Atom

Mener du fx gamma, beta og alfastråling (ioniserende stråling)???? Tror vist nok jeg havde om det i 9'ende for flere år tilbage nu ... men ville vel starte med at beskrive hvad et atom er. Hvordan er det opbygget/hvad består det af? Hvad er det periodiske system? Hvad er et ion? Hvad er ioniserende stråling? Hvilke typer findes der - forskelle? Stil dig selv nogle hv-spørgsmål med det mest simple først og dernæst langsomt sværere og sværere/højere og højere niveau ... og imens propper du så forsøg ind, som også skal stige i sværhedsgraden.

Nogle af mine gamle noter fra flere år tilbage er følgende (du må ikke hænge mig op på noget, hvis det er fuldkommen forkert ;)

Alt består af atomer, som sammensat danner molekyler i en kovalentbinding (forklares senere). Atomer består igen af en kerne, nukleus, og et varierende antal elektroner, der befinder sig rundt om kernen. Selve kernen er sammensat af protoner og neutroner.
Protoner og neutroner er ca. samme størrelse, dvs. 1u, mens elektroner er ca. 1/2000u, og derved væsentlig mindre.
Elektroner er negativt ladede og protoner er positivt ladede. Neutroner derimod er neutrale.
I det Periodiske System (92 grundstoffer) ses de forskellige grundstoffer inddelt efter kategorier. Hvis et atom har grundstof nr. 11 fx, betyder dette at grundstoffet indeholder 11 protoner i kernen. For at ladningen i dette grundstof er neutral skal der være det samme antal elektroner rundt om kernen, således at ladningerne udligner hinanden.

Man plejer at omtale atomernes baner af elektroner som skaller, og normal er der 2 elektroner i inderste skal, 8 i den næste, ect. Ud fra hvilken hovedgruppe i det periodiske system der tales om, kan man se hvor mange elektroner der befinder sig i de forskellige atomer under disse hovedgrupper, fx har atomer under hovedgruppe 2, derved 2 elektroner i yderste skal.
Men ofte ønsker atomer at efterligne den 8’ende hovedgruppe, ædelgasserne, som er særlig stabile da de netop har 8 elektroner i yderste skal. Hvis det drejer sig om den første hovedgruppe skal der dog kun være 2 elektroner i yderste skal for at gøre et atom stabilt. Atomerne fra hovedgrupperne har derfor en tilbøjelighed til enten at afgive eller optage elektroner, således at elektronstrukturen i den yderste skal kommer til at svare til en ædelgas, hvorved der dannes ioner, fx ønsker Na at lige Ne, hvorved den afgiver et elektron og bliver positivt ladet, Na+. Positivt ladede ioner, kationer, er derfor opstået af neutrale enheder ved afgivelse af en eller flere elektroner og negativt ladet ioner, anioner, har optaget elektroner.

Når ioner er sammensatte dannes en ionbinding. Ionforbindelser opstår oftest mellem et metal og ikke-metal, da metallerne har positive ladninger og ikke-metallerne danner negative ioner.
Et eksempel på en ionbinding er en sammenbinding mellem Na, natrium, og Cl, clor, der tilsammen danner NaCl, dvs. køkkensalt.
Natrium har grundstof nr. 11, hvorved elektronerne i grundstoffet er fordelt således at der er to elektroner i inderste skal, otte i næste skal og en elektron i yderste skal. For at opnå den ønskede stabile struktur som ædelgasserne fra 8’ende hovedgruppe afgiver Na-atomet en elektron og bliver til ionet Na+, som før nævnt.
Klor har grundstof nr. 17 og har derved to elektroner i inderste skal, otte i næste skal og syv elektroner i yderste skal, hvorved Cl-atomet optager et elektron for at opnår den stabile struktur som ædelgasserne fra 8’ende hovedgruppe, og bliver ionet Cl-. Således bliver Na positiv og Cl negativ, de tiltrækker hinanden via de såkaldte elektrostatiske kræfter mellem de modsat ladede ioner, og der dannes en ionbinding mellem de to ioner.

For at vende tilbage til en kovalentbinding er dette en binding, som dannes ved at de yderste elektronskaller overlapper hinanden således at atomerne får et eller flere fælles elektronpar, således at der skabes et negativt elektrisk ladet område der tiltrækker atomers positivt ladede atomkerner, og atomerne i molekylet opfylder derved oktetreglen. Den kovalente binding optræder i molekyler, atomgitterforbindelser og sammensatte ioner.
Som et klassisk eksempel på en kovalent binding kan nævnes en binding mellem to iltatomer i et iltmolekyle, O2. Ilt er grundstof nr. 8, og har derfor otte protoner i kernen og otte elektroner udenom kernen. De otte elektroner er fordelt i to skaller, to i den inderste, seks i den yderste.
For at opnå en stabil struktur skal iltatomet have otte elektroner i yderste skal, og mangler derved to elektroner. Iltatomet kan derfor ikke optage to elektroner fra et andet iltatom hvis disse skal binde sig, da dette vil bringe det andet iltatom i en endnu mere ustabil tilstand med kun fire elektroner i den yderste skal. Derfor deles de to iltatomer om to elektroner, og en kovalent binding dannes.
Alle atomkerner med mere end 83 protoner er radioaktive. Når antallet af protoner er større end 83, bliver atomkernerne ustabil, fordi kernekræfterne ikke længere kan opveje protonernes frastødning af hinanden. En atomkerne er dog også ustabil hvis den har for mange eller for får neutroner i forhold til antallet af protoner.

Radioaktive stoffer udsender partikler, da de er ustabile stoffer som ønsker at stabiliseres. Med fart på kan partiklerne gå tværs gennem atomer. Af og til støder partiklen ind i en elektron og slår den løs, hvorved atomet mangler en elektron og der dannes en positiv ion. Den frie elektron bliver senere indfanget af et andet atom, så der igen dannes et ion, denne gang negativt. Partiklerne kaldes ioniserende partikler/ioniserende stråler, da de kan producere ioner.

Når et radioaktivt stof som bekendt udsender partikler ændrer atomkernen i stoffet sig, således at stoffet henfalder. Ved et radioaktivt henfald er det samlede antal protoner og neutroner altid konstant. Det henfalder altid tilfældigt. Man kan angive antallet af henfald pr. sekund, dvs. aktiviteten, i måleenheden becquerel (Bq).

Der findes tre forskellige typer ioniserende partikler; alfa, beta og gamma.
Alfa partikler udsender 2 neutroner og 2 protoner for at stabiliseres, hvorved grundstofnummeret falder med 2 da der jo som bekendt forsvinder 2 protoner fra kernen. Kernetallet falder derimod med 4, da der jo i alt forsvinder 2 neutroner og 2 protoner.
Alfapartiklers masse er på 4u, og farten ca. 19 000 km/sek. Den forholdsvis store masse og relativt lave fart bevirker, at alfapartikler er meget ioniserende (en alfapartikel skaber ca. 40 000 ioner på 1cm.).

Betal partikler findes i to forskellige former; en negativt ladet og en positivt ladet. Når en betapartikel udsendes omdannes først en neutron til en proton og en elektron. Sidstnævnte elektron er selve betapartiklen og udsendes. Men kan dog også hænde at en proton omdannes til en neutron og en positivt ladet elektron, dvs. en possitron. Når en betapartikel udsendes fra en radioaktiv kerne stiger grundstofnummeret med én da der kommer en proton mere i kernen, mens kernetallet forbliver uændret. Derved er det samlede antal kernepartikler konstant.
Betapartikler bevæger sig med lysets fart på 3 000 000 km/sek., hvorved den store fart bevirker at der kun skabes få ioner.

Gammastråling er kortbølget elektromagnetisk stråling eller fotoner, dvs. den mindste mængde hvori elektromagnetisk strålingsenergi kan optræde (en lyskvant). Gammastråler har stor gennemtrængningsevne og er derved de farligste af de tre radioaktive stålingsformer. Der er ingen grundstofændring.

(4.2, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9)Eftersom, at radioaktive stoffer udsender partikler, kan de ioniserende stråler registreres som baggrundsstråling af en geigermüllertæller (GM-rør), som består af et metalrør indeholdende fortyndet luft. Midt i røret sidder en metaltråd. I den ene ende af røret er der et tyndt vindue som de ioniserende partikler kan trænge igennem. Røret sluttes til en spændingskilde, så metaltråden bliver positivt ladet, mens metalvæggene bliver negativt ladede. Når den ioniserende stråling trænger gennem vinduet, slås elektronerne løs fra luftens atomer, så der opstår positive ioner og frie elektroner. Førstnævnte søger mod den negative væg, mens sidstnævnte søger mod metaltråden. Der opstår et svagt sammenstød, som forstærkes af geigermüllertælleren.

Størstedelen af den registrerede baggrundsstråling har en naturlig oprindelse, som stammer fra jorden, rummet og mennesket. Strålingen fra jorden kommer fra uran og thorium i undergrunden, stråling fra rummet er kosmisk stråling, som vi dog beskyttes mod via atmosfæren og jordens magnetfelt og stråling fra menneskets krop i form af kulstof-14 og kalium-40. 20 % af baggrundsstrålingen stammer fra mennesket. Den meste menneskeskabte stråling stammer fra hospitaler. Stråledoser måles i sievert ud fra den skadelige virkning i kroppen, samt antal dannede ioner.

Man kan undersøge hvor gennemtrængende alfa-, beta- og gammapartikler er ved at placerer materialer mellem den radioaktive kilde og geigermüllertælleren. Alfa er let at stoppe, beta er mindre let at stoppe (evt. med en aluminiumsplade) og gamma er næsten fuldkommen gennemtrængelige, på nær bly.

(4.13, 4.14)Et radioaktivt stof har en halveringstid, dvs. den tid der går før et radioaktivt stof er omdannet til et nyt stof, og der er forskellig halveringstid til de forskellige stoffer, hvilket dog er umuligt at forudsige.

Nu vil jeg forklare om isotoper og isotoptafel. Hvis antallet i et og samme grundstofs atomkerner er forskelligt, taler man om, at der findes forskellige isotoper af grundstoffet, fx kan magnesiums atomkerne indeholde henholdsvis 12, 13 og 14 neutroner foruden 12 protoner. På en isotoptafel kan man se, hvordan de forskellige grundstoffer udsender henholdsvis beta og alfa partikler.

Når uran henfalder, er det i en periode henfaldet til stoffet radon. Radon er en radioaktiv luftart, som dannes i undergrunden, bevæger sig op gennem jorden, og siver ud i atmosfæren. Hvis der siver radon op i et hus, kan det ophobe sig i indeluften, hvorved koncentrationen af radon stiger så meget, at risikoen for lungekræft bl.a. øges. I Danmark må der højst være en radonmængde i en bolig på 200 Bq/m³, dvs. 200 henfald i sekundet pr. m³.

Når levende væv bliver ramt af ioniserende stråler dannes der ioner i cellerne, som kan påvirke cellen, således at den udvikles til fx en kræftcelle.
Når en almindelig celle udvikles til en kræftcelle, sker det først ved en mutation i cellen. Mutationen sker i tripletterne, som koder for aminosyrerne. Det er ikke alle mutationer der har betydning for en ændring i tripletten, da der er flere koder for samme aminosyrer i en celle. Dna tråde har i celler introns steder, dvs. steder som ikke koder for noget i cellen. En mutation et introns sted ville ikke have stor betydning for cellen. Men hvis mutationen derimod sker på exon stedet, dvs. det område der udgør cellens liv, vil mutationen med stor sandsynlighed medføre kræft.

Årsagen til, at en almindelig celle kan udvikles til en kræftcelle, er at der sker en mutation i proto-onkogen, som er et normalt og nødvendigt gen for celler, samt en del af exonet. Hvis en mutation sker i proto-onkogen kaldes det et onkogen.
Samtidig skal en kræftcelle stoppe med at modtage signaler, således at den bliver ved med at vokse og dele sig. Dette kan kun lade sig gøre, hvis der sker en mutation i proto-onkogenet.

I kræftceller bliver telomeraseenzymet aktiveret ved en mutation, og da tumorsuppressorerne i kræftceller ikke virker, kan celledelingen fortsætte uhæmmet. Et tumorsuppressorgen er et arveanlæg som koder for et protein der dæmper cellers evne til at dele sig eller, som det er med almindelige celler, apoptose.
Men kræftceller skal samtidig undgå immunsystemet ved at efterligne kroppens normale celler. Dette gør cellerne ved at danne proteiner på cellens overflade, og ved en konstant ændring af cellen, dvs. en form for kamuflage.

Hvis en kræftcelle skal vokse, må den også modtage næring. Dette får den gennem blodet. Kræftceller danner selv nye blodkar, kaldet agiogense, for at få nok næring.
Når kræftceller deler sig, sker det ved mitosedeling (hvor der dannes fire celler som er genetisk varierende, med det halve antal kromosomer). En kræftcelle kan blive ved med at dele sig, da den som sagt har dannet en symbiose med enzymet telomerase.

Ved spredning af kræftceller i kroppen, kaldet metastase, bevæger kræftceller sig gennem blodkarrene. Kræftceller river sig løs fra kræftsvulster, og når de via blodbanerne transporteres rundt i kroppen, sætter de sig fast nye steder i kroppen, indtager næring og danner en ny svulst.

Hvis radioaktiv stråling rammer kønscellerne, kan der opstå genetiske fejl i arvemassen.
Rammes kroppen udefra er beta og gamma farligst, i det de er altgennemtrængende. Alfa kan ikke trænge gennem det yderste hudlag, men kan gennemtrænge øjets hornhinde. Inde i kroppen er derimod de mest ioniserende da de ødelægger alle celler de rammer.

Radioaktiv forurening påvirker mennesker, specielt; strontium-90, jod-131 og cæsium-137. Planter optager jod og cæsium gennem deres læbeceller (stoma) på overfladen (kutikula) og strontium gennem rødderne, hvorved mennesker indtager planter og dyr, og derved radioaktive stoffer. Strontium ligner kemisk calcium og erstatter derfor calciumet i knoglerne, hvorved betastrålerne kan ramme knoglemarven. Cæsium ligner kemisk kalium, der findes i plante og dyrevæv, og erstatter kalium i kroppen, hvorved ioniserende stråler kan ramme overalt i kroppen. Jod optages af skjoldbruskirtlen, hvorved denne bestråles.

Radioaktivt affald er fx kulfyrede kraftværker der forurener luften med svovldioxid, SO2, kuldioxid, CO2 og nitrogenoxderne NO og NO2. Radioaktivt affald er reaktorers udbrændte brændselslevninger. Der går ca. 100 000 år inden affaldets strålingsniveau er normalt.

Man anvender radioaktiv stråling til bl.a. konservering af fødevarer med beta og gamma, således at alle mikroorganismer dræbes. Ved undersøgelse af knogleskader benyttestechnetium-99 som udsender gamma, hvilket indsprøjtes i knoglevævet, hvorved et gammakamera kan vise evt. knoglebrud. Ved tandpastapåfyldning i tuber benyttes beta og en GM, således at påfyldningen kan kontrolleres. Industrien benytter ioniserende stråler til at måle fx papirs tykkelse, og jo flere ioniserende stråler der passerer gennem papiret des tyndere er det, og omvendt.
 

 Tak :)

fede noter mand! de er rigtig gode