Allgemeine und anorganische Chemie 09.12.2020
Woher kommt die Energie?
Jeder freiwillig ablaufende Kernprozess ist von einem Massenverlust begleitet.
Einstein Gleichung: Δ E = Δ m*c2
Mit c = Lichtgeschwindigkeit = 2,998*108 m/s
Energie-Äquivalent von einer Atommasseneinheit (u):
ΔE = 1,66*10-27 kg/u * (2,998*108 m/s)2 = 1,49*10-10 J/u
Energie-Äquivalent von 1 u in MeV:
1 eV = 1,60218*10-19 J
ΔE = (1,49*10-10 J/u) / (1,60218*10-13 J/MeV)
ΔE = 931,49 MeV/u
Ruheenergie von einem Elektron ist: 0,51 MeV (492,08*105 kJ/mol)
Durchschnittsenergie beim Zerfall von einem 239Pu Atom ist: 210 MeV
Eindringtiefe von radioaktiver Strahlung:
α Teilchen; massiv & hoch geladen; starke Wechselwirkung mit Materie; können von der
Haut aufgehalten werden.
β Teilchen & Positronen – kleinere Ladung und Masse – größere Eindringtiefe; Verwendung
schwerer Schutz-Kleidung (z.B. 0,5 cm Metall)
Neutrale, massenlose γ -Strahlen wechselwirken am wenigsten stark mit Materie und
dringen am tiefsten ein; gefährlichste Form der Strahlung; kann viele Lagen von Gewebe
ionisieren; Bleischild wird zum Schutz benötigt.
Wechselwirkung mit Materie auf molekularer Ebene:
Ionisierende Strahlung verursacht den Verlust eines Elektrons aus einer Bindung oder
einem freien Elektronenpaar
Reaktive freie Radikale attackieren Bindungen in weiteren Molekülen, die wiederum
Radikale bilden können etc.
, Doppelbindungen in ungesättigten Fetten sind besonders empfänglich für Angriffe.
Enzymfunktion kann gestört werden.
Peptidkettenbrüche und DNA-Schäden:
Peptidkettenbrüche durch das OH*-Radikal
DNA-Schäden
Häufiger DNA Schaden durch Oxidation ist die Ausbildung von 8-oxo-Guanin aus Guanin: 8-
oxo-Guanin kann mit Cytosin und Adenin gepaart werden keine Unterscheidung C/A
während der Replikation.
Noch schlimmer sind Strang-Brüche, die zu Insertionen, Punktmutationen und
Auslöschungen führen.
Verwendung von Radioisotopen:
Durch die messbare Aktivität lassen sich auch kleinste Mengen radioaktiver Isotope
detektieren!
Ein Radioisotop ist weniger stabil als ein nicht-radioaktives Isotop.
Isotope eines beliebigen Elements zeigen chemisch ein identisches Verhalten; da sich
die Kernmasse unterscheidet, aber ein spektroskopisch leicht unterschiedliches
Verhalten (Isotopenmarkierung).
Z.B. nutzt eine Pflanze 14CO2 auf gleiche Art wie 12CO2. Der Zerfall von 14C lässt sich
über die Messung der Aktivität nachweisen. Spektroskopisch ist 14C schwieriger in
Schwingung zu versetzen als 12C, da schwerer.
Da radioaktive Strahlung tödlich sein kann wird sie zur Vernichtung von unliebsamen
Organismen verwendet.
Medizinisch werden Radioisotope für zwei Arten von Anwendungen genutzt:
1) Bildgebung (Imaging)
2) Therapie (Krebsbehandlung)
Verwendung von Radioisotopen:
Da radioaktive Strahlung tödlich sein kann, wird sie zur Vernichtung von unliebsamen
Organismen verwendet.
Lebensmittelbestrahlung – tötet Mikroorganismen und verlängert das „shelf-life“
sprich MHD (gesund/ethisch?)
Kontrolle von Insekten – Bestrahlung zur Sterillisierung (Fruchtfliege in CA)
Woher kommt die Energie?
Jeder freiwillig ablaufende Kernprozess ist von einem Massenverlust begleitet.
Einstein Gleichung: Δ E = Δ m*c2
Mit c = Lichtgeschwindigkeit = 2,998*108 m/s
Energie-Äquivalent von einer Atommasseneinheit (u):
ΔE = 1,66*10-27 kg/u * (2,998*108 m/s)2 = 1,49*10-10 J/u
Energie-Äquivalent von 1 u in MeV:
1 eV = 1,60218*10-19 J
ΔE = (1,49*10-10 J/u) / (1,60218*10-13 J/MeV)
ΔE = 931,49 MeV/u
Ruheenergie von einem Elektron ist: 0,51 MeV (492,08*105 kJ/mol)
Durchschnittsenergie beim Zerfall von einem 239Pu Atom ist: 210 MeV
Eindringtiefe von radioaktiver Strahlung:
α Teilchen; massiv & hoch geladen; starke Wechselwirkung mit Materie; können von der
Haut aufgehalten werden.
β Teilchen & Positronen – kleinere Ladung und Masse – größere Eindringtiefe; Verwendung
schwerer Schutz-Kleidung (z.B. 0,5 cm Metall)
Neutrale, massenlose γ -Strahlen wechselwirken am wenigsten stark mit Materie und
dringen am tiefsten ein; gefährlichste Form der Strahlung; kann viele Lagen von Gewebe
ionisieren; Bleischild wird zum Schutz benötigt.
Wechselwirkung mit Materie auf molekularer Ebene:
Ionisierende Strahlung verursacht den Verlust eines Elektrons aus einer Bindung oder
einem freien Elektronenpaar
Reaktive freie Radikale attackieren Bindungen in weiteren Molekülen, die wiederum
Radikale bilden können etc.
, Doppelbindungen in ungesättigten Fetten sind besonders empfänglich für Angriffe.
Enzymfunktion kann gestört werden.
Peptidkettenbrüche und DNA-Schäden:
Peptidkettenbrüche durch das OH*-Radikal
DNA-Schäden
Häufiger DNA Schaden durch Oxidation ist die Ausbildung von 8-oxo-Guanin aus Guanin: 8-
oxo-Guanin kann mit Cytosin und Adenin gepaart werden keine Unterscheidung C/A
während der Replikation.
Noch schlimmer sind Strang-Brüche, die zu Insertionen, Punktmutationen und
Auslöschungen führen.
Verwendung von Radioisotopen:
Durch die messbare Aktivität lassen sich auch kleinste Mengen radioaktiver Isotope
detektieren!
Ein Radioisotop ist weniger stabil als ein nicht-radioaktives Isotop.
Isotope eines beliebigen Elements zeigen chemisch ein identisches Verhalten; da sich
die Kernmasse unterscheidet, aber ein spektroskopisch leicht unterschiedliches
Verhalten (Isotopenmarkierung).
Z.B. nutzt eine Pflanze 14CO2 auf gleiche Art wie 12CO2. Der Zerfall von 14C lässt sich
über die Messung der Aktivität nachweisen. Spektroskopisch ist 14C schwieriger in
Schwingung zu versetzen als 12C, da schwerer.
Da radioaktive Strahlung tödlich sein kann wird sie zur Vernichtung von unliebsamen
Organismen verwendet.
Medizinisch werden Radioisotope für zwei Arten von Anwendungen genutzt:
1) Bildgebung (Imaging)
2) Therapie (Krebsbehandlung)
Verwendung von Radioisotopen:
Da radioaktive Strahlung tödlich sein kann, wird sie zur Vernichtung von unliebsamen
Organismen verwendet.
Lebensmittelbestrahlung – tötet Mikroorganismen und verlängert das „shelf-life“
sprich MHD (gesund/ethisch?)
Kontrolle von Insekten – Bestrahlung zur Sterillisierung (Fruchtfliege in CA)
