N u c l e a r C h e m i s t r yN u c l e a r C h e m i s t r y

C y c l o t r o n : a p a r t i c l e a c c e l e r a t o r

C y c l o t r o n : u n d e r g r o u n d t u n n e l

N u c l e a r R e a c t o rN u c l e a r R e a c t o r

T r a n s m u t a t i o nT r a n s m u t a t i o n

A c h a n g e i n t h e n u m b e r o f p r o t o n s i n t h e n u c l e u s p r o d u c i n g a n a t o m w i t h a d i f f e r e n t a t o m i c n u m b e r .

A c h a n g e i n t h e n u m b e r o f p r o t o n s i n t h e n u c l e u s p r o d u c i n g a n a t o m w i t h a d i f f e r e n t a t o m i c n u m b e r .

T r a n s m u t a t i o nT r a n s m u t a t i o n

T h e f i r s t w a s p e r f o r m e d b y L o r d R u t h e r f o r d i n 1 9 1 1 . N i t r o g e n - 1 4 w a s b o m b a r d e d w i t h a l p h a p a r t i c l e s p r o d u c i n g O x y g e n - 17 a n d p r o t o n s .

T h e f i r s t w a s p e r f o r m e d b y L o r d R u t h e r f o r d i n 1 9 1 1 . N i t r o g e n - 1 4 w a s b o m b a r d e d w i t h a l p h a p a r t i c l e s p r o d u c i n g O x y g e n - 17 a n d p r o t o n s .

continued

T r a n s m u t a t i o nT r a n s m u t a t i o n

T h e n u c l e a r e q u a t i o n f o r t h i s r e a c t i o n l o o k s l i k e t h i s : T h e n u c l e a r e q u a t i o n f o r t h i s r e a c t i o n l o o k s l i k e t h i s :

N + He O + H14 7

42

17 8

11

F i s s i o n F i s s i o n

A n u c l e a r r e a c t i o n i n w h i c h a v e r y h e a v y n u c l e u s i s s p l i t i n t o t w o a p p r o x i m a t e l y e q u a l f r a g m e n t s .

A n u c l e a r r e a c t i o n i n w h i c h a v e r y h e a v y n u c l e u s i s s p l i t i n t o t w o a p p r o x i m a t e l y e q u a l f r a g m e n t s .

F u s i o nF u s i o n

A n u c l e a r r e a c t i o n i n w h i c h t w o o r m o r e s m a l l n u c l e i a r e f o r c e d t o g e t h e r t o f o r m o n e l a r g e r n u c l e u s .

A n u c l e a r r e a c t i o n i n w h i c h t w o o r m o r e s m a l l n u c l e i a r e f o r c e d t o g e t h e r t o f o r m o n e l a r g e r n u c l e u s .

N u c l e a r s y m b o l sN u c l e a r s y m b o l s

A t o m i c M a s sA t o m i c M a s s

A t o m i c N u m b e rA t o m i c N u m b e r

2 3 82 3 8

9 29 2 UUT h e e l e m e n t i s r e p r e s e n t e db y i t s c h e m i c a l s y m b o l

T h e e l e m e n t i s r e p r e s e n t e db y i t s c h e m i c a l s y m b o l

N u c l e a r P a r t i c l e sN u c l e a r P a r t i c l e s

a l p h a

b e t a - m i n u s

b e t a - p l u s

n e u t r o n

a l p h a

b e t a - m i n u s

b e t a - p l u s

n e u t r o n

4242

0-1 0-1

0+1 0+1

1010

H eH e

ee

ee

nn

continued

N u c l e a r P a r t i c l e sN u c l e a r P a r t i c l e s

K - c a p t u r e

• A n a t o m i c n u c l e u s c a p t u r e s a n e l e c t r o n f r o m i t s o w n i n n e r m o s t e n e r g y l e v e l .

• T h e a t o m i c n u m b e r i s d e c r e a s e d b y o n e a n d t h e m a s s n u m b e r r e m a i n s t h e s a m e .

K - c a p t u r e

• A n a t o m i c n u c l e u s c a p t u r e s a n e l e c t r o n f r o m i t s o w n i n n e r m o s t e n e r g y l e v e l .

• T h e a t o m i c n u m b e r i s d e c r e a s e d b y o n e a n d t h e m a s s n u m b e r r e m a i n s t h e s a m e .

continued

N u c l e a r P a r t i c l e sN u c l e a r P a r t i c l e s

K - c a p t u r e

I n a n e q u a t i o n , i t l o o k s l i k e t h i s :

K - c a p t u r e

I n a n e q u a t i o n , i t l o o k s l i k e t h i s :

100 44 100 44

100 43100 43Ru +Ru + ee 0

-1 Tc

N u c l e a r E q u a t i o n s

N u c l e a r E q u a t i o n s

N u c l e a r e q u a t i o n s c a n b e b a l a n c e d j u s t l i k e r e g u l a r c h e m i c a l e q u a t i o n s .

N u c l e a r e q u a t i o n s c a n b e b a l a n c e d j u s t l i k e r e g u l a r c h e m i c a l e q u a t i o n s .

N u c l e a r E q u a t i o n s

N u c l e a r E q u a t i o n s

• T o b a l a n c e n u c l e a r e q u a t i o n s , f o l l o w t h e s e t w o r u l e s :

– M a s s n u m b e r i s c o n s e r v e d

– E l e c t r i c c h a r g e i s c o n s e r v e d

• T o b a l a n c e n u c l e a r e q u a t i o n s , f o l l o w t h e s e t w o r u l e s :

– M a s s n u m b e r i s c o n s e r v e d

– E l e c t r i c c h a r g e i s c o n s e r v e d

R u l e O n eR u l e O n e

• M a s s n u m b e r i s c o n s e r v e d :– T h e s u m o f t h e m a s s

n u m b e r s b e f o r e t h e c h a n g e m u s t e q u a l t h e s u m o f t h e m a s s n u m b e r s a f t e r t h e c h a n g e .

• M a s s n u m b e r i s c o n s e r v e d :– T h e s u m o f t h e m a s s

n u m b e r s b e f o r e t h e c h a n g e m u s t e q u a l t h e s u m o f t h e m a s s n u m b e r s a f t e r t h e c h a n g e .

R u l e T w oR u l e T w o

• C h a r g e i s c o n s e r v e d :– T h e t o t a l e l e c t r i c

c h a r g e o n s u b a t o m i c p a r t i c l e s a n d n u c l e i b e f o r e a n d a f t e r t h e c h a n g e m u s t b e e q u a l .

• C h a r g e i s c o n s e r v e d :– T h e t o t a l e l e c t r i c

c h a r g e o n s u b a t o m i c p a r t i c l e s a n d n u c l e i b e f o r e a n d a f t e r t h e c h a n g e m u s t b e e q u a l .

C o m p l e t e a n d B a l a n c e

L i + H11

73

H e42

H + H n +31

21

10

C N +14 6

14 7

B a l a n c e d E q u a t i o n s

L i + H11

73

H e42

H + H n +31

21

10

C N +14 6

14 7

2

42 H e

e0-1

C o m p l e t e a n d B a l a n c e

• L e a d - 2 1 4 d e c a y s b y b e t a e m i s s i o n

• B i s m u t h - 2 1 4 d e c a y s b y b e t a e m i s s i o n

• P o l o n i u m - 2 1 4 d e c a y s b y a l p h a e m i s s i o n

C o m p l e t e d E q u a t i o n s

Pb214 82

B i214 83

B i e +214 83

0-1

P o H e +214 84

42

214 84 P o

P b21082

0-1 e +

E n dN u c l e a r C h e m

E n dN u c l e a r C h e m