hajoamisnopeuden

Hajoamisnopeuden käsite kuvaa sitä, miten nopeasti jokin aine hajoaa tai muuttuu toiseksi koostumukseltaan. Termiä käytetään sekä radioaktiivisessa hajoamisessa että kemiallisessa hajoamisessa, ja sitä voidaan tarkastella eri tasoilla riippuen kontekstista. Yleisesti hajoamisnopeus voidaan ilmentää määränä ajassa ja se riippuu usein sekä aineesta että olosuhteista, kuten lämpötilasta tai valosta.

Radioaktiivisessa hajoamisessa hajoamisnopeus liittyy määrään N homogerisesta aineesta: dN/dt = -λN, jossa λ on hajoamisvakio. Hajoamisvakio kertoo, kuinka nopeasti hajoaminen etenee, ja sen käänteinen arvo on keskimääräinen elinikä. Aktiviteetti A, joka mittaa hajoavien ytimien määrää aikayksikköä kohti, on A = λN ja sen yksikkö on becquerel (s^-1). Vakiokokoisessa tapauksessa t_1/2, eli puolen hajoamisaika, on t_1/2 = ln 2 / λ.

Kemiallisessa hajoamisessa hajoamisnopeus määritellään usein -d[A]/dt, jossa [A] on hajoavat aineen konsentraatio. Yleisimmät mallit ovat first-order ja useamman aineen (esim. second-order) reaktiot. First-order -kriittisessä tapauksessa -d[A]/dt = k[A], ja ratkaisu on [A] = [A]0 e^{-kt}, jolloin hajoamisnopeus pienenee ajan myötä.

Hajoamisnopeuteen vaikuttavat tekijät ovat usein sekä olosuhteet että aineen ominaisuudet. Lämpötilan nosto nostaa nopeutta usein Arrhenius-yhtälön mukaisesti: k = A e^{-Ea/RT}. Valo, kulkeutuvuus, katalyytit, pH, kosteustaso ja epäpuhtaudet voivat muuttaa sekä hajoamisnopeutta että reaktion kulkua.

Mittaaminen perustuu usein näytteenottoon ja analyysiin, kuten aktiivisuuden mittaukseen radioaktiivisessa tapauksessa tai pitoisuuksien seuraamiseen spektroskopialla, kromatografialla tai titrauksilla. Hajoamisnopeuden tunteminen on keskeistä esimerkiksi ympäristö- ja lääkevalmisteiden stabiilisuusennusteissa sekä turvallisuus- ja energiakäytännöissä.