11.sınıf Kimya 5.ünite

Kimya Dersi 11.Sınıf Öğretim Programı 5. Ünite

: ÇEKĐRDEK KĐMYASI

Önerilen Süre

: 12 Ders Saati

A. Ünitenin Amacı Bu ünitede çekirdeğin yapısı ve kararlığı irdelemesi, devamında fisyon ve füsyon tepkimeleri incelenecek, nükleer reaktörlerin işleyişi ve nükleer enerjinin sosyal ve ekonomik yönleri sorgulanacaktır. Radyoaktiflikten kaynaklanan tehlikelerden korunmak için alınacak tedbirler ve radyoaktif izotopların kullanım alanları bu ünitede irdelenecektir. B. Ünitede Önerilen Konu Başlıkları 1. 2. 3. 4.

Çekirdeğin yapısı ve kararlılık Yapay çekirdek reaksiyonları, fisyon ve füzyon Aktiflik, radyoaktif ışınların sayımı ve sağlığa etkisi Radyoaktif maddelerin kullanım alanları

C. Ünitenin Kavram Listesi •

Atom altı tanecik

•

Kuark ve Antikuark

•

Lepton ve Antilepton

•

Pozitron

•

Elektron

•

Doğal radyoaktiflik

•

Kararlılık Kuşağı

•

Çekirdek dönüşümü

•

Fisyon

•

Füzyon

•

Nükleer enerji

•

Radyoaktif ışın

•

Radyoaktiflik

•

Aktiflik

•

Doz

•

Etkin doz

•

Absorblanmış doz

•

Biyolojik eşdeğer doz

•

Radyoaktif izotop

70

Kimya Dersi 11.Sınıf Öğretim Programı 5. Ü(ĐTE: ÇEKĐRDEK KĐMYASI Ü(ĐTE

KAZA(IMLAR

ÇEKĐRDEK KĐMYASI

1.

ĐŞLE(ĐŞ DERĐ(LĐĞĐ/ETKĐ(LĐK ÖR(EKLERĐ

Çekirdeğin yapısı ve kararlılık ile ilgili olarak öğrenciler; 1.1. Atom altı taneciklerin temel parçacık olup olmadıklarını sorgular. 1.2. Nükleonların yapı taşlarını ve diğer temel parçacıkları sınıflandırır. 1.3. Đzotop çekirdeklerinin yapısı ile kararlılığı arasında ilişki kurar. 1.4. Kararsız izotopların kararlı hâle geçiş mekanizmalarını (doğal radyoaktifliği) açıklar.

↸ “Maddenin bölünmez bir yapı taşı var mıdır?” sorusu esas alınarak, atom altı taneciklerin nasıl çarpıştırılabileceği ve halen başarılmış çarpıştırma deneylerinin sonuçları tartışılır. Bu deney sonuçlarından hareketle geliştirilen standart modelin, leptonlar ve kuarklar ile ilgili kısmı özetlenir. Atom çekirdeğindeki protonların ve nötronların farklı kuark tiplerinin bir araya gelmesi ile oluşumuna ilişkin çıkarımlar irdelenir. Nükleonların (proton, nötron) gerçekte temel parçacık sayılıp sayılamayacağı tartışılır (1.1). ↸ Nükleonların hızlandırıcılarda çarpıştırılması deneylerinin sonuçları kısaca özetlendikten sonra bu sonuçları açıklamak için varlıkları teorik olarak ortaya konulan kuarkların ve leptonların, yükleri ve ‘renkleri’ incelenir. Protonun ve nötronun yapısını teşkil eden kuarkların tipleri ve yükleri irdelendikten sonra protondaki ve nötrondaki kuarkları bir arada tutan “güçlü nükleer kuvvetler” ve proton içi/nötron içi yük dağılımının asimetrik olmasından kaynaklanan “dipol” karakter ele alınarak bu parçacıkların çekirdekte bir arada bulunabilmelerinin sebebi, “zayıf nükleer kuvvetler” ile açıklanır (1.2). ↸ Kararlı doğal izotopların nötron sayıları proton sayılarına karşı grafiğe alınarak oluşturulan “kararlılık kuşağı” incelenir. Proton ve nötron sayıları ile bulunan noktanın bu grafikteki yerine bakılarak çeşitli izotopların kararlı olup olmayacağı irdelenir. Bir çekirdeğin kararlılığı ile içerdiği proton ve nötron sayıları arasında ilişki bulunduğu sonucuna varıldıktan sonra, çekirdekte proton ve nötronların yerleşimi sorgulanır (1.3). ↸ Kararlılık kuşağının altında, üstünde ve ötesinde yer alan çekirdeklerin, beta (β) ışıması, nötron yakalama; pozitron yayma, elektron yakalama ve alfa (α) ışıma yolu ile kararlı hâle geçişleri örnekleri ile işlenir. Yayılan ışın tiplerinin atom numarası ve kütle numarasında yol açtığı değişimler irdelenir. Yalnızca gama (γ) ışıması yaparak kararlı hale geçen radyoaktif izotop örneklerinin yaydıkları bu ışınların, elektronların katman değiştirmesinden kaynaklanmadığı bilgisi kullanılarak, nasıl oluştukları sorgulanır. γ fotonlarının çekirdek tarafından yayılmış olmasından çıkılarak, nükleonların da elektronlar gibi belli enerji düzeylerine dağılmış olduğu, çekirdeklerin temel ve uyarılmış enerji düzeylerinden söz edilebileceği sonucuna götürecek yönlendirilmiş bir tartışma yapılır (1.4; 1.5).

↸: Sınıf-Okul Đçi Etkinlik

: Diğer Derslerle Đlişkilendirme

[!]: Uyarı


: Sınırlamalar

71

AÇIKLAMALAR


 [!] 1.2 Elektron ve pozitron haricindeki leptonların isimlendirilmesine girilmez; antilepton sayılarını belirtmekle yetinilir. Antikuarklar, gluonlar ve spine göre sınıflandırma (hadronlar, fermionlar) konularına girilmez.
 [!] 1.2 Kuarklar ile leptonlardan elektron, antileptonlardan ise pozitron tanıtılır; her kuarkın bir antikuarkı olduğu belirtilir. Kuarkların yükleri ve ‘renk’ özellikleri açıklanır.  Öğrenciler, tabiattaki temel kuvvetleri 9. Sınıf Fizik dersi 4. ünitede ismen öğrenmişlerdir. [!] 1.4 Çekirdekteki düzeylerinin henüz bilinmediği vurgulanır.

katmanlı enerji ayrıntıları ile


 1.4 Radyoaktif parçalanma serileri ile ilgili kütle numarası/atom numarası hesaplama uygulamalarında gerçek örnekler kullanılır; hipotetik örnekler üzerinden ölçme-değerlendirme yapılmaz.

Kimya Dersi 11.Sınıf Öğretim Programı 5. Ü(ĐTE: ÇEKĐRDEK KĐMYASI Ü(ĐTE

KAZA(IMLAR

ÇEKĐRDEK KĐMYASI

2.

Yapay çekirdek reaksiyonları, fisyon ve füzyon ile ilgili olarak öğrenciler; 2.1. Çekirdek dönüşümünü açıklar ve örneklendirir. 2.2. Yaygın kullanılan yapay radyoaktif izotopların üretimini çekirdek dönüşümleriyle ilişkilendirir. 2.3. Çekirdek fisyonunu örnek denklemlerle açıklar. 2.4. Nükleer reaktörlerin işlevini ve çalışma ilkelerini açıklar. 2.5. Nükleer enerjiyi sosyal, ekonomik ve çevre yönüyle sorgular. 2.6. Geleceğin enerji kaynağı olarak füzyonu ve önemini açıklar.

ĐŞLE(ĐŞ DERĐ(LĐĞĐ/ETKĐ(LĐK ÖR(EKLERĐ

AÇIKLAMALAR

↸ Hafif izotop çekirdeklerinin nötron (n), proton (p) ve alfa (α) parçacıkları ile bombardımanı sonucu ortaya çıkan çekirdek dönüşümlerle ilgili Rudherford’un ilk deneyimi (1919) ve başka örnekler incelenir. Bu tepkimelere ilişkin denklemlerin nasıl denkleştirileceği tartışılır. Çekirdek dönüşümü yoluyla doğada bulunmayan izotopların elde edilip edilemeyeceği tartışıldıktan sonra, özellikle tıp alanında kullanılan iyot-131, talyum-201, teknesyum-99, kobalt-60 gibi yapay radyoizotopların elde ediliş yöntemlerine ilişkin denklemler incelenir (2.1; 2.2). ↸ U-235 ve Pu-239 izotoplarının nötron bombardımanıyla fisyona uğrama tepkimelerine örnek denklemler yazılır. Zincir reaksiyonu kavramı açıklanır. Fisyon reaksiyonunun nasıl kontrol edilebileceği irdelenir. Fisyon tepkimelerinin nasıl enerji açığa çıkardığı sorgulanır. Nükleer reaktörlerde yakıtın ve moderatörün işlevi tartışılır. Reaktörün çalışma ilkeleri şekil üzerinde açıklanır. Nükleer reaktörlerin enerji üretimi yanında yapay izotop elde etme işlevlerine örnekler verilir (2.3; 2.4). ↸ Nükleer enerji, maliyet, çevre ve sürdürülebilirlik açısından diğer enerji kaynaklarıyla karşılaştırılarak irdelenir. Nükleer santrallerin hangi şartlarda kabul edilebilir bir çözüm olabileceği konusunda bir tartışma açılır. Nükleer atıklardaki çeşitli radyoizotopların nasıl oluştuğu sorgulandıktan sonra yarı ömür kavramı irdelenir. Yarı ömür kavramı çerçevesinde nükleer atıkların gelecek için tehlikeli bir kirletici sayılmasının nedeni tartışılır (2.5).


 2.1 Çekirdek dönüşümleri ile ilgili kütle numarası/atom numarası hesaplama uygulamalarında gerçek örnekler kullanılır; hipotetik örnekler üzerinden ölçmedeğerlendirme yapılmaz.

↸ Hafif çekirdeklerin kaynaşması (füzyon) örneklerle açıklanır. Füzyon reaksiyonlarında birim kütle başına enerji kazanımı, fisyon reaksiyonlarıyla karşılaştırılır. Füzyon yoluyla enerji elde etmenin çevre ve sürdürülebilirlik açısından önemi tartışılır. Füzyon reaksiyonlarının oluşma şartları gözden geçirilerek güneşte süre giden bu olayların yeryüzünde neden henüz başarılamadığı irdelenir (2.6). ↸: Sınıf-Okul Đçi Etkinlik

[!]: Uyarı


: Sınırlamalar

72

[!] 2.4; 2.5 Nükleer reaktörlerle ilgili bir okuma metni verilir. Bu metinde, uranyumun doğal izotopları, bu izotopların fisyon özellikleri, uranyum izotoplarının birbirinden ayrılması, nükleer reaktörde oluşan yapay radyoizotoplar, atıkların zararsız hâle getirilmesi, U-238 izotopuna nötron difüzyonu sonucu ağır izotopların oluşması, bu izotoplardan bazılarının atom bombası yapımında kullanılması ve bunların sonucu olarak U-235, U-238 karışımı ve Pu239 yakıtlarını kullanan iki reaktörün stratejik açıdan neden farklı oldukları açıklanır. [!] 2.5 Yaygın kullanılan ve nükleer reaktörlerde oluşup atıklara karışan radyoizotopların yarı ömürleri ile ilgili bir çizelge verilir. [!] 2.6 Güneş ve yıldızların enerjilerini nasıl ürettikleri konusu hakkında bir okuma parçası verilir.

Kimya Dersi 11.Sınıf Öğretim Programı 5. Ü(ĐTE: ÇEKĐRDEK KĐMYASI Ü(ĐTE

KAZA(IMLAR

ÇEKĐRDEK KĐMYASI

3.

Aktiflik, radyoaktif ışınların sayımı ve sağlığa etkisi ile ilgili olarak öğrenciler; 3.1. Radyoaktif ışınları giricilik ve iyonlaştırma özellikleri bakımından karşılaştırır. 3.2. Aktiflik, “absorblanmış doz”, “biyolojik eşdeğer doz” kavramlarını ve bunların birimlerini, ışınların zararları ile ilişkilendirir. 3.3. Radyoaktiflikten kaynaklanan tehlikelerden korunmak için alınacak tedbirleri sıralar. 3.4. Radyoaktiflik ile ilgili uyarı işaretlerini tanır.

↸: Sınıf-Okul Đçi Etkinlik

ĐŞLE(ĐŞ DERĐ(LĐĞĐ/ETKĐ(LĐK ÖR(EKLERĐ

AÇIKLAMALAR

↸ Radyoaktif ışınların çeşitli ortamlardaki giricilikleri ve iyonlaştırma özellikleri karşılaştırılır. Bu özellikler ile radyoaktif maddelerin ambalajlarının nitelikleri ilişkilendirilir (3.1). ↸ Radyoaktif maddelerin yaydıkları ışınların sayılmasının ve taşıdıkları enerjinin önemi tartışılır. Aktiflik birimi olarak becquerel (Bq) tanıtılır. Absorblanmış doz (soğurulmuş doz) kavramının anlamı tartışıldıktan sonra bu büyüklüğün birimi olan gray (Gy) tanımlanır. Biyolojik eşdeğer doz [Birim: sievert (Sv)] ile absorblanmış doz arasındaki fark irdelenir (3.2). ↸ Đş güvenliği ve sivil savunma açısından, radyoaktif ışınların zararlarından korunmak için alınabilir önlemler açıklanarak tartışılır. Radyoaktivite ile ilgili uyarı ve alarm işaretleri ile tehlike sembolleri tanıtılır (3.3; 3.4).

[!]: Uyarı

73

[!] 3.1; 3.2 Geiger-Müller yöntemini şekil üzerinde açıklayan ve ayrıca, radyoaktif maddelerle çalışanlar ve diğer vatandaşlar için öngörülen biyolojik eşdeğer doz sınırları ile ilgili açıklama ve çizelgeleri içeren bir okuma metni verilir.

Kimya Dersi 11.Sınıf Öğretim Programı 5. Ü(ĐTE: ÇEKĐRDEK KĐMYASI Ü(ĐTE

KAZA(IMLAR

ĐŞLE(ĐŞ DERĐ(LĐĞĐ/ETKĐ(LĐK ÖR(EKLERĐ

AÇIKLAMALAR

ÇEKĐRDEK KĐMYASI

[!] 4.1- 4.4 Örnek olarak alınan uygulamaların dayandığı ilkeler açıklanır; özellikle tıptaki uygulamalarda hastanın maruz kaldığı dozun kalıcı etki bırakmayacak düzeyde seçildiği belirtilir. 4.

Radyoaktif maddelerin kullanım alanları ile ilgili olarak öğrenciler; 4.1. Radyoaktif izotopların kullanım alanlarını sıralar. 4.2. Bilimsel araştırmalarda radyoaktif izotop kullanımına örnekler verir. 4.3. Radyoizotopların tıptaki teşhis ve tedavi amaçlı uygulamalarına örnekler verir. 4.4. Endüstride radyoizotopların kullanım ilkelerini açıklar.

↸: Sınıf-Okul Đçi Etkinlik

[!]: Uyarı

↸ Radyoaktif izotopların kullanım alanları sınıflandırıldıktan sonra, radyoaktiflik sayım yoluyla arkeolojik kalıntıların tarihlenmesi, izotop etiketleme yoluyla radyoaktif hâle getirilmiş moleküller kullanılarak bitki gelişiminin incelenmesi gibi bilimsel; teşhis ve tedavi amaçlı tıbbî ve ayrıca endüstriyel amaçlı radyoizotop uygulamalarına örnekler verilir (4.1-4.4).


 [!] 4.2 Radyoizotop yöntemi ile Yerküre’nin yaşının belirlenmesi ve arkeolojik tarihleme yöntemleri işlenirken kabul edilen varsayımlar irdelenir. Bu varsayımlar üzerine kurulu tarihleme ilkeleri açıklanır ve ölçme-değerlendirmede bu ilkeler esas alınır. Konu ile ilgili sayısal problemler ölçme-değerlendirmede kullanılmaz. [!] 4.3 Bilgisayarlı tomografi (BT) ve pozitron emisyon tomografisi (PET) yöntemleri ile görüntülemenin ilkeleri hakkında bir okuma metni verilebilir.


: Sınırlamalar

74

Kimya Dersi 11.Sınıf Öğretim Programı D. Önerilen Öğretim ve Değerlendirme Örnekleri Örnek Değerlendirme

:1

Đlgili Olduğu Kazanımlar : 1.4; 2.1 Aşağıdaki grafikte Uranyum- 238 izotopu ile başlayıp Kurşun- 206 izotopu ile sonlanan bozunma serisi verilmiştir. Grafikte görülen sağa doğru yatay oklar β , sola aşağıya doğru çapraz oklar α ışımalarını göstermektedir.

Grafiği kullanarak U-238 serisindeki aşağıda belirtilen izotopların tek basamaklı bozunmalarını gösteren çekirdek reaksiyonlarını yazarak sözle ifade ediniz. a) Radyum- 226 b) Kurşun- 214 c) Polonyum- 214

75

Kimya Dersi 11.Sınıf Öğretim Programı Örnek Değerlendirme

:2

PROJE Sınıf Ünite Adı Kazanımlar

11 Çekirdek Kimyası

4.1. Radyoaktif izotopların kullanım alanlarını sıralar. 4.2. Bilimsel araştırmalarda radyoaktif izotop kullanımına örnekler verir. 4.3. Radyoizotopların tıptaki teşhis ve tedavi amaçlı uygulamalarına örnekler verir. 4.4. Endüstride radyoizotopların kullanım ilkelerini açıklar. Süre Puanlama Yöntemi

2 ay Dereceli puanlama anahtarı

Projeyi Hazırlama Süreci Radyoizotopların (Kobalt- 60, Đyot-131, Uranyum- 238, , Polonyum-212, Fosfor-32 gibi) bilimsel araştırmalarda, tıpta ve endüstride herhangi bir kullanım alanı seçilerek bununla ilgili bir proje hazırlanacaktır. Bu projede; • • • •

Seçilen alanda hangi radyoizotopların kullanıldığı, Sözkonusu alanda kullanılan radyoizotopların uygulanma amacı, Araştırmaya konu olan radyoizotopların kullanım ilkeleri, Radyoizotopların, bilimsel araştırmalarda, tıpta ve endüstride

•

Ayrıca projede radyoizotopların tıp veya endüstrideki kullanımları ile ilgili bir poster hazırlanacaktır.

kullanımları araştırılacak ve bu araştırmanın sonuçlarına proje raporunda yer verilecektir.

Bütün bunlar için; 1. Bir araştırma planı oluşturunuz; bu planda yapılacak işleri, gerekiyorsa görevli kişileri ve çalışma takvimini belirtiniz. 2. Araştırma için dergiler, kütüphaneler, internet, yakın çevrenizdeki kişi ve kuruluşlardan yararlanabilirsiniz. 3. Projenizin sonunda hazırladığınız raporu …….dk.’lık sürede sunulacak şekilde sunum olarak hazırlayınız. 4. Sunumun görselliğini resimlerle, grafikler vb. çalışmalarla artırabilirsiniz. 5. Araştırmanızı en geç …….. tarihine kadar bitirmelisiniz.

Aşağıdaki dereceli puanlama anahtarı ödevinizin hangi ölçütlere göre değerlendirileceği konusunda sizlere bilgi vermek için hazırlanmıştır. Proje çalışmasının hazırlama ve sunum aşamasında, burada verilen ölçütler size yol gösterici olacaktır.

76

Kimya Dersi 11.Sınıf Öğretim Programı PROJE VE SU(U DEĞERLE(DĐRME DERECELEME ÖLÇEĞĐ 4 3 2 1 (Đyi) (Orta) (Zayıf) (Çok BECERĐLER iyi) I. PROJE HAZIRLAMA SÜRECĐ Projenin amacını belirleme Projeye uygun çalışma planı yapma Đhtiyaçları belirleme Farklı kaynaklardan bilgi toplama Projeyi plana göre gerçekleştirme Proje çalışmasının istekli olarak gerçekleştirilmesi II. PROJE(Đ( ĐÇERĐĞĐ Türkçe’yi doğru ve düzgün yazma Bilgilerin doğruluğu Toplanan bilgilerin analiz edilmesi Elde edilen bilgilerden çıkarımda bulunma Toplanan bilgileri düzenleme Kritik düşünme becerisini gösterme Yaratıcılık yeteneğini kullanma III.SU(U YAPMA Türkçeyi doğru ve düzgün konuşma Sorulara cevap verebilme Konuyu dinleyicilerin ilgisini çekecek şekilde sunma Sunuyu hedefe yönelik materyallerle destekleme Sunuda akıcı bir dil ve beden dili kullanma Verilen sürede sunuyu yapma Sunum sırasında özgüvene sahip olma Severek sunu yapma Genel Toplam

Bu ölçekten alınabilecek en yüksek puan 84, en düşük puan ise 21’dir. Öğrencinin aldığı puanlar 100 üzerinden değerlendirilir.

77