Dimitri Ivanovich Mendeleev, (8 februarie 1834 2 februarie 1907)

Dimitri Ivanovich

Mendeleev, celebru

chimist rus, recunoscut

a fi unul din cei doi

chimiti ce au creat

independent unul de

altul prima varianta a

tabelului periodic al

elementelor. Pe de o

parte, tabloul lui

Mendeleev era o

reprezentare mai

complet a relaiei

complexe dintre

elementele chimice, i,

pe de alt parte, cu

ajutorul acelui tabel,

Mendeleev a fost

capabil s prezic att

existena altor

elemente, nici mcar

bnuite a exista pe

vremea sa, precum i a

proprietilor generale

ale acestor elemente.

Aproape toate

previziunile sale au fost

confirmate de

descoperirile ulterioare

din fizic i chimie.

Julius Lothar Meyer (19 august 1830 11 aprilie 1895)

Julius Lothar Meyer, chimist german

contemporan cu D.I. Mendeleev s-a

nscut n oraul Varel, la acea vreme

aparinnd ducatului Oldenbourg,

actualmente parte a Germaniei. A

realizat independent primul tabel

periodic al elementelor chimice.

numrul atomic Z

numrul de protoni sau de electroni care intr n constituia atomului respectiv

masa atomic, notat convenional cu A

se exprim n uniti de mas atomic unificat (u) sau dalton (Da)

1u = 1/NA g = 1/(1000 NA) Kg (unde NA reprezint numrul lui Avogadro)

1u = 1,66053886(28) x 10-24 g = 1,66053886(28) x 10-27 Kg

1u = 931,494028(23) MeV/c2

Numrul lui Avogadro

reprezint numrul de entiti

elementare (atomi sau

molecule) existente ntr-un

mol (numrul de atomi

existeni n exact 12 grame al

izotopului de carbon 12)

mas atomic mas atomic relativ

1.1. Particule i cuante elementare

Michael Faraday (22 septembrie 1791 25 august 1867)

M. Faraday, om de tiin britanic cu contribuii

importante n domeniile electromagnetismului i

a electrochimiei. Principalele sale descoperiri

sunt legate de inducia electromagnetic,

diamagnetism i electroliz.

Tub de tip Crookes

A: Surs de joas tensiune pentru nclzirea catodului C. B: Surs de nalt tensiune pentru a stimula anodul P. M: Masc metalic conectat la potenialul catodului, imaginea ei putnd fi observat pe suprafaa luminiscent a fosforului ca o umbr ntunecat.

Sir Joseph John Thomson (18 decembrie 1856 30 august 1940)

Sir Joseph John Thomson, fizician

britanic creditat pentru descoperirea

electronului i a izotopilor. De asemenea

a definitivat dispozitivul cunoscut sub

numele de spectrometru de mas. n

1906 i s-a decernat premiul Nobel pentru

fizic ca recunoatere a activitii sale

tiinifice n propagarea electricitii n

gaze i descoperirea electronului.

Ernest Rutherford (30 august 1871 19 Octombrie 1937)

Ernest Rutherford, chimist i fizician

neozeelandez, considerat printele

fizicii nucleare. Prin lucrrile sale el a

descoperit conceptul de njumtire a

perioadei de via a elementelor

radioactive i de asemenea, a pus n

eviden radiaia de tip alfa i beta.

Pentru toate aceste contribuii tiinifice,

el a fost recompensat cu premiul Nobel

pentru chimie n 1908.

Karl Ernst Ludwig Max Planck (23 aprilie 1858 4 octombrie 1947)

Karl Ernst Ludwig Max

Planck, fizician german,

considerat fondatorul teoriei

cuantice i unul din cei mai

importani fizicieni ai

secolului al XX-lea, laureat

al Premiului Nobel pentru

fizic n anul 1918.

Albert Einstein (14 martie 1879 18 aprilie 1955)

Albert Einstein, fizician german,

cunoscut pentru elaborarea teoriei

relativitii i n special pentru ecuaia de

echivalen ntre mas i energie

(E=mc2). n 1921 a primit premiul Nobel

pentru fizic, pentru activitatea sa n

domeniul fizicii teoretice i n special

pentru descoperirea legilor care stau la

baza efectului fotoelectric. A adus

numeroase contribuii n cosmologia

relativist, n probleme clasice de

statistic mecanic ct i aplicativitatea

lor n teoria cuantic, n explicarea

micrii Browniane a moleculelor, n

probabiliti ale tranziiei atomice, n

sprijinul conceperii unei teorii unificate a

cmpului.

Sir James Chadwick (20 octombrie 1891 24 iulie 1974)

James Chadwick, fizician

englez, laureat al

premiului Nobel pentru

fizic n 1935 pentru

descoperirea neutornului.

Murray Gell-Man (15 septembrie 1929 )

Murray Gell-Man, fizician

american laureat al premiului

Nobel pentru fizic acordat n

1969 pentru activitatea sa

tiinific privind teoria

particulelor elementare n

general i a modelului quarc

n special.

Peter Ware Higgs (29 mai 1929 )

Conseil Europen pour la Recherche Nuclaire

Organisation Europenne pour la Recherche Nuclaire

Principalele obiective urmrite prin experimentele efectuate la CERN

Punerea n eviden a bosonului Higgs (4 iulie 2012)

Incertitudini n comportamentul Modelului Standard la energii foarte nalte

Existena unor particule care s explice natura materiei ntunecate

Explicaii n ceea ce privete dezechilibrul ntre materia i antimateria existent n univers

Compact Muon Solenoid

A Toroidal LHC ApparatuS

Large Hadron Collider beauty

A Large Ion Collider Experiment

nregistrarea unui eveniment care ar putea demonstra existena bosonului Higgs

CMS

ATLAS

LHCb

ALICE

- Cablul folosit pentru construirea LHC-ului ar putea s nconjoare Ecuatorul de 6,8 ori. Dac toate cablurile ar

fi unite ar putea ajunge pe soare si inapoi de 5 ori si tot ar rmne suficient cablu pentru cteva drumuri pe

lun.

- Una dintre componentele LHC-ului ar putea fi cel mai mare frigider din lume. Ar putea sa nmagazineze

150.000 de frigidere pline cu crnai la o temperatur mai sczut dect cea din spaiu.

- Vidul creat n interiorul LHC-ului este comparabil cu cel din spaiu. Daca am compara LHC-ul cu un cauciuc

care are o pan, i-ar lua 10.000 de ani pentru a se desumfla complet.

- In petera ATLAS ar putea s intre lejer catedrala Notre Dame. Doar nava principal a edificiului din Paris are

proporii impozante, 130m lungime i 35m nlime.

- Cnd a fost spat tunelul de 27 de km de la CERN, cele dou capete s-au unit cu o eroare de un centimetru.

- Acest experiment este probabil cel mai complex pn la ora actual. Informaiile rezultate din acest

experiment vor s schimbe cunotinele pe care le avem despre univers

- CERN este cel mai mare laborator tiinific din lume. Pentru experimentele desfaurate la CERN, s-au

ctigat deja dou premii Nobel pentru Fizic. Din anul 1962 pn azi, 38 de efi de stat au vizitat CERN.

- La 1 octombrie 2003, CERN i Institutul de Tehnologie din California au stabilit un record absolut n transferul

de date pe internet. Au transferat 1,1 terabytes de date n mai puin de 30 de minute printr-o reea de 7000 de

km. Este ca i cum ai transfera un film DVD n 7 secunde.

- Acceleratoarele de particule au i aplicaii n viaa de zi cu zi. Ele sunt folosite inclusiv la uscarea vopselei de

pe cutiile de suc.

- In 2003, 6,1 % din traficul aerian de pe aeroportul din Geneva a fost produs de CERN, n total 54 868 de

pasageri.

Nucleul izotopului de Deuteriu

Cele 18 particule fundamentale sunt clasificate, n funcie de spin, n dou categorii. - particule fundamentale cu spin njumtit (1/2, 3/2, 5/2, ) numite fermioni. - particule fundamentale cu spin ntreg (0, 1, 2, ) numite bosoni.

Fermioni (particule fundamentale cu spin njumtit)

(sarcina electric elementar / simbol / nume / antiparticula / masa (Kg)

Quarcuri Generaie Leptoni

+ 2/3

u up

~9 x 10 - 30

- 1/3

d down

~1 x 10 - 29

Prima

- 1

e electron

9.1 x 10 - 31

0

n e

e-neutrino

< 2 x 10 - 35

+ 2/3

c

charm

~3 x 10 - 27

- 1/3

s

strange

~3 x 10 - 28

A doua

- 1

m muon

1.9 x 10 - 28

0

n m -neutrino

< 4 x 10 - 31

+ 2/3

t

top

~3 x 10 - 25

- 1/3

b

bottom

~8 x 10 - 27

A treia

- 1

t tauon

3.2 x 10 - 27

0

n t

-neutrino

< 6 x 10 - 29

Sarcina electric elementar, 1e = 1,602176487(40) x 10-9 C

(up antiquark)

(charm antiquark)

(top antiquark)

(strange antiquark)

(bottom antiquark)

(down antiquark) (pozitron) (e-antineutrino)

(antitauon)

(antimuon) (-antineutrino)

(-antineutrino)

Nume Simbol Anti-

particula

Sarcina

(e) Spin

Masa

(GeV/c2)

Fora

(interaciunea)

mediat

Existena

Gluon g - 0 1 0 Puternic

(fundamental) Confirmat

Photon - 0 1 0 Electromagnetic

(fundamental) Confirmat

W

boson W- W+ 1/+1 1 80,4

Slab

(fundamental) Confirmat

Z

boson Z - 0 1 91,2

Slab

(fundamental) Confirmat

Higgs

boson H0 - 0 0 125 Cmpul Higgs

Recent

Confirmat

Graviton G - 0 2 0 Gravitaional

(fundamental) Neconfirmat

Bosonii, particule fundamentale cu spin ntreg (0, 1, 2, )

1V=1J/1C 1eV=1,60217653(14) x 10-19J 1 GeV/c2 este echivalent cu 1,79 x 10-27 kg

Reprezentare schematic a interaciunilor dintre particulele elementare descrise de ctre Modelul Standard

Graviton

?

Particulele compozite, sunt clasificate, n funcie de spin, n dou categorii: - particule compozite cu spin ntreg (0, 1, 2, ) numite mezoni. - particule compozite cu spin njumtit (1/2, 3/2, 5/2, ) numite baryoni.

p + n p + p + -

- m- + nm (2,6 x 10-8 s)

Me zoni (exemple)

Nume Simbol Mas (MeV/c ) 2 Sarcin Durat de via (s) Spin

Pion p + 139.6 +1 2.6 x 10 - 8 0

Pion p 0 135.0 0 8.4 x 10 - 17

0

Pion p - 139.6 - 1 2.6 x 10 - 8 0

0

Kaon K + 493.8 +1 1.2 x 10 - 8 0

K - 493.8 1.2 x 10

Kaon K 0 497.88 0 0.9 x 10 - 10

0

Kaon -1 -8

Upsilon U 9460.0 0 1.3 x 10 - 20 1

Mezonii sunt particule compozite, n componena crora intr un quark i un antiquark

Barionii, sunt particule compozite cu spin njumtit care au n componen trei quarci.

Hadroni = termen generic ce reunete barionii i mezonii

p e+ + 0 0 2

n fizica particulelor dezintegrarea protonului este un proces de dezintegrare radioactiv ipotetic !

Barioni (exemple)

N u me S i mbol Mas (MeV/c ) 2 Sarcin Durat de via (s) Spin

Proton p 938.3 +1 stabil 1/2

Neutron n 939.6 0 887 1/2

Sigma S + 1189 +1 0.8 x 10 -10

1/2

Xi X 0 1315 0 2.9 x 10 -10 1/2

Delta 0 1232 0 5.6 x 10 -24 3/2

Omega W - 1672 - 1 8.2 x 10 -11 3/2

Lambda L 0 5624 0 1.2 x 10 -12 1/2

1.2. Radiaia electromagnetic

Dezintegrare alfa

simplificat

1.3. Dezintegrarea radioactiv natural

+

90234

92238

+ 234

238

Dezintegrarea radioactiv natural este un fenomen spontan i aleatoriu pentru c nu se

poate determina cnd se va dezintegra un anumit nucleu atomic, dei pentru o populaie

mare de nuclee de un anumit tip se poate estima cte nuclee vor suferi dezintegrarea ntr-

un anumit interval de timp. Acest interval de timp poart numele de perioad de

njumtire. Perioada de njumtire este cunoscut cu o precizie destul de mare pentru

majoritatea izotopilor radioactivi.

Dezintegrarea radioactiv natural: Particule subatomice

- radiaii alfa - radiaii beta-/beta+ - neutroni

Unde electromagnetice - radiaii gamma

Dezintegrare beta (electron sau pozitron) - / +

Transmutaie nuclear

Dac protonul i neutronul sunt parte integrant a unui nucleu atomic, atunci

prin dezintegrare se transmut un element chimic n altul.

0 : +; ; +

0 : + ; +

+ : 0 + : +

+ ; + 56137

55137

+ : + 1022

1122

+ ; + 1022

1122

Dezintegrare gamma

radiaie electromagnetic,

fotoni cu energie foarte nalt

Num rul de neutroni (N)

N u m

r u

l a t o

m i c

( Z

)

Nuclid p rinte

+ ; + + 2860

2760

Datarea cu 14C (sau mai corect datarea cu radiocarbon) este o metod de determinare a

vrstei aproximative a unui obiect organic vechi prin msurarea coninutului de 14C.

Metoda radiocarbonului se bazeaz pe viteza de dezintegrare a acestuia, 14C se formeaz n

straturile superioare ale atmosferei prin interacia neutronilor din radiaia cosmic cu izotopul

azotului 14N prin reacia: 14N + n = 14C + p

14C care se formeaz este oxidat rapid la dioxid de carbon care intr rapid prin fotosintez n

plante i indirect n animalele vii i n lanul alimentar. Rapiditatea dispersrii radiocarbonului a

fost demonstrat cu ocazia testelor cu arme termonucleare n atmosfer. Exist un echilibru

ntre concentraia izotopilor carbonului din atmosfer, adic numrul de atomi de radiocarbon

este constant. Cnd plantele i animalele mor, procesele metabolice de ncorporare a

carbonului (inclusiv 14C) nceteaz, iar radiocarbonul ncepe s dispar prin reacia de

dezintegrare:

Metoda de datare cu 14C

14C = 14N +

Datarea cu radiocarbon a unui eantion se realizeaz msurnd radioactivitatea lui

rezidual i raportnd-o la activitatea eantioanelor din prezent.

Elementul Carbon are doi izotopi naturali stabili: 12C, (98,89%), 13C (1,11%) i un izotop

radioactiv 14C (0.00000000010%). 14C se dezintegreaz radioactiv, avnd un timp de

njumtire de 5730 ani.

Etape de nucleosintez ca rezultat al fuziunii nucleare naturale ntr-o stea cu o mas de 20x mai mare ca a soarelui, ajuns n ultimul stadiu de existen, la cteva secunde de colapsul gravitaional.