp, varför isotopkvoten 14C/12C successivt minskar genom radioaktivt sönderfall av 14C i det döda materialet. • Genom att mäta 14C/12C-kvoten hos ett prov kan därmed dess ålder beräknas. Detta har inneburit ett stort framsteg för främst arkeologin och kvartärgeologin, eftersom forskarna kunnat upprätta årtalskronologier långt bakåt i tiden. Metoden kan inte användas för alltför gamla prover; bakre gräns är ca 70 000 år.