Levensteken van superzware kernen

Element 115
tekstfragment 1
Levensteken van superzware kernen
Russische en Amerikaanse onderzoekers denken het bestaan aangetoond
te hebben van twee nog onbekende superzware kunstmatige elementen
met de atoomnummers 113 en 115. Met een cyclotron in het Russische
kernfysicacentrum JINR schoten Joeri Oganessian en zijn collega’s kernen
van calcium met massagetal 48 op americium (Am) met massagetal 243.
Tijdens een maand intensief kernen schieten deden ze welgeteld drie keer
een waarneming die wees op het ontstaan van kernen van het (nieuwe)
element 115 met 173 neutronen in de kern. De gevormde kernen vielen al
na enkele tientallen microseconden uit elkaar onder uitzending van een
alfadeeltje (heliumkern). Daarbij ontstond steeds een kern van een ander
nieuw element: element 113. Element 113 bleef maar liefst 1,2 seconde
stabiel alvorens verder te vervallen.
naar: de Volkskrant
a.
Leid af dat een kern van het gebruikte calcium en een kern van het
gebruikte americium samen 115 protonen bevatten.
Uit tekstfragment 1 kan worden afgeleid dat bij de beschreven vorming
van kernen van het element 115 geen protonen maar wel neutronen
vrijkomen.
b.
Leid af hoeveel neutronen vrijkomen bij de beschreven vorming van
één atoomkern van element 115.
c.
Geef de lading van een alfadeeltje (heliumkern).
Rood licht
Sommige deeltjes gaan licht uitzenden als ze met elektronen botsen. Daarvan
wordt gebruik gemaakt bij de zogenoemde neonverlichting. De lampen die
daarbij gebruikt worden, bestaan uit een glazen buis waarbij aan elk van de
uiteinden een elektrode is aangebracht (zie figuur 1). De buis is gevuld met
neon of argon of krypton. De elektroden worden onder spanning gezet.
Daardoor ontstaat een stroom van elektronen tussen de elektroden. In figuur 1
zijn de elektronen weergegeven met . Wanneer de elektronen botsen met
neonatomen in de lampvulling wordt rood licht uitgezonden.
Neon staat, evenals argon en krypton, in groep 18 van het periodiek systeem.
a.
Wat is de verzamelnaam van de elementen in groep 18 van het periodiek
systeem?
b.
Is elektrode A in figuur 1 de positieve of de negatieve elektrode?
Geef een verklaring voor je antwoord.
In de beeldbuis van een kleurentelevisie wordt ook gebruik gemaakt van
stoffen die gekleurd licht uitzenden bij botsing met elektronen. Voor het
verkrijgen van rood licht wordt een mengsel van europium(III)oxide en
yttriumvanadaat (YVO4) gebruikt.
c.
Geef de formule van europium(III)oxide.
Yttriumvanadaat is onder andere opgebouwd uit Y3+ ionen.
d.
Hoeveel protonen en hoeveel elektronen bevat een ion Y3+ ?
Noteer je antwoord als volgt:
aantal protonen: …
aantal elektronen: …
Jood-129
Laser zet radioactief afval om
1
2
3
4
5
6
7
Onderzoekers van het Rutherford Appleton Laboratory (Engeland) zijn erin
geslaagd om met een grote laser ongeveer een miljoen atomen van jood-129 om te
zetten in jood-128. Jood-129 is een van de radioactieve atoomsoorten die ontstaan
bij het verbranden van uranium in een kernreactor.
Het voordeel van de omzetting van jood-129 in jood-128 is de veel kortere
halveringstijd van jood-128: al na 25 minuten heeft de helft van de jood-128 atomen
z’n radioactiviteit verloren, terwijl dit bij jood-129 maar liefst 15,7 miljoen jaar duurt.
naar: Technisch Weekblad
a.
Hoeveel protonen en hoeveel elektronen bevat een atoom jood-129?
Noteer je antwoord als volgt:
aantal protonen: …
aantal elektronen: …
De onderzoekers zijn erin geslaagd om met een laser één soort deeltjes
uit jood-129 atomen te verwijderen.
b.
Leg uit welk soort deeltjes werd verwijderd.
Volgens de regels 3 en 4 ontstaat jood-129 bij het „verbranden van uranium”.
c.
Leg uit dat jood-129 geen verbrandingsproduct van uranium kan zijn.
Superzwaar
In 1999 meldden onderzoekers uit Berkeley de ontdekking van de elementen 116
en 118. Hieronder is een tekst uit een krant over dit onderwerp opgenomen.
tekst 1
Superzware elementen 116 en 118 gemaakt in Berkeley
In het Californische Lawrence Livermore National Laboratory in Berkeley
zijn de superzware elementen 116 en 118 ontdekt. Ze werden gemaakt
door een plaat lood (Pb-208) te beschieten met een bundel kryptonkernen
(Kr-86). Het resultaat was dat na fusie van beide middelzware kernen en
het wegvliegen van een neutron, element 118 ontstond. Binnen een
milliseconde viel het uiteen in element 116 en een alfa-deeltje (een alfadeeltje bestaat uit twee protonen en twee neutronen).
naar: NRC Handelsblad
a.
Bereken het aantal neutronen in de kern van een atoom Kr-86.
Met de gegevens uit tekst 1 is het mogelijk het massagetal van de
ontstane kern van een atoom van element 118 te berekenen.
b.
Bereken het massagetal van de ontstane kern van een atoom van element 118.
c.
Welke lading heeft een alfa-deeltje?
Element 118 staat nog niet in het Periodiek Systeem van Binas-tabel
104. Toch is het mogelijk dit element in deze tabel in te passen.
d.
Geef het nummer van de groep in het Periodiek Systeem waartoe
element 118 behoort.
In 2001 verscheen in het blad Physical Review Letters een bericht van
dezelfde onderzoekers uit Berkeley.
tekst 2
In 1999 hebben we de synthese gemeld van element 118 met een loodkrypton reactie. Bij vervolgexperimenten bleek het niet mogelijk de synthese
van element 118 te herhalen. Daarom hebben wij, samen met
onafhankelijke experts, de oorspronkelijke waarnemingen van onze
experimenten van 1999 opnieuw geanalyseerd. Op basis van deze nieuwe
analyse trekken we onze claim op de synthese van element 118 in.
naar: Physical Review Letters
De onderzoekers geven toe dat ze een fout hebben gemaakt. We kunnen
vier mogelijke fouten onderscheiden:
• onjuiste onderzoeksvraag;
• onjuiste uitvoering van het experiment;
• onjuiste waarnemingen bij het experiment;
• onjuiste conclusie getrokken uit de waarnemingen.
e.
Leg aan de hand van tekst 2 uit, welke van deze vier fouten door de
onderzoekers wordt toegegeven.
Rood kwik
tekstfragment 1
Er verschenen de afgelopen jaren
met enige regelmaat artikelen over
’rood kwik’ in de pers, zonder dat
bewijzen boven tafel kwamen over
het bestaan ervan, of over de
vermeende chemische
eigenschappen.
Rood kwik is een chemische
verbinding met de formule
Hg2Sb2O7. Er zou een kleine
kernfusiebom mee gemaakt
kunnen worden, een soort
atoombom in broekzakformaat,
luidt een van de claims.
Dr. D. IJdo, werkzaam aan de
Rijksuniversiteit Leiden, lacht
meewarig om de vermeende
eigenschappen. Vanwege de
hardnekkige berichtgeving heeft hij
het maar eens door een van zijn
studenten laten maken.
De bereiding is eenvoudig: eerst
zuiver kwikoxide (HgO) en
antimoonoxide (Sb2O3) in de juiste
hoeveelheden mengen; daarna het
mengsel verhitten in een atmosfeer
met alleen zuurstof en klaar is Kees.
Na twee dagen is er zuiver Hg2Sb2O7
gevormd.
„We hebben een grammetje
gemaakt”, zegt IJdo laconiek.
naar: de Volkskrant
Rood kwik kan worden opgevat als een zout dat bestaat uit drie
ionsoorten: O2– ionen, Hg2+ ionen en antimoonionen.
a.
Leid uit de formule van rood kwik de lading van deze
antimoonionen af.
Het is echter waarschijnlijker dat rood kwik bestaat uit Hg2+ ionen
en samengestelde ionen met de formule Sb2O74–.
b.
Hoeveel protonen en hoeveel elektronen bevat een ion Sb2O74–?
Noteer je antwoord als volgt:
aantal protonen: ...
aantal elektronen: ...
c.
Geef de reactievergelijking voor de vorming van rood kwik volgens
de beschreven bereidingswijze.
Nieuw element
Onderzoekers in Rusland en Duitsland hebben zich beziggehouden met
het vervaardigen van nieuwe elementen. Ze maakten hierbij gebruik van
de techniek die is beschreven in onderstaand tekstfragment.
tekstfragment 1
Een doelwit van lood wordt gebombardeerd met atomen van bijvoorbeeld nikkel,
ijzer en titaan. Deze atomen zijn eerst ontdaan van een aantal elektronen. Ze
hebben daardoor elektrische lading waardoor zorgvuldig afgestelde elektrische
velden voor een versnelling kunnen zorgen. Bij een bepaalde snelheid kan een
botsing een heel enkele keer leiden tot kernfusie. Hierbij smelten de kernen samen
tot de kern van een nieuw element. Bij zo’n succesvolle botsing wordt tegelijkertijd
een neutron uitgezonden.
naar: Natuur en Techniek
a.
Zijn de nikkeldeeltjes die gebruikt worden voor het bombarderen van
het lood negatief of positief geladen? Verklaar je antwoord. Gebruik in
je antwoord een gegeven uit bovenstaand tekstfragment.
Bij het samensmelten van de kern van een loodatoom met massagetal
208 (Pb-208) en de kern van een nikkelatoom met massagetal 62 (Ni-62)
wordt onder andere een nieuwe kern gevormd van een atoom X. Dit
proces is weergegeven in figuur 1:
figuur 1
b.
Wat is het aantal protonen, het aantal neutronen en het atoomnummer
van een atoom X? Noteer je antwoord als volgt:
aantal protonen:
aantal neutronen:
atoomnummer:
Het goud der dwazen
Pyriet is een bekend ijzerhoudend erts. Het bestaat grotendeels uit
FeS2, dat in water slecht oplosbaar is. In FeS2 komen ionen S22- voor.
a.
Geef het aantal protonen en het aantal elektronen in een S22- ion.
Noteer je antwoord als volgt:
aantal protonen : ……
aantal elektronen: ……
Omdat pyriet uiterlijk veel op goud lijkt, wordt het wel „het goud der
dwazen” genoemd. Mireille heeft een goud-geel glanzende stof en zij
wil weten of het goud is, dan wel pyriet.
b.
Hoe kan Mireille op eenvoudige wijze in het practicumlokaal op school
nagaan of zij te maken heeft met pyriet of met goud? Noem in je
antwoord een methode die zij kan gebruiken en leg uit waarom die
methode geschikt is.