1
Chemia Jądrowa
JMSS - PX2512
1
Marek Sikorski
Chemia Jądrowa
Marek Sikorski
2
Terminy wyk
ładów
wtorek 8.00 – 9.30
prof. UAM dr hab.
Marek Sikorski
Termin konsultacji
czwartek 10.30 – 12.00
3
Pracownia Fotochemii Stosowanej
pok. 212
tel. 61 829 1309
e-mail.
Sikorski@amu.edu.pl
http://www.staff.amu.edu.pl/~photolab/
4
1912 — George de Hevesy
Twórca metody znakowania
promieniotwórczego.
Wykorzystał izotopy ołowiu aby
dowieść używania starej żywności
dowieść używania starej żywności
przez gospodynię domu w którym
wynajmował mieszkanie.
Otrzymał Nagrodę nobla z chemii w
1943 r.
Przedrostek
Symbol
Liczba
Mnożnik
tera
T
1,000,000,000,000 10
12
giga
G 1,000,000,000 10
9
mega
M 1,000,000
10
6
kilo
k 1,000
10
3
hekto h 100
10
2
d k
d
10
10
1
Tabela
6
deka
da 10 10
1
-----
----
1
10
0
decy
d
0.1
10
-1
centy
c 0.01
10
-2
mili
m 0.001
10
-3
mikro
μ
0.000 001
10
-6
nano n 0.000 000 001
10
-9
pico
p 0.000 000 000 001
10
-12
femto f 0.000 000 000 000 001
10
-15
2
7
8
9
10
Powierzchnia w przeliczeniu na moc (km
2
/
MW)
Źródło : J. Davidson (2000)
El. jądrowa
0.001/0.01
Biomasa
5 2
El.
Węglowa
0.01/0.04
Elektrownia o mocy
1000 MW działająca
ze sprawnością 100 %
11
Wind
0.79
PV
0.12
Solar
Thermal
0.08
Hydro
0.07-0.37
5.2
Geotermaln
0.003
p
ą
(8766 GWh/rok)
Emisja CO
2
(kg CO
2
/ kWh)
atu
ral
Gas
1
1.2
1.4
k
g CO
2
/kWh)
1.04
* Source: J. Davidson (2000)
12
Hy
d
ro
Ge
oth
erm
al
Coal
N
So
la
r-
PV
Nuclear
W
ind
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Em
isj
a
(k
0.004
0.025
0.06
0.025
0.38
0.47
0.022
0.1
0.79
0.58
3
Top 10 Nuclear Countries
(1999)
727.9
375
306.9
400
500
600
700
800
low
a
tt
-h
o
u
rs
U.S. nuclear electricity generation is:
X
as large as France and Japan (#2
and #3) combined; and
X
larger than the other 7 nations in
the top 10 combined
13
306.9
160.4
110.9
97.8
91.2
70.4
70.1
67.4
0
100
200
300
US
France
Japan
Germany
Russia
Korea RP
UK
Canada
Sweden
Ukraine
billion ki
l
Source
: IAEA
Ropa
naftowa
Gaz
ziemny
W
ęgiel
Energia
j
ądrowa
Energia
wodna
Świat
Kraje OECD
Unia Europejska (25)
Polska
36,8
40,9
40,4
23,2
23,7
23,0
24,4
13,0
27,2
21,2
17,9
62,9
6,1
9,6
13,0
-
6,2
5,3
4,3
0,9
SKĄD CZERPIĄ ENERGIĘ POSZCZEGÓLNE KRAJE?
•
Kraje bazuj
ące na odnawialnej energii wodnej:
Norwegia
(63,3%), Islandia (61,5), Brazylia (38,6) i dalej Peru, Kolumbia,
Nowa Zelandia, Szwajcaria, Szwecja i Kanada (wszystkie co
14
najmniej 25%). Te dziewi
ęć krajów to niewątpliwie liderzy świa-
towej energetyki, ale ich pozycja wynika wy
łącznie z korzyst-
nych warunków geograficznych.
•
Kraje z rozwini
ętą energetyką jądrową:
Francja (38,6%), Litwa
(37,8), Szwecja (35,7) i dalej Szwajcaria (21,1), S
łowacja, Bułga-
ria, Finlandia, Belgia, Ukraina, Korea Po
łudniowa, Czechy, Ja-
ponia, Niemcy i W
ęgry (wszystkie ponad 10%). Przynależność
do tej grupy 14 pa
ństw wynika wyłącznie z decyzji władz danego
kraju (jedynie Litwa mog
ła dostać się do tej grupy przypadko-
wo). Jak wida
ć, Francja i Szwecja zbudowały całkowicie nową
energetyk
ę na miarę XXI wieku, a inne kraje idą ich śladem.
•
Kraje bazuj
ące na gazie ziemnym:
19 pa
ństw ma udział ga-
zu ziemnego wynosz
ący ponad 40%, w tym Argentyna,
Bia
łoruś, Holandia, Rosja, Rumunia, Ukraina i Węgry, a
tak
że Bangladesz, Pakistan i Malezja. I ta duża grupa to
budowniczowie nowej energetyki, nale
żą do niej zarówno
kraje z bogatymi z
łożami węglowodorów, jak i państwa ze
świadomą polityką gazyfikacji bez własnych zasobów (jak
np. W
ęgry).
•
Kraje bazuj
ące na ropie naftowej:
15 pa
ństw ma udział ro-
py naftowej wynosz
ący ponad 50%, w tym m. in. Belgia,
Grecja, Irlandia, Hiszpania i Portugalia. W grupie tej jest
wiele krajów rozwini
ętych, które już w połowie XX wieku
j
ę y
j
p
podj
ęły decyzję o zastąpieniu węgla paliwami ropopo-
chodnymi.
•
Kraje o zrównowa
żonym bilansie paliwowym,
podobnym
do bilansu
światowego: Austria, Czechy, Dania, Niemcy,
S
łowacja, Turcja, Wielka Brytania, Włochy, USA, Australia,
Japonia, Korea P
łd. i inne. Są to z reguły kraje o dużym zu-
życiu i imporcie energii, rozwijające równomiernie wszyst-
kie
źródła energii, w tym te nowoczesne – gazownictwo,
energetyk
ę jądrową i odnawialną.
15
Gaz ziemny
W
ęgiel
Energia nuklearna
Energia wodna
60%
80%
100%
USA 1965-2004
16
Ropa naftowa
0%
20%
40%
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
W
ęgiel w licznych krajach europejskich (Austria,
Belgia, Bia
łoruś, Dania, Francja, Irlandia, Litwa,
Norwegia i Szwajcaria) zajmuje ostatni
ą pozycję
jako
źródło energii.
Energia wodna
80%
100%
POLSKA
17
Ropa naftowa
Gaz ziemny
W
ęgiel
0%
20%
40%
60%
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
Gaz ziemny
W
ęgiel
Energia nuklearna
Energia wodna
60%
80%
100%
Ropa naftowa
0%
20%
40%
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
FRANCJA
18
4
PODSUMOWANIE
Ropa naftowa
Gaz ziemny
W
ęgiel
Energia wodna
0%
20%
40%
60%
80%
100%
POLSKA
Ropa naftowa
Gaz ziemny
W
ęgiel
Energia j
ądrowa
0%
20%
40%
60%
80%
100%
W
ĘGRY
19
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
Ropa naftowa
Gaz ziemny
W
ęgiel
Energia j
ądrowa
Energia wodna
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
NIEMCY
Ropa naftowa
Gaz ziemny
W
ęgiel
Energia nuklearna
Energia wodna
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
FRANCJA
ENERGIA JĄDROWA
• W końcu 2004 r. na świecie pracowało 440 energetycznych
reaktorów jądrowych, dających około 16% energii elektrycznej
świata
• W Ameryce Północnej pracowało 121 reaktorów (USA - 104,
Kanada - 17)
• Na Dalekim Wschodzie pracują 104 bloki (Japonia - 54 reaktory,
Korea Płd. - 19)
20
)
• Europa Zachodnia - 137 reaktorów, Unia Europejska - 156
(Francja - 59 reaktorów)
• Europa Środkowa i Wschodnia - 69 reaktorów (Rosja - 31,
Ukraina - 15, Słowacja - 6, Czechy - 6, Węgry - 4, Bułgaria - 4)
W promieniu 300 km wokół Polski znajduje się kilkadziesiąt
pracujących energetycznych reaktorów jądrowych!!!
Worldwide Nuclear Power Plants
21
Chemia Jądrowa
Rutherford – odkrycie j
ądra atomowego
Poj
ęcie “proton” – 1920
Poj
ęcie “neutron” - 1921
Odkrycie neutronu to jednak Chadwick - 1932
Ernest Rutherford
1871-1937
JMSS - PX2512
22
m
e
= 9.1 x 10
-31
kg
m
N
= 1.6749 x 10
-27
kg
m
P
= 1.6726 x 10
-27
kg
James Chadwick
1891-1974
J
ądro atomowe
Marek Sikorski
Izotopy, Izotony, Izobary,
Izomery
Charakterystyka:
N
X
A
Z
Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)
A liczba masowa = liczba neutronów + protonów
X
A
Z
X
A
JMSS - PX2512
23
Liczba neutronów = A-Z
Liczba protonów = Z
Izotopy – ta sama liczba atomowa, ró
żna liczba masowa
Izotony – ta sama liczba neutronów, ró
żna liczba protonów
Izobary – ta sama masa, ró
żna liczba protonów i neutronów
Izomery – j
ądra atomowe w stanie wabudzonym, (z tau>1 ns)
Marek Sikorski
Izotopy, Izotony, Izobary, Izomery
X
A
Z
Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)
A liczba masowa = liczba neutronów + protonów
m
C
60
JMSS - PX2512
24
Liczba neutronów = A-Z
Liczba protonów = Z
C
14
N
14
Marek Sikorski
C
12
N
13
5
Izotopy, Izotony, Izobary, Izomery
m
C
60
C
14
N
14
C
12
N
13
Izomer
Izotopy C
Izotopy N
JMSS - PX2512
25
Marek Sikorski
C
14
N
14
C
12
N
13
Izobary (A=14)
Izotony (N=6)
X
A
Z
Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)
A liczba masowa = liczba neutronów + protonów
Liczba neutronów = A-Z
Liczba protonów = Z