"Gedurende de 20e eeuw zijn we gaan beseffen dat de kenmerken van alle stoffen - hun kleur, structuur, hardheid enzovoort - worden bepaald door hun kenmerken in een schaal die veel kleiner is dan wat gezien kan worden door een microscoop. Alles op aarde is van atomen gemaakt. Deze worden vooral in levende wezens in verfijnde samenstellingen gecombineerd." -Martin Rees

Met het voortschrijden van de tijd hebben wetenschappers indrukwekkende ontdekkingen op het vlak van de biologie, fysica en chemie gedaan. Mensen overal te wereld trokken profijt van de noeste arbeid van een paar gemotiveerde mannen en vrouwen.

We hebben door wetenschappelijke vooruitgang meer geleerd over het voortplantingssysteem, over het feit dat de aarde rond is, over de wetten van de krachten en ook dat alles op aarde uit atomen is samengesteld.

Als leerlingen op de middelbare school een N&T of N&G profiel kiezen kan er meer geleerd worden over de atomaire structuren. Superprof wil graag voor degenen die dit profiel willen kiezen wat dit onderwerp betreft een hulp zijn.

De verschillende onderwerpen van het Atoom tot kernfysica.

De beste leraren Natuurkunde beschikbaar
1e les gratis!
Fettah
4,8
4,8 (11 reviews)
Fettah
24€
/u
1e les gratis!
Ayoub
4,9
4,9 (18 reviews)
Ayoub
25€
/u
1e les gratis!
Adam
4,9
4,9 (27 reviews)
Adam
25€
/u
1e les gratis!
Lisa
4,8
4,8 (12 reviews)
Lisa
18€
/u
1e les gratis!
Marvin
5
5 (18 reviews)
Marvin
28€
/u
1e les gratis!
Floor
5
5 (10 reviews)
Floor
17€
/u
1e les gratis!
Rob
4,9
4,9 (11 reviews)
Rob
20€
/u
1e les gratis!
Tom
5
5 (9 reviews)
Tom
15€
/u
1e les gratis!
Fettah
4,8
4,8 (11 reviews)
Fettah
24€
/u
1e les gratis!
Ayoub
4,9
4,9 (18 reviews)
Ayoub
25€
/u
1e les gratis!
Adam
4,9
4,9 (27 reviews)
Adam
25€
/u
1e les gratis!
Lisa
4,8
4,8 (12 reviews)
Lisa
18€
/u
1e les gratis!
Marvin
5
5 (18 reviews)
Marvin
28€
/u
1e les gratis!
Floor
5
5 (10 reviews)
Floor
17€
/u
1e les gratis!
Rob
4,9
4,9 (11 reviews)
Rob
20€
/u
1e les gratis!
Tom
5
5 (9 reviews)
Tom
15€
/u
1ste les gratis>

Atoommodellen

De eersten die vroege ideeën over het atoom ontwikkelden waren de Grieken. Zij dachten dat materie was samengesteld uit duizenden of miljoenen kleine ondeelbare stukjes. Ze noemden ze 'atomos' wat in het Grieks 'niet in plakjes te snijden' betekent.

Eeuwen later ontdekte de Engelse fysicus J.J. Thomson het elektron. Hij stelde voor dat atomen op plumpudding (krentenkoek) lijken, en omdat vaste stoffen niet samendrukbaar zijn, de atomen die deel uitmaken van de vaste stof dan ook volledig uit deze vaste stof bestaan.

Tijdens de studie natuurkunde worden leerlingen in aanraking gebracht met het goudfolie experiment dat door Ernest Rutherford en zijn medewerkers werd gedaan om het plumpudding model te onderzoeken. Dit onderzoek werd gedaan door een straal van alfa deeltjes (een bepaalde soort kernstraling met een grote positieve lading) te richten op een een zeer dunne goudfolie dat in een vacuüm was opgehangen.

Rutherford en zijn medewerkers geloofden beslist dat alle alfa deeltjes recht door de folie heen zouden gaan en het zouden doorboren. Dit gebeurde echter niet: een klein aantal alfa deeltjes werden flink afgebogen. Rutherford concludeerde dat het atoom voornamelijk een lege ruimte is en dat er een concentratie van positieve lading is in het atoom.

Door dit experiment ontdekte Rutherford de kleine en positief geladen kern van het atoom. Hij berekende dat de kern een grootte had van ongeveer een tienduizendste van de maat van het atoom.

Rutherford en Thomson waren niet de enige pioniers op het vlak van de fysica. Er wordt tijdens de natuurkundelessen ook aandacht besteed aan verdere ontwikkelingen van het atoommodel: Niels Bohr en zijn studie van energieniveaus en James Chadwick met zijn onderzoek van het neutron maken ook deel uit van de lessen.

weergave van kern en electronen
Elke atoom is samengesteld uit electronen, neutronen en protonen. | bron: Pikrepo

Atomen, Isotopen en Ionen

Atomen zijn zeer klein. Ze hebben een radius van ongeveer 1 × 10-10 m. Een atoom heeft een kern die protonen en neutronen bevat met daaromheen cirkelend de veel kleinere elektronen.

Elk deeltje heeft zijn eigen massa en lading. Protonen en neutronen zijn de zwaarste deeltjes in een atoom. Het aantal ervan bepaalt het massagetal. Het aantal protonen bepaalt het atoomnummer.

Het massagetal en het atoomnummer zijn belangrijke gegevens van een atoom. Atomen kunnen aangeduid worden met het volgende symbool:

Atomaire aanduiding

 

 

In dit symbool is A het massagetal, Z is het atoomnummer en X is het symbool van het element. De getallen kunnen in de periodieke tabel van elementen worden nagegaan. Hierin wordt getoond hoeveel deeltjes in de kern zitten en hoeveel protonen ieder element heeft.

Isotopen

Er wordt ook onderzocht wat isotopen precies zijn. Ze kunnen worden omschreven als vormen van een element die een gelijk aantal protonen maar een verschillend aantal neutronen bezitten. Chloor heeft bijvoorbeeld twee isotopen en koolstof heeft er drie.

Ionen

Atomen zijn normaal gesproken neutraal. Ze hebben evenveel protonen in de kern als elektronen die eromheen wentelen. Er zijn echter uitzonderingen. Dit kan gebeuren als er een toename of afname van elektronen is na een botsing. In dit geval ontstaan deeltjes die ionen worden genoemd.

Ionen kunnen zowel positief als negatief geladen worden. Als een of meer elektronen verloren worden ontstaat een positief ion en bij het toenemen van het aantal elektronen ontstaat een negatief ion.

De beste leraren Natuurkunde beschikbaar
1e les gratis!
Fettah
4,8
4,8 (11 reviews)
Fettah
24€
/u
1e les gratis!
Ayoub
4,9
4,9 (18 reviews)
Ayoub
25€
/u
1e les gratis!
Adam
4,9
4,9 (27 reviews)
Adam
25€
/u
1e les gratis!
Lisa
4,8
4,8 (12 reviews)
Lisa
18€
/u
1e les gratis!
Marvin
5
5 (18 reviews)
Marvin
28€
/u
1e les gratis!
Floor
5
5 (10 reviews)
Floor
17€
/u
1e les gratis!
Rob
4,9
4,9 (11 reviews)
Rob
20€
/u
1e les gratis!
Tom
5
5 (9 reviews)
Tom
15€
/u
1e les gratis!
Fettah
4,8
4,8 (11 reviews)
Fettah
24€
/u
1e les gratis!
Ayoub
4,9
4,9 (18 reviews)
Ayoub
25€
/u
1e les gratis!
Adam
4,9
4,9 (27 reviews)
Adam
25€
/u
1e les gratis!
Lisa
4,8
4,8 (12 reviews)
Lisa
18€
/u
1e les gratis!
Marvin
5
5 (18 reviews)
Marvin
28€
/u
1e les gratis!
Floor
5
5 (10 reviews)
Floor
17€
/u
1e les gratis!
Rob
4,9
4,9 (11 reviews)
Rob
20€
/u
1e les gratis!
Tom
5
5 (9 reviews)
Tom
15€
/u
1ste les gratis>

Radioactief Verval

Als kernen een onjuist aantal neutronen hebben kan het snel uiteenvallen. Dit wordt radioactief verval genoemd.

Verkrijgen van Stabiele Kernen

De kern van een atoom kan alleen stabiel zijn als het een bepaald aantal neutronen heeft ten opzicht van het aantal protonen. Elementen met weinig protonen die zich dichtbij de bovenzijde van de periodieke tabel bevinden zijn stabiel als zij hetzelfde aantal neutronen hebben als protonen.

Als echter het aantal protonen toeneemt zijn meer neutronen nodig om de kern stabiel te houden. een kern met te veel of te weinig neutronen komt in de natuur niet voor. Het zal vervallen tot een ander element en daarbij straling uitzenden.

Kernstraling

Vaten met nucleaire stoffen
Alfa, bèta en gammastraling zijn allemaal vormen van kernstraling. | bron: ar130405 op Pixabay

Een atoomkern kan een pakket met twee protonen en twee neutronen (een alfadeeltje) uitzenden. Dit alfa-verval  heeft tot gevolg dat het massagetal en het atoomnummer met vier respectievelijk twee omlaag gaan.

Als er teveel neutronen in een kern zitten dan kan een neutron gewijzigd worden in een proton en een snelle vrije elektron. Dit hele proces is bekend als bèta straling. Bèta verval heeft tot gevolg dat het atoomnummer van de kern met één verhoogd wordt. Het massagetal blijft hierbij hetzelfde.

Als een alfa of een bèta deeltje uitgestoten wordt is de kern vaak te heet en zal het energie afstaan. De kern zal trachten af te koelen en het zal daarbij een hoog energetische elektromagnetische straling uitzenden, de zogeheten gammastraling. Het atoomnummer en het massagetal blijven tijdens het uitstoten van gammastraling gelijk.

Dit zijn de verschillende soorten straling. Ze worden vaak vergeleken wat betreft doordringend vermogen, ioniserend vermogen en hoe ver ze in de lucht kunnen doordringen.

Er zijn goede websites die je kunnen helpen om meer te weten te komen van deze drie stralingssoorten.

Halfwaardetijd

Radioactief verval is een erg willekeurig proces. Niet alle kernen zullen tegelijk vervallen. Wetenschappers kunnen niet precies aangeven wanneer een bepaalde kern zal vervallen, maar grafieken en schattingen kunnen gebruikt worden om een onderbouwde raming te maken.

Geiger Muller teller
Met een geigerteller kan de snelheid van het verval gemeten worden. | bron: boffy b op Wikimedia Commons

De halfwaardetijd, of wel de tijd die nodig is voor het vervallen van de helft van de onstabiele kernen, kan gebruikt worden om het radioactieve verval te bepalen. De snelheid is het aantal keren dat een kern per seconde vervalt zoals gemeten door bijvoorbeeld een geigerteller.

Tijdens het behandelen van dit onderdeel leren scholieren ook om waardevolle berekeningen te maken over de overblijvende isotoop en de veranderingen die uitgezonden alfa of bètadeeltjes ondergaan.

Ontdek de elektronische golven in de kernfysica

Gebruik van Straling en Stralingsgevaar

We worden allemaal op de een of andere wijze in ons dagelijks leven aan straling blootgesteld. Straling kan in bepaalde omstandigheden heel nuttig zijn. Het moet echter om te verhinderen dat er grote problemen ontstaan met zorg worden behandeld.

Doorstralen

Het blootstellen van objecten aan straling wordt doorstralen genoemd. Dit kan schade toebrengen aan levende cellen. Het kan echter nuttig gebruikt worden maar ook een gevaar worden afhankelijk van het gebruik.

Een aantal van de manieren waarin het wordt gebruikt:

  • Fruit kan voor verkoop in de winkel ermee gesteriliseerd worden. Het fruit wordt hier echter niet radioactief door!
  • Medisch doorstralen kan gebruikt worden om chirurgische instrumenten te steriliseren. Een medisch gereedschap dat een 'gamma-mes' heet kan worden gebruikt om tumoren die zich diep in het lichaam van een patiënt bevinden te doden.

Radioactieve Isotopen

Radioactieve straling kan optreden als er een radioactief materiaal in een materiaal is gebracht. Dit kan zowel nuttig als schadelijk zijn. De meestvoorkomende gebruiken van isotopen zijn als volgt:

  • medische beeldvorming: geïnjecteerde radioactieve isotopen kunnen gebruikt worden om bepaalde weefsels zichtbaar te maken zoals de schildklier of kankercellen. Medische beelden kunnen dan via een PET-scanner of een gamma camera gemaakt worden.
  • zoeken naar lekken: als de overheid een waterpijp verdenkt op lekken, kan er een gamma-uitstralende radioactieve isotoop gebruikt worden om de lek op te sporen. Het uitgelekte water veroorzaakt dan een verzameling van gammastraling, waardoor de plek gevonden kan worden.
lekkende waterpijp
Radioactieve stoffen kunnen gebruikt worden om lekken in waterleidingen op te sporen. | bron: Holger Schué op Pixabay

Doorstralen en het gebruik van isotopen wordt vaak door de gewone burger met elkaar verward.

Achtergrondstraling

Radioactieve straling vindt overal plaats. We worden iedere dag aan een lage hoeveelheid ervan blootgesteld. De meest algemene oorzaak van achtergrondstraling is radon gas uit de grond, ons eigen eten of drinken, kosmische stralen en de bouwmaterialen van gebouwen.

Straling is te berekenen door de eenheid Becquerel (Bq) te gebruiken. Hiermee wordt de mate van activiteit bepaald.

Het is erg belangrijk te beseffen dat een hoge mate van straling schadelijk kan zijn voor het menselijk lichaam. Het kan staar, huidaandoeningen, steriliteit, beschadigd DNA en zelfs leukemie en andere kankers veroorzaken. Als iemand regelmatig in aanraking komt met verhoogde stralingsniveaus is het belangrijk dat er voorzorgsmaatregelen worden genomen.

Kernsplitsing en Kernfusie

De kernen van atomen bevatten een grote hoeveelheid energie. Als we deze energie benutten zouden we kunnen voorkomen dat er veel fossiele brandstoffen worden gebruikt. De energie kan worden vrijgemaakt door kernsplitsing of kernfusie.

Kernsplitsing

Kernsplitsing is het splijten van een grote atoomkern in kleinere. De hele kern splitst dan in fragmenten die 'dochter kernen' worden genoemd. Andere reacties kunnen eruit ontstaan op een manier die een kettingreactie heet. Snel bewegende neutronen bevatten de meeste energie maar ze dienen afgeremd te worden voordat ze door botsingen dit kunnen afdragen.

In een kernreactor gebeurt dit zodat de energie naar andere delen van de reactor kunnen doorgegeven worden. Een kernsplitsing reactor heeft een grote mate van onderdelen die allemaal hun specifieke functie hebben.

Kernfusie

Kernfusie vindt plaats wanneer twee kleine en lichte kernen samengebracht worden om een grotere kern te maken. Verschillende kernfusie reacties vinden in de zon voortdurend plaats. Het eenvoudigste van deze fusies gebeurt als vier waterstof kernen een heliumkern worden.

Het is ook belangrijk om op te merken dat bij alle kernreacties een kleine hoeveelheid massa in energie verandert. Dit is niet in alle gevallen veel energie, maar het is het gevolg van de kernfusie of kernsplitsing.

Heb je een leraar Natuurkunde nodig?

Vond je dit artikel leuk?

5,00/5 - 1 reviews
Laden...

Klaas

Techneut met een onderwijsachtergrond. Graag en vaak op zoek naar manieren om zowel jongeren als ouderen in staat te stellen om beter te leren. Vertaler voor Superprof sinds het begin!