Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 37. 14 oktober 1950 - Kärnreaktioner — en ny kemi, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
lft- oktober 1950
927
Kärnreaktioner — en ny kemi
Förr ansågs, att atomers kemiska egenskaper uteslutande
bestämdes av elektronskalet och att ett visst atomslags
kärnreaktioner var fullständigt oberoende av de andra
atomslag, vid vilka det eventuellt var kemiskt bundet.
Kemiska reaktioner och kärnreaktioner ansågs alltså vara
fullständigt oberoende av varandra. Det är emellertid
numera känt, att detta innebär en alltför stark förenkling.
Heta atomers kemi
Ovanliga kemiska reaktioner iakttogs för vissa
radioaktiva ämnen strax efter dessas upptäckt. De började
studeras år 1934, när engelsmännen Szilard och Chalmers
uppfann en metod att framställa koncentrerade prov av
vissa radioaktiva föreningar, men icke förrän 1945, när
kemister fick stora mängder radioaktivt material till
förfogande, tilldrog sig denna gren av kemin mer allmänt
intresse. Ännu har blott få reaktioner undersökts, och
fenomenen är så originella, att det synes bäst att välja en
viss reaktion som exempel.
Med termiska neutroner menas sådana, som har samma
hastigheter som gasmolekyler vid rumstemperatur, dvs.
ungefär som en gevärskula. På grund av sin relativt låga
hastighet kan de infångas av atomkärnor, varvid dessa
blir radioaktiva. Om därför en flaska flytande etyljodid
utsätts för bestrålning med termiska neutroner, tränger
dessa till största delen genom glaset och några av dem
infångas av jodatomerna, som härvid övergår från J127 till
J128. Denna är mycket obeständig och utsänder på mindre
än 10-32 s en y-stråle med en energi på flera MeV. Som
jämförelse kan nämnas, att förbränningsvärmet för en atom
kol blott är 4 eV.
Jodatomen är alltjämt radioaktiv och övergår till Xe128
under utsändande av en /^-partikel, varvid halveringstiden
är 25 min. Tack vare denna reaktion kan J^-atomer
upptäckas och följas, men här skall den i övrigt försummas.
Den kärnreaktion, som främst är av intresse, består
nämligen i uppfångandet av en neutron och den omedelbart
följande /-strålningen. Härigenom får nämligen J^-atomen
en rekylenergi på ca 200 MeV. Då dess kemiska
bindningsenergi i etyljodidmolekylen blott är 3—4 eV, är dess
rekylenergi mer än tillräcklig, för att den skall slitas loss
från molekylen och ge sig ut på egen hand med stor
hastighet. Heta atomers kemi gäller de ovanliga kemiska
reaktioner, som orsakas av sådana kringirrande, snabba
atomer.
Bestämning av fri jod
För att få reda på den mängd jod, som frigjorts genom
bestrålningen med neutroner, kan man skaka etyljodiden
med sulfitlösning. Härvid måste nämligen den fria joden
reagera med sulfitjoner och stanna i vattenlösningen, som
lätt kan separeras från den föga vattenlösliga etyljodiden.
Efter skakningen borde man därför finna all radioaktiv
jod i vattenskiktet, men i verkligheten fann man där blott
60 % av den; återstående 40 % stannade kvar i
etvljodid-skiktet.
Om man i stället bestrålar etyljodid i ångform med
neutroner, därefter kondenserar ångan och behandlar den
flytande jodiden med sulfitlösning, återfinner man all
radioaktiv jod i vattenskiktet. Detta är ett nästan
fullständigt bevis för att alla J^-atomer rycks loss ur
etyl-jodidmolekylerna. Förhållandet, att blott 60 % fri
radioaktiv jod kunnat påvisas vid bestrålning i vätskefas, kan
därför icke tänkas bero på att blott en del aktiva atomer
lösryckts. Man måste då fråga, hur 40 % av J^-atomerna
kan bindas på nytt vid etyljodiden. Det är känt, att van-
Referat av uppsats av W F Libby i Sci. Amer. mars 1950.
liga jodatomer, som rör sig med termisk hastighet, icke
reagerar med etyljodid, och svaret måste därför bli, att
de heta atomerna på grund av sin höga kinetiska energi
på något sätt kan tvinga sig på etyljodidmolekylerna, när
dessa befinner sig i vätskefas.
Föreningar erhållna med heta atomer
Vid den radioaktiva jodens reaktion med etyljodid kan
tre möjligheter tänkas: den heta jodatomen kan kasta ut
en väteatom ur molekylen och ta dess plats, varvid
CH2J*CHJ eller CHSCHJJ* bildas (stjärnorna betecknar
radioaktiva jodatomer); den kan bryta en kol-kolbindning
och ge endera CH3J* eller C"HaJJ*; den kan slutligen
ersätta en vanlig jodatom och bilda CH3CH2J*. För att
bestämma vilka av dessa föreningar, som bildas i
verkligheten, kan man tillsätta icke radioaktiva prov av alla
tänkbara föreningar till den aktiva vätskan och separera
dem genom destillation. Varje fraktion tar då med sig
samma förening innehållande aktiv jod, om den finns
närvarande. Mängden härav kan bestämmas t.ex. med
Geiger-räknare. På detta sätt har man visat, att ungefär 7/g av
den bundna aktiva joden finns i form av CH3CH2J*; resten
förekommer till allra största delen som CgH^JJ*.
Varför de heta atomerna i de flesta fall ersätter inaktiva
jodatomer kan lätt förklaras. En jodatom i
etyljodidmolekylen har närmast lika stor massa som den heta
jodatomen, som därför stoppas och överför sin kinetiska
energi till en annan jodatom, med vilken den
sammanstöter centralt. I sådana fall går alltså de heta atomernas
hastighet ned till termisk vid sammanstötningen,
varigenom de lätt fastnar på den lediga platsen i
kolväteresten. I vätskefas är nämligen molekylerna tätt packade,
och en aktiv atom stannar därför så länge i närheten av
den trasiga etyljodidmolekylen, att den hinner reagera
med den. I ångfas har de aktiva jodatomerna mycket större
rörelsefrihet och stannar därför icke kvar i närheten av
kolväteresten så länge, att de hinner bindas vid denna. De
fortsätter att röra sig fritt, trots att de bromsats till
termisk hastighet.
Vid kollision mellan en het jodatom och en väteatom
blir förloppet helt annorlunda. Den förra river den senare
med sig utan att dess hastighet nämnvärt minskas. Den
stannar icke i närheten av den skadade etyljodidmolekylen
och kan därför icke ta den bortryckta väteatomens plats.
Om emellertid en het jodatom ej träffar någon annan
jodatom centralt utan utsätts för en serie sneda stötar och
kollisioner med kolvätegrupper, kan dess hastighet
minskas, så att dess kinetiska energi blir av samma
storleksordning som den kemiska bindningsenergin.
Jodatomen kan då överföra sin energi till en etyljodidmolekyl
som helhet, varigenom denna kommer i så stark
vibration, att en väteatom slungas ut. I sådana fall har
jodatomen termisk hastighet och kan ta väteatomens plats.
Det är klart, att substitution av en väteatom är mindre
sannolik än substitution av en jodatom, då den heta
atomen i förra fallet måste ha en energi, som ligger inom
ganska snäva gränser, nämligen mellan kemisk
bindningsenergi och 2—3 gånger detta värde. Varje ändring av
betingelserna, som ökar sannolikheten för att denna
energinivå skall nås, måste också öka utbytet av föreningar, i
vilka väteatomer är utbytta mot radioaktiv jod. Ett sätt
att åstadkomma detta är utspädning av etyljodiden med
ett icke jodhaltigt lösningsmedel, t.ex. ett kolväte.
Kollisioner mellan jodatomer blir betydligt mindre sannolika,
och då de heta atomernas kinetiska energi faller i relativt
små steg vid kollisioner med de lättare atomgrupperna,
har nästan alla goda möjligheter att vid något tillfälle
få just den energi, som möjliggör substitution av en
väteatom. Utbytet av vätesubstituerade föreningar bör bli
relativt högt, och det finns också experimentella belägg
härför. Om en starkt utspädd lösning av etyljodid i pentan
bestrålas, blir nämligen 30 % i stället för knappt 10 %
av den aktiva joden bunden i vätesubstituerade föreningar.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
