RA.3-Kernverval 2122

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4-6

Radioactiviteit: Kernverval

Methode: 

-Filmpjes Ralph Meulenbroeks (via deze LessonUp)
-Natuurkunde Uitgelegd (voor samenvatting en opgaven Foton)

-Wetenschapsschool (voor extra uitleg en opgaven)

Lentiz Reviuslyceum. Versie 31-8-2021

M. van Aken

Opgaven Foton, Ioniserende straling:

HAVO: 3 t/m 6

VWO: 2 t/m 5

Leerdoelen

-Je kunt een vervalvergelijking opstellen met α-,  β- en γ-straling

-Je weet wanneer radio-actief verval gevaarlijk kan zijn

-Je weet wanneer radio-actief verval nuttig kan zijn

-Je weet wat ioniserende straling inhoudt  

00:28

In welke tabel(len) kan je vinden om welk element dit ging?

1. Tabel 25
2. Tabel 25 en tabel 40
3. Tabel 25, 40 en 99
4. Dit moet je uit je hoofd weten

Hiernaast de weergave van alfa-straling, ofwel een Helium-kern. Waar staan de getallen 2 en 4 voor?

1. 2 voor het aantal protonen en 4 voor het aantal neutronen.
2. 2 voor het aantal neutronen en 4 voor het aantal protonen.
3. 2 voor het aantal protonen en 4 voor het massagetal.
4. 2 voor het aantal neutronen en 4 voor het massagetal.

Hiernaast de weergave van een radio-actieve kern Pollonium-214. Hoeveel neutronen heeft deze kern?

1. 84
2. 214
3. 214-84 = 130
4. Dat is niet te zeggen: je weet niet of het een atoom of een ion is.

Hiernaast de weergave van Lood-210. Boven staat '210' en onder '82'. Leg uit wat deze twee getallen betekenen voor dit Lood.

Naast alfa-straling (een Helium-kern) zijn er nog twee veel voorkomende stralingssoorten. Welke zijn dit en omschrijf hun eigenschappen / 'wat' ze zijn.

Ioniserende straling

α-, β- en γ-straling zijn voorbeelden van ioniserende straling. Deze straling heeft zo'n hoge energie, dat het een (neutraal) atoom kan ioniseren.

Hierbij wordt (tijdelijk) een elektron van het atoom 'weggeslagen' waardoor het atoom een ion wordt. Dit kan gevaarlijk zijn in het lichaam omdat ionen andere verbindingen aan kunnen gaan dan atomen.

De energie van γ-staling (maar ook andere ioniserende straling zoals UV en röntgen) kan je berekenen met de formule Ef = h f.

Hierin is Ef de foton (stralings) energie, h de constante van Planck (zie tabel 7) en f de frequentie van de betreffende straling.

Maak een samenvatting van de theorie en lever een foto hiervan in.

Hieronder kun je de vragen die je over dit stuk theorie hebt doorgeven.

Oplossen vervalvergelijking

Je leert nu hoe je een vervalvergelijking (reactievergelijking) van een instabiel atoom opstelt. Ten eerste moet je weten om welke ontstabiel atoom het gaat ('de bron'.).

In ons voorbeeld gebruiken we Polonium-210.

Stap 1: zoek de radioactieve kern op in BINAS tabel 25:

Polonium-210

Deze radio-actieve stof wordt vaak in verband gebracht met vergiftigingen.

Zie: De rol van polonium in Arafats dood

BiNaS tabel 25

Hieronder kun je meer info vinden van de diverse info uit tabel 25.

De atoommassa is de 'exacte' massa van het betreffende atoom. Deze is uitgedrukt in 'u', de atomaire massa-eenheid. (De definitie is dat 1 u precies de massa van 1/12-de C-12 atoom is (hoe zie je dat terug in tabel 25?). De omrekenfactor voor 1 u vind je in tabel 7b.

1 u = 1,660 538 921 10^-27 kg

Het atoomnummer is het unieke nummer voor elke kern. Het stelt het aantal protonen in de kern voor. Elke kern met 84 protonen is dus Polonium en Polonium heeft ALTIJD 84 protonen in de kern.

Het symbool geeft de 'afkorting' van de volledige naam van de kern aan. De volledige namen kun je terugvinden In tabel 40 (alfabetisch) of 99 (op atoomnummer). Let op: de getallen-gegevens in tabel 40 en 99 zijn GEMIDDELDEN voor alle mogelijke voorkomende kernen. Gebruik dus altijd tabel 25 voor je gegevens! 

Het massagetal is het aantal nucleonen (kerndeeltjes) dat in de betreffende kern zit. Dit zijn de protonen en de neutronen samen.
Er geldt: massagetal min atoomnummer = aantal neutronen.

Bij verval en energie van het deeltje zie je welke soort straling de kern uitzendt als hij vervalt. Dit kan zijn α, β-, γ, β+, p+, en K-vangst.

Het getal dat er bijstaat is de (maximale) energie die het uitgezonden deeltje meekrijgt. Deze energie is uitgedrukt in Mega elektron Volt, MeV. De omrekening van elektron Volt (eV) naar Joule vindt je in tabel 5. Mega staat in tabel 2.

1 MeV = 1 x 10⁶ x 1,602 176 565 10^-19 J = 1,602 176 565 10^-13 J 

(De 'waarde' van 1 eV is (per definitie) exact gelijk aan de lading van één elektron, het elementair ladingsquantum)

De halveringstijd van een atoom zegt iets over hoe stabiel het atoom is. Een kleine halveringstijd hoort bij een onstabiel atoom, een grote halveringstijd hoort bij een stabiel atoom. Als er een - staat, betekent het dat het atoom volledig stabiel is (en dus nooit vervalt).

De halveringstijd is de tijd waarin de helft van de aanwezige onstabiele kernen zal vervallen. LET OP: DIT GELDT ALLEEN BIJ GROTE HOEVEELHEDEN VAN ONSTABIELE KERNEN. ELKE KERN INDIVIDUEEL VERVALT PUUR OP TOEVAL; WANNEER IS NIET TE VOORSPELLEN.

Bij 'voorkomen in de natuur' zie je hoe de verschillende isotopen van eenzelfde atoom zijn verdeeld in de natuur. Een vuistregel is: stabiele isotopen komen veel voor in de natuur, en onstabiele isotopen komen weinig of niet voor in de natuur (want die zijn onstabiel en vervallen dus naar andere soorten atomen). Als er niets staat betekent het dat deze istotoop helemaal NIET in de natuur voorkomt.

Hoe groter de halveringstijd, hoe groter de kans dat het atoom in de natuur voor zal komen.

Oplossen vervalvergelijking

Stap 1: zoek de radioactieve kern op in BINAS tabel 25:

Stap 2: kijk welke stralingsdeeltjes er uitgezonden worden. In dit geval zijn dat α en γ. Gammastraling kan altijd als tweede deeltje worden uitgezonden.  Dit is een extra portie 'energie' en draagt niet bij aan het kloppend maken van de vervalvergelijking. 

Oplossen vervalvergelijking

Stap 3:

Begin links met het deeltje dat vervalt (als je deze weet). Rechts (van de pijl) de deeltjes waarvan je weet dat ze ontstaan (de stralingsdeeltjes en/of soms ook de onstane kern). Zet ook overal het massagetal (boven) en atoomnummer (onder) er bij. Zet deze getallen voor het bijbehorende symbool, niet erachter. Een afspraak is dat je de stralingsdeeltjes aan het einde van de regel zet. Je moet soms dus nog wat ruimte overhouden voor de onbekende onderdelen. 

Leer de getallen van α, β en γ-straling uit je hoofd. Ook het proton en neutron zijn handig om te weten.

Deeltje: massa ,  lading  (boven , onder)

Alfa: 4 , +2

Bèta-: 0 , -1
Bèta+: 0 , +1

Gamma: 0 , 0
Proton: 1 , +1

Neutron 1 , 0

!

Oplossen vervalvergelijking

Stap 4:

Zorg nu dat het  massagetal (getal boven) links en rechts klopt, en het ladingsgetal (getal beneden) ook.

Massa: 210 = ? + 4 + 0  dus ?-massa = 206
Lading: 84 = ? + 2 + 0 dus ?-lading = 82

Tenslotte zoek je het symbool op van de ontstane kern. Je hoeft hier alleen naar het ladingsgetal (82) te kijken. Dit is namelijk het atoomnummer!

Vervalvergelijking Po-210: 

Voorbeeld vervalvergelijking

Geef de vervalvergelijking van Natrium-24.

Oplossing: in de BINAS zie je dat dit een β- en γ straler is.

Massa: 24 = ? + 0 + 0 --> ?=24

Lading: 11 = ? + -1 + 0 --> ? = 12 (let op de -1 van  β-)

Oplossing: 

Er onstaat dus, naast de β- en γ straling, Mg-24.

Goed om te onthouden:

Bij een vervalvergelijking zie je in tabel 25 van de BiNaS het volgende met het (onstabiele) atoom gebeuren:

- α straling zorgt voor een 'verschuiving' van 2 omhoog in de tabel.

- β straling zorgt voor een 'verschuiving' van 1 omlaag (β-) of 1 omhoog (β+).

-γ straling verandert niets aan de atoomsamenstelling.

Verder: Bij alfa neemt het massagetal met 4 af, bij bèta- en gammastraling verandert het massagetal niet.

Bij het verval van Protactinium-231 ontstaat, naast de straling..

1. U-231
2. Pa-227
3. Th-231
4. Ac-227

Bij het verval van Lood-209 ontstaat, naast de straling...

1. Tl-209
2. Pb-209
3. Bi-209
4. Het goede antwoord staat er niet bij.

Bij het verval van Yttrium-88 ontstaat, naast de straling...

1. Sr-88
2. Y-88
3. Zr-88
4. Het goede antwoord staat er niet bij.

Een onbekende radio-actieve kern vervalt onder uitzending van alfastraling tot At-215. Leg uit wat de oorspronkelijke kern was.

Een onbekende radio-actieve kern vervalt onder uitzending van bètastraling tot Cd-108. Leg uit wat de oorspronkelijke kern was.

Hieronder kun je de vragen die je over dit stuk theorie hebt doorgeven.

Fouten en suggesties

Heb je een fout gevonden in deze Lessonup, het nakijkboekje of de website?
Of heb je een suggestie of tip voor het verbeteren?

Geef het door via het foutenformulier!

Bedankt voor je inzet!

Fouten en suggesties

Heb je een fout gevonden in deze Lessonup, het nakijkboekje of de website?
Of heb je een suggestie of tip voor het verbeteren?

Geef het door via het foutenformulier!

Bedankt voor je inzet!