Экологияның жалпылама экология жүйесіндегі орны.

Лекция №1

Кіріспе. Радияциялық экологияның мәні мен мақсаттары.

Сыртқы сәулеленудің дозиметриясын жүргізу; тіркеуші қондырғылармен және құралдармен (дозиметрлер, радиометрлер) жұмыс жасай білу; қоршаған орта сынамаларын (топырақ, су, өсімдік) сақтау және сұрыптау; жалпы әльфа-, бета және гамма акгивтілікгерді анықтау үшін табиғи объектілердің үлгілерін дайындай білу; сәулеленудің эффективті дозасын өлшей білу. Осы арнайы пәнді оқыту үшін қажет осы пәнге дейінгі пәндер жиынтығы Бейорганикалық химия.тараулар: атом құрылысы, радиоакгивтілік құбылысы. Аналитикалық химия. тараулар: сандықталдау, қосатундыру, хроматография әдістөрі. Физикалық химия.тараулар: химиялық кинетика, сорбция және десорбция процесстері. Жалпы физика. тараулар: радиоактивтілік, ионданған сәулелену. Жалпы биология. тараулар: топыранпың, өсімдіктің құрлысы. Жалпы экология негіздері: қоршаған орта жүйе ретінде, экологиялық қатер;

Радиациялық экология (радиоэкология, экологиялық радиохимия) пәні және оның міндеттері. Жалпы экология жүйесіндегі радиациялық экологияның орны және ролі. Радиациялық-химиялық зерттеулердің тарихы. Экологияның негізгі түсініктері. Экожүйені ұйымдастырудың деңгейі. Радиациялық экологияның физикалық негіздері Радиоакгивтік түрленулер. Нуклидтер және изотоптар. Тұрақты және радиоактивті ядролар. Ядролық түрленулрдің типтері: α-ыдырау, β-түрлену, изомерлі ауысу, түрленулердің басқа түрлері. Жылжу ережесі. Ыдырау сызба-нүсқалары.

Сәулеленудіңзатпен ерекеттесуі. α-бөлшентердің сіңірілуі. Зат арқылы β -сәулелену өткөн көздегі энергия шығыны. Тежеуіш сәулелену β-бөлшектердің максимальды жүрісі β-бөлшөнтіңжүрісі мен энергиясы арасындағы байланыс әлсіретудің массалық коэффициөнті. Радиоактивті түрленулердің заңдары. Радиоактивті ыдыраудың негізгі заңы. Радиоактивті ыдырау түрақ тылығы және жартылай ыдырау периоды. Ұзақ қмір сүретін және қысқа өмір сұретін радионуклидтердің жартылай ыдырау периодын анықтау. Ионданған сеулеленудің дозиметриясы.

Дозиметрияның негізгі түсініктері. Сәулелену энергиясының затқа берілуі. Сәулелену сапасы. Сәулеленудің күшті және созылмалы әсері, адамның сәулелі ауруы. Аз доза кезіндегі радиобиологиялық әсердің стохастикалық сипаты. Сәулеленудің алшақтанған соматикалық зардаптары. Ионданған сәулеленудің өсімдіктерге және жануарларға әсері.

Радионуклидтердің организмге түсу жолдары.

Адамға және қоршаған орта объектісіне радиациялық әсерді реттеу негіздері. Радиациялық әсер кезіндегі қатер деңгейі. Эквивалентті, тиімді және ұтымды доза. Сәулелөнудің мүмкін деңгейінің есебі. Радиациялық қауіпсіздік нормалары. Дозиметриялық өлшеулер. Дозиметриялық бақылау құралдары. Дозаның қуаттылығын және ағынның, дозаның, флньенсаның тығыздығын өлшеу. Қоршаған ортадағы табиғи радионуклидтер. Ғарыштық сәулелену.

Қоршаған ортаның жасанды радионуклидтермен ластануының негізгі көздері. Ядролық жарылыстар және глобальды радиоактивті ластанулар. Экожүйедегі ең маңызды жасанды радионуклидтердің: цезий-137 және 134, стронций-90, иод-131,129, плутоний-238,239,240, 241 қасиеттері және сипаты. Бұрынғы Семей ядролық сынақ полигонындағы қазіргі радиоэкологиялық жағдай.

Радиоактивті қалдықтар, оларды өндеу, сақтау және көму. Радиоактивті қалдықтарды радиоактивтілігі және химиялық құрамы, агрегаттық күйі бойынша классификациялау. Қазакстандағы радиоакгивті қалдықтар туралы проблемалар. Радиациялық бақылау. Радиациялық бақылаудың міндеттері. Радиациялық бақылау жүйелері және әдістері. Қоршаған ортаны қорғау және халықгың қауіпсіздігі туралы Қазақстанның занды және нормативті кұжаттары.

Бұл арнайы курстың негізгі мақсаты студенттерді төменде берілген сипаттамалармен таныстыру және көзқұарастарын кеңейту: экожүйелерде радионукпидтер зияндылықтарын, радиациялық ластанудың экологиялық салдарларын зерттейтін ғылым ретінде радиациялық экология пені мен оның міндеттері туралы; радиация зардаптарын шеккен Қазакстан Республикасының радиациялық жағдайы туралы және радионукпидтермен ластанған аймақтарды экологиялық экономикалық және әлеуметтік қайта қалпына келтіру бойынша қолданылатын шаралар туралы;

Пәнді оқытудың міндеттері қойылған мақсаттарға сәйкес осы арнайы курстың негізгі міндеттері: студенттерді радиоактивтілік және радиация кубылыстарымен және олардың өлшемдерімен таныстыру; радиометриялык және радиохимиялык экспертизаларды ұйымдастыру және жүргізу принциптері мен, радиациялық қатерді азайтудың практикалык шараларымен;

-табиғи жағдайлардагы негізгі дозатузуци радионуклидтердің әсері және экожүйеде олардың кешужолдары (трофикалық тізбек); радиацияның тірі организмге және адам денсаулығына медициналық-биологиялық әсері;

-радиациялық бакылаудың мiндеттері және радиациялық қауіпсіздігі негіздері.

Бұл пәннің дамуы радиоактивті ластану бойынша қайғылыжәне бай тәжірибесі бар Қазақстан мемлекеті үшін ерекше мәні бар.

Аталған мамандану бойынша пракгикалық сабақтар ҚР Ұлттық ядролық орталығының ядролық физика институтының зерттеу базасында жургізілді.

Осы курс "Химиялық, криминалистік және экологиялық сараптау" мамандығының студенттері үшін жасалған және лекциялық, практикалық сабақтар енгізілген.

Бүкіл дүние жүзі халқы жақында жаңа ғасырға - ядролық, радиоактивтті энергия ғасырына аяқбасты. Бұл жаратылыстануда, техникада және технологияда радиациялық деп аталатын жаңа ашылулар негізін құрайды. Ядролық зерттеулер және технология жаратылыстану ғылымдарының дамуына үлкен үлес қосады. Ядролық технология және ядролық зерттеулер жаратылыстану ғылымдарының дамуына үлес қосатыны және ғылымда пәнаралық жаңа бағыттық мысалы, радиациялық экология, туындауына әкелетін түсіндіру. Бұл қоршаған ортаны кәсіби, техногенді және жасанды радионукпидтермен ластануымен және олардың адам денсаулығына және тірі организмдерге әсерінен туындаған проблемаларға байланысты пайда болған, жалпы экологиядағы жаңа бағыт.Дүние жүзінде Қазақстан сияқты ешбір мемлекет атом ядросы энергиясын пайдаланудың кepi жағын, яғнизардаптарын айқындап беру.

Радияциялық радиоактивтілік, радияциялы қалдықтар зияндылығын қадағалау және өнімдерінің экспертизасы пәнін оқыту студенттердің физика, математика, органикалық химия, аналитикалық химия және экологиялық химия мен қоршаған ортаны қорғау пәндерінен алған білімдері негізінде тереңдетіліп оқытылады.

Аталған пәнді өту барысында студент:

- Қазіргі заманғы зерттеу әдістерінің, соның ішінде лазерлік техниканың, хроматографияның және рентгенструктуралық талдаудың негізінде жатқан құбылыстардың теориялық негіздерін;

- Қажетті талдау әдістерін таңдау әдістемесін және оны жүргізу барысын;

- Алуан түрлі физикалық әдістер көмегімен түрлі аналитикалық сұрақтарды шешу амалдарымен танысады.

Лекция №2

Экологияның жалпылама экология жүйесіндегі орны.

Атом құрлысы.Д.И. Менделеевтің перилдты жүйесіндегі барлық элементтедің тек бір атомнан тұратыны белгілі. Сондықтан атом құрлысын талдайдын болсақ, олар өздерінің периодты жүйедегі орнына сәйкес протон, нейтрон және электрондардан тұрады. Атом құрлысын сипаттайтын негізгі квант сандары. Бас квант саны, орбиталь квант саны, магнит квант саны, спин квант саны. Түрлі деңгейде өткізілетін химиялық конференцияларға дайындау кезінде қазылық ету тәжірибемізден байқағанымыз – студенттерге «Атом құрылысы», «Табиғи және жасанды радиоактивтілік» тақырыптары бойынша берілетін сандық есептерді шығару қиындық тудырады. Сондықтан төменде осы тақырыптар бойынша берілетін есептерді шығару әдістері қарастырылады.

1. Атомды құрайтын бөлшектердің санын анықтау

Атом электробейтарап болуына байланысты оның құрамындағы элек-трон саны мен ядро заряды бірдей болады. Ал ядро заряды мен ондағы электрондардың жалпы саны элемент атомының реттік нөмірімен анықталады. Бұл шама бойынша ядродағы протон санын анықтап, элемент атомының массалық санынан (салыстырмалы атомдық массасы) протондар санының айырымы арқылы нейтрондар санын табуға болады.

1-мысал. Төменде келтірілген атомдардың құрамдас бөліктерінің санын анықтаңыз: ⁵⁵ ₂₅ Mn.

Периодтық жүйедегі орны бойынша Z = 25, Аг = 55.

Z = 25 n(¹₁p)= 25 n (e) = 25

у(£п) = Аг - у(ір) - 55 - 25 = 30 Жауабы: у(\р) = 25; ү(ё) = 25; уЦп) = 30.

2. Элемент атомының орташа салыстырмалы атомдық массасын анықтау

2-мысал. Таллий (ТІ), (ТІ) изотоптарының табиғатта таралуының массалық үлестері 31%, 69% болса, оның орташа атомдық массасы қандай болғаны?

Берілгені:

со(^2ОЗТІ) = 31% ю(²⁰⁵ТІ) = 69%

Шешуі:

Аг (ТІ) = 203 х 0,31 + 205 * 0,69 = 204,38

Аг(ТІ) - ?

Жауабы: Аг = 204,38.

3-мысал. Хлордың орташа салыстырмалы атомдық массасы 35,5, оның табиғи изотоптарының (³⁷ ₁₇СІ, ³⁷₁₇СІ) таралуының массалық үлестерін анықтаңыз.

Берілгені:

Аг(СІ) = 35,5

Шешуі:

х + у = 1

со(³⁵СІ) - ? ю(³⁷СІ) - ?

35 х х + 37 х у = 35,5

х = 0,75; у = 0,25

Жауабы: 75% (³⁵СІ); 25% (³⁷СІ).

3. Радиоактивтік ыдырауға байланысты есептер

4-мысал. ²³²₀ТҺ изотопы радиоактивтік ыдырау барысында бойынан 6(3, 7а бөлшегін бөлгенде пайда болған элемент атомының валенттік электрондарының формуласын жазып, валенттігін анықтап, оксидтерінің формуласын жазып, соңғы электронын сипаттайтын квант сандарының мәндерін жазыңыз.

Шешуі. Бұл есеп зат массасы мен бөлшек зарядтарының сақталу заңы бойынша шешіледі.

²³₉²ТҺ 7⁴₂а + бр + X

Ыдырау нәтижесінде 7а бөлшегі бөлінуіне байланысты ядро заряды 14-ке кемісе, 6р бөлшегі бөлінуіне байланысты 6-ға артады, сонда түзілетін атомның ядро заряды: 90 - 14 + 6 = 82, ал салыстырмалы атомдық массасы 28-ге кемиді, олай болса X - ²⁰₈⁴₂РЬ, валенттік элек-трондарының формуласы: 6з² 6р²,

п = 6 1 = 1 т = 0 5 = + 1/2

валенттілік II, IV

РЬО, РЬО_?

Жауабы: ²⁰₈⁴РЬ.

4. Радиоактивтік ыдырауды сандық жағынан өрнектеуге арналған есептер

Осы есептерді шығару барысында мынадай формулаларды қолдануға болады:

5-мысал. Радиоактивті натрий изотопы ²²Ыа-дің жартылай ыдырау периоды 3 жыл болса, массасы 1 г изотоптан 18 жылдан кейін қанша қалады?

Берілгені: Шешуі:

т,„(?,№) = 3 жыл п = -^- = 4" = ⁶

4/2 °

т₀ = 1 г

х = 18 жыл Х-^- =1 ХрТ т 0.0156 г

т_х = ? Жауабы: 0,0156 г.

6-мысал. Радийдің жартылай ыдырау периоды 1617 жыл, радий изотопының ыдырау константасы қандай?

Берілгені: Шешуі:

0 693 х ₂(Ва) = 1617 жыл К = —; 1 жыл = 311 х 10⁵ секунд. ^Т1/2

т_1/2= 1617 х 311 х Ю⁵ = 5,03 х Ю¹⁰ сек.

^К= 5,О°3⁶К⁹Ш^¹'^{38 х10}'^11сек"-Жауабы: 1,38 х Ю"¹¹ сек"¹.

7-мысал. Фосфор изотопының ыдырау константасы 5,622 х Ю"⁷ болса, оның орташа өмір сүру уақыты мен жартылай ыдырау периодын есептеңіз.

Берілгені: Шешуі:

Қ(«Р) = 5,622 х Ю-⁷сек-' V = -°|??_{= 5} б^^⁰'!^ ^{= 1}>^{233 х 1}°⁶

т, т_1/2 - ? і 1 ай = 2592 х ю^з секунд

1 233 ^х 10⁶ V = 2592 х Іб³" ^{= 4}'^{76 х 10}"^{4 х 1}°^{6 х 1}°^{3 =} °'^{476 и} °'^{5 ай}

1 1 1 78 ^х10⁶

* ⁼ І< ⁼ 5,622 хіо-7 = 1.78 х Ю« сек. = _{2592 х 10}з = 0,687 ай.

Жауабы: 0,5; 0,7 ай.

1. Рубидийдің орташа салыстырмалы атомдық массасы 85,47, ал оның табиғи изотоптарының салыстырмалы атомдық массалары 84,212 және 86,909 болса, олардың табиғи қоспадағы массалық үлестері қандай?

Жауабы: 72; 28%.

2. Мына ядролық реакциялар кезінде түзілетін элемент изотопта-рын анықтаңыз:

²³⁸ІІ -> 8а + 8Р + ? ²³⁵ІІ -> 7а + 7(3 + ? ²⁶⁴Ки -> 2а + 3(3 + ?

3. Радиоизотоптың ²³⁸ІІ ыдырау константасы 4,88 х Ю~¹⁸ сек~¹, сжың жартылай ыдырау периоды мен орташа өмір сүру уақытын есептеңіз.

Жауабы: 4,5 х ю⁹; 6,5 х ю⁹ жыл.

4. Изотоп ⁵⁹Ғе-дің жартылай ыдырау периоды 47,1 тәулік. Массасы 1 г темір қанша тәуліктен кейін 0,05 г болады? Темір р ыдырауға түседі деп оның ядролық реакциясының теңдеуін жазып, пайда болған изо-топтың валенттік электрондарының формуласын жазып, қосылыстарын-да көрсететін валенттіктерін анықтаңыздар.

Жауабы: 203,5 тәулік.

5. Радийдің халықаралық үлгісі 1911 жылы Мария Кюри әзірлеген, оның массасы 16,74 х Ю"³ г (^22І5Па) болған. Егер оның жартылай ыдырау периоды 1617 жыл болса, 1980 жылы оның массасы қандай болды?

Жауабы: 16,25 х 1О~³ г.

6. Табиғи изотоптарының Си - 63, Си - 65-тің табиғаттағы таралуы 71,87 және 28,13% (масса бойынша) болса, мыстың орташа салыстыр-малы атомдық массасы қандай?

Жауабы: 63,55.

Берілген мысалдарда және осы типтес есептерді шығару оқушы-лардың білімін тереңдетіп және алған білімдерін бекітуге көмегі көп.

Лекция №3