Chemia radiacyjna

Dział chemii zajmujący się badaniem reakcji chem. zachodzących pod wpływem promieniowania jonizującego. Najczęściej stosowanymi w chemii radiacyjnej rodzajami promieniowania są: strumienie elektronów przyspieszonych w akceleratorach, zwł. w akceleratorach wytwarzających b. krótkie impulsy promieniowania, promieniowanie ze źródeł izotopowych i promieniowanie rentgenowskie. Promieniowanie lub rentgenowskie przekazuje energię ośr. w zjawisku fotoelektrycznym, w zjawisku Comptona albo w zjawisku kreacji par negaton pozyton, w których powstają szybkie elektrony. Pierwsze zjawisko występuje gł. w wypadku niskoenerg. kwantów (dziesiątki keV), drugie gł. w wypadku kwantów o energii od 0,1 do kilku MeV, a trzecie gdy energia kwantów jest większa od 1,022 MeV. Szybkie elektrony przechodzące przez ośr. powodują jonizację (tj. powstanie jonów dodatnich i swobodnych elektronów, tzw. elektronów wtórnych) i wzbudzenie elektronowe cząsteczek wzdłuż swego toru. Wybite elektrony wtórne mogą zostać schwytane w pułapkach energ. (elektrony zlokalizowane na różnych defektach sieci krystal. ciała stałego lub elektrony solwatowane w cieczy), przyłączyć się do elektronofilowych cząsteczek lub trwałych jonów tworząc rodniki lub rodnikojony, albo też wrócić do macierzystego jonu, tworząc silnie wzbudzoną cząsteczkę. Cząsteczki wysokoenerg. w znacznym stopniu rozpadają się na wolne rodniki. Powstałe rodniki, rodnikojony i solwatowane elektrony są aktywnymi indywiduami chem. i inicjują liczne reakcje chem.; np. w wodzie pod wpływem promieniowania powstają rodniki H i OH oraz elektrony hydratowane i jony H2O+, powstałe elektrony mogą reagować z cząsteczkami wody:
+ H2O OH + H
a jony H2O+ rozpadać się:
H2O+ H+ + OH
powstałe rodniki mogą ulegać rekombinacji:
H + H H2
OH + OH H2O2
H + OH H2O;
w miarę wzrostu stężenia produktów radiolizy zachodzą inne reakcje, np. H2O2 + OH H2O + HO2, nietrwały rodnik HO2 wchodzi w dalsze reakcje. Reakcje rodników i jonów są b. szybkie; wiele z nich zachodzi w ciągu ms lub nawet ns i do zbadania ich przebiegu stosuje się specjalne metody, gł. radiolizę impulsową, polegającą na wzbudzeniu badanego układu b. krótkim impulsem z akceleratora elektronów i śledzeniu zachodzących zmian m.in. metodą spektrofotometryczną lub po spowolnieniu reakcji w wyniku obniżenia temperatury (do ok. 77 K lub 4 K) metodą elektronowego rezonansu paramagnetycznego.
Procesy chem. inicjowane promieniowaniem jonizującym mogą być wykorzystane w przemyśle, m.in. do modyfikacji właściwości tworzyw sztucznych, inicjowania polimeryzacji, niektórych syntez chem.; np. napromienienie polietylenu powoduje jego usieciowanie wykorzystywane do zwiększenia wytrzymałości termicznej izolacji oraz do produkcji opakowań termokurczliwych; napromienienie lateksu kauczuku naturalnego powoduje jego usieciowanie, analogicznie jak w wypadku wulkanizacji siarką; promieniowanie może inicjować reakcje sulfochlorowania węglowodorów parafinowych, w wyniku których otrzymuje się środki piorące rozkładające się pod wpływem mikroorganizmów znajdujących się w ściekach, więc mniej groźne dla środowiska przyr. niż analogiczne substancje otrzymywane z węglowodorów aromatycznych. Niektóre reakcje inicjowane promieniowaniem jonizującym wykorzystuje się w dozymetrii do oznaczania ilości promieniowania pochłoniętego przez dany układ. Badania dotyczące procesów zachodzących pod wpływem promieniowania jonizującego w organizmach żywych mają podstawowe znaczenie dla radiobiologii.
Chemia radiacyjna formalnie może być uważana za dział kinetyki chem., ale faktycznie zakres jej jest szerszy i wiąże się bezpośrednio z różnymi działami chemii, fizyki i biologii. Pierwszą zaobserwowaną reakcją z zakresu chemii radiacyjnej było wydzielenie się wodoru i tlenu z wody zawierającej a-promieniotwórcze związki radu (1904 M. Skłodowska-Curie). Rozwój chemii radiacyjnej nastąpił w USA w okresie II wojny świat. w związku z badaniami dotyczącymi chem. skutków działania promieniowania na różne substancje, związanymi z budową pierwszych reaktorów jądr. i produkcją broni jądrowej.