Ydinreaktio vs kemiallinen reaktio
Kaikki ympäristössä tapahtuvat muutokset johtuvat joko kemiallisista tai ydinreaktioista. Mitä nämä tarkoittavat ja miten ne eroavat toisistaan, käsitellään alla.
Kemiallinen reaktio
Kemiallinen reaktio on prosessi, jossa joukko aineita muunnetaan toiseksi ainejoukoksi. Reaktion alussa olevat aineet tunnetaan lähtöaineina ja reaktion jälkeiset aineet tuotteina. Kun yksi tai useampi lähtöaine muuttuu tuotteiksi, ne voivat käydä läpi erilaisia modifikaatioita ja energiamuutoksia. Reagenssien kemialliset sidokset katkeavat ja uusia sidoksia muodostuu, jolloin syntyy tuotteita, jotka ovat täysin erilaisia kuin lähtöaineet. Tällaista kemiallista modifikaatiota kutsutaan kemiallisiksi reaktioksi. Kemialliset reaktiot kuvataan kemiallisten yhtälöiden avulla. On olemassa lukuisia muuttujia, jotka ohjaavat reaktioita. Jotkut näistä tekijöistä ovat lähtöaineiden pitoisuudet, katalysaattorit, lämpötila, liuotinvaikutukset, pH ja joskus tuotepitoisuudet jne. Pääasiassa termodynamiikkaa ja kinetiikkaa tutkimalla voimme tehdä monia johtopäätöksiä reaktiosta ja hallita niitä. Termodynamiikka tutkii energian muunnoksia. Se koskee vain energiaa ja tasapainon sijaintia reaktiossa. Sillä ei ole mitään sanottavaa siitä, kuinka nopeasti tasapaino saavutetaan. Tämä kysymys kuuluu kinetiikkaan.
Reaktionopeus on yksinkertaisesti osoitus reaktion nopeudesta. Sitä voidaan siis pitää parametrina, joka määrittää kuinka nopea tai hidas reaktio on. Tietysti jotkut reaktiot ovat hyvin hitaita, joten emme voi edes nähdä reaktion tapahtuvan, ellemme tarkkaile sitä hyvin pitkään. Esimerkiksi kemiallisten prosessien aiheuttama kiven rapautuminen on hidas reaktio, joka tapahtuu vuosien kuluessa. Sitä vastoin kaliumpalan reaktio veden kanssa on erittäin nopea; näin ollen tuottaa suuren määrän lämpöä, ja sitä pidetään voimakkaana reaktiona. Tarkastellaan seuraavaa reaktiota, jossa lähtöaineet A ja B menevät tuotteiksi C ja D.
a A + b B → c C + d D
Reaktion nopeus voidaan antaa joko kahden lähtöaineen tai tuotteen muodossa.
Korkeus=-1/a × d[A]/dt=-1/b × d[B]/dt=1/c × d[C]/dt=1/d × d[D] /dt
Tässä a, b, c ja d ovat lähtöaineiden ja tuotteiden stoikiometrisiä kertoimia. Reagensseille nopeusyhtälö kirjoitetaan miinusmerkillä, koska tuotteet ehtyvät reaktion edetessä. Tuotteiden lisääntyessä niille annetaan kuitenkin myönteisiä merkkejä.
Ydinreaktio
Atomin ytimet tai subatomiset hiukkaset osallistuvat ydinreaktioihin. Ydinfissio ja ydinfuusio ovat kaksi päätyyppiä ydinreaktioista. Ydinreaktioita käytetään pääasiassa energian tuottamiseen, koska se tuottaa energiaa paljon suurempina kertaina kuin kemialliset reaktiot. Fissioreaktiossa suuri-epästabiili ydin hajoaa pienemmiksi stabiileiksi ytimiksi ja prosessissa vapautuu energiaa. Fuusioreaktiossa kahden tyyppiset ytimet yhdistetään toisiinsa vapauttaen energiaa.
Mitä eroa on ydinreaktiolla ja kemiallisella reaktiolla?
• Kemiallisissa reaktioissa atomit, ionit, molekyylit tai yhdisteet toimivat reagoivina aineina, kun taas ydinreaktioissa atomiytimet tai subatomipartikkelit osallistuvat.
• Kemiallisissa reaktioissa muutokset tapahtuvat atomien elektroneissa. Ydinreaktioissa muutokset tapahtuvat pääasiassa atomien ytimessä.
• Ydinreaktioihin osallistuva energia on paljon suurempi kuin kemiallisten reaktioiden energia.
• Kemiallisen reaktion nopeus riippuu tekijöistä, kuten paineesta ja lämpötilasta, mutta ydinreaktiot eivät riipu näistä tekijöistä, kuten kemialliset reaktiot.
