Полураспад и изменение ядра
Передвигай время и сравнивай исходные и дочерние ядра. Вкладки показывают, что меняется при разных видах излучения.
Один шаг — один период; его длительность у разных нуклидов различна.
Доли рассчитаны по N/N₀ = 2⁻ᵗ, где t измерено в периодах выбранного процесса. Кружки — округлённая иллюстрация статистики большой совокупности.
Изотопы одного элемента
Изотопы — атомы одного элемента с одинаковым Z и разным числом нейтронов. Углерод-12, углерод-13 и углерод-14 имеют по шесть протонов, но 6, 7 и 8 нейтронов. Их массовые числа различаются.
| Изотоп | Протоны | Нейтроны | A |
|---|---|---|---|
| C-12 | 6 | 6 | 12 |
| C-13 | 6 | 7 | 13 |
| C-14 | 6 | 8 | 14 |
У нейтральных атомов изотопов одинаковое число электронов и очень сходные химические свойства. Разница масс может влиять на скорости процессов, поэтому говорить о полной тождественности всех свойств было бы слишком строго.
Изотопы различаются числом нейтронов при одинаковом Z. Их электронное строение и химические свойства очень сходны.
Три вида излучения меняют ядро по-разному
При α-распаде ядро испускает частицу из двух протонов и двух нейтронов: массовое число уменьшается на 4, атомный номер на 2. Например, ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He. Проверка основана на сохранении суммы массовых чисел и зарядов в записи ядерного превращения.
| Излучение | Изменение A | Изменение Z |
|---|---|---|
| α | −4 | −2 |
| β⁻ | 0 | +1 |
| γ | 0 | 0 |
При β⁻-распаде нейтрон превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино: A сохраняется, Z увеличивается на 1. Испущенный электрон возникает при ядерном превращении, а не вылетает с атомной орбитали. γ-излучение уносит энергию возбуждённого ядра без изменения A и Z.
Вид радиоактивного распада определяет изменение A и Z. Ядерные превращения отличаются от перестройки электронной оболочки.
Периодическая система химических элементов
В периодической системе находят символы элементов и значения относительных атомных масс.
Cepheus · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Электронные уровни натрия
Натрий: распределение электронов 2, 8, 1. Круги условно обозначают уровни и не являются траекториями электронов.
Pumbaa; исходная работа Greg Robson · Wikimedia Commons · CC BY-SA 2.0 UK. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Радиоактивность меняет ядро
Некоторые ядра неустойчивы и самопроизвольно превращаются с испусканием излучения. Это радиоактивность. При таких превращениях может измениться состав ядра, а значит и химический элемент; обычная химическая реакция ядра не перестраивает.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Химическая реакция | Меняются связи и электронное окружение | Ядра сохраняются |
| Радиоактивное превращение | Меняется ядро | Возможно появление другого элемента |
Не все изотопы радиоактивны: C-12 и C-13 стабильны, C-14 радиоактивен. Слово «изотоп» описывает соотношение Z и N, а слово «радиоактивный» — устойчивость ядра. Эти понятия нельзя заменять друг другом.
Радиоактивность связана с неустойчивостью ядер. Наличие изотопов не означает обязательную радиоактивность элемента.
Период полураспада — свойство совокупности
За один период полураспада в большой совокупности остаётся примерно половина исходных радиоактивных ядер. За два — четверть, за три — восьмая часть. Это статистическая закономерность, а не расписание распада каждого отдельного атома.
Каждый период делит остаток пополам
ОСТАВШИЕСЯ ИСХОДНЫЕ ЯДРА
Дочерние продукты остаются частью материального баланса. Уменьшается число исходных радиоактивных ядер.
Изотопы применяют как метки и для исследования возраста материалов. Метод выбирают по свойствам конкретного изотопа и объекта. Измерение распада требует профессиональных приборов и не сводится к наблюдению цвета или запаха вещества. Количественный пример: после трёх периодов полураспада от большого исходного числа нераспавшихся ядер в среднем остаётся (1/2)³ = 1/8, то есть 12,5 %. Убывает количество исходного радионуклида, а не исчезает вся масса образца: возникают дочерние ядра. Момент распада отдельного ядра предсказать нельзя; закономерность статистическая. Химическое связывание обычно практически не меняет период такого ядерного распада.
Подробности: понятия и примеры
- Начало
100 % исходных ядер.
- Один период
Около 50 %.
- Два периода
Около 25 %.
- Три периода
Около 12,5 %.
Период полураспада описывает изменение большого числа ядер. Момент распада отдельного ядра заранее не задаётся.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 8. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 08. Явление радиоактивности.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e