I forrige leksjon diskuterte vi problemet knyttet til Rutherfords eksperiment, som et resultat av at vi nå vet at atomet er en planetarisk modell. Dette er det som kalles den planetariske modellen av atomet. I sentrum av kjernen er en massiv, positivt ladet kjerne. Og elektroner kretser rundt kjernen i deres baner.
Ris. 1. Rutherfords planetmodell av atomet
Frederick Soddy deltok i eksperimentene sammen med Rutherford. Soddy er en kjemiker, så han utførte arbeidet sitt nøyaktig når det gjelder å identifisere de oppnådde elementene ved deres kjemiske egenskaper. Det var Soddy som klarte å finne ut hva a-partiklene var, hvis flyt falt på gullplaten i Rutherfords eksperimenter. Da det ble foretatt målinger, viste det seg at massen til en a-partikkel er 4 atommasseenheter, og ladningen til en a-partikkel er 2 elementærladninger. Ved å sammenligne disse tingene, etter å ha samlet et visst antall a-partikler, fant forskerne at disse partiklene ble til et kjemisk element - heliumgass.
De kjemiske egenskapene til helium var kjent, takket være at Soddy hevdet at kjernene, som er a-partikler, fanget elektroner fra utsiden og ble til nøytrale heliumatomer.
Deretter var hovedinnsatsen til forskere rettet mot å studere atomkjernen. Det ble klart at alle prosessene som skjer under radioaktiv stråling skjer ikke med elektronskallet, ikke med elektronene som omgir kjernene, men med selve kjernene. Det er i kjernene at noen transformasjoner skjer, som et resultat av at det dannes nye kjemiske elementer.
Den første slike kjede ble oppnådd for å transformere grunnstoffet radium, som ble brukt i forsøk på radioaktivitet, til inertgassen radon med utslipp av en a-partikkel; reaksjonen i dette tilfellet er skrevet som følger:
For det første er en a-partikkel 4 atommasseenheter og en dobbel, doblet elementær ladning, og ladningen er positiv. Radium har et serienummer på 88, massenummeret er 226, og radon har et serienummer på 86, et massenummer på 222, og en a-partikkel vises. Dette er kjernen til et heliumatom. I dette tilfellet skriver vi ganske enkelt helium. Ordningsnummer 2, massenummer 4.
Reaksjoner som fører til at nye kjemiske grunnstoffer dannes og samtidig dannes nye strålinger og andre kjemiske grunnstoffer kalles kjernefysiske reaksjoner.
Da det ble klart at radioaktive prosesser foregår inne i kjernen, vendte de seg mot andre grunnstoffer, ikke bare radium. Ved å studere forskjellige kjemiske elementer innså forskerne at det ikke bare er reaksjoner med utslipp, stråling av en a-partikkel fra kjernen til et heliumatom, men også andre kjernefysiske reaksjoner. For eksempel reaksjoner med utslipp av en b-partikkel. Vi vet nå at dette er elektroner. I dette tilfellet dannes også et nytt kjemisk grunnstoff, henholdsvis en ny partikkel, dette er en b-partikkel, det er også et elektron. Av spesiell interesse i dette tilfellet er alle kjemiske elementer hvis atomnummer er større enn 83.
Så, vi kan formulere den såkalte Soddys regler, eller forskyvningsregler for radioaktive transformasjoner:
. Under alfa-forfall reduseres atomnummeret til grunnstoffet med 2 og atomvekten med 4.
Ris. 2. Alfa-forfall
Under beta-forfall øker atomnummeret med 1, men atomvekten endres ikke.
Ris. 3. Beta-forfall
Liste over tilleggslitteratur
- Bronstein M.P. Atomer og elektroner. "Bibliotek "Quantum"". Vol. 1. M.: Nauka, 1980
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fysikk: Lærebok for 9. klasse på videregående. M.: "Opplysning"
- Kitaygorodsky A.I. Fysikk for alle. Fotoner og kjerner. Bok 4. M.: Vitenskap
- Myakishev G.Ya., Sinyakova A.Z. Fysikk. Optikk Kvantefysikk. 11. klasse: lærebok for fordypning i fysikk. M.: Bustard
- Rutherford E. Utvalgte vitenskapelige arbeider. Radioaktivitet. M.: Vitenskap
- Rutherford E. Utvalgte vitenskapelige arbeider. Atomets struktur og kunstig transformasjon av grunnstoffer. M.: Vitenskap
Ny alkymi? I 1903 oppdaget Pierre Curie at uransalter kontinuerlig og uten synlig reduksjon over tid frigjør termisk energi, som per masseenhet virket enorm sammenlignet med energien til de mest energiske kjemiske reaksjonene. Radium avgir enda mer varme - ca 107 J per time per 1 g rent stoff. Det viste seg at de radioaktive elementene som var tilgjengelige i dypet av kloden var tilstrekkelige (under forhold med begrenset varmefjerning) til å smelte magmaen
Hvor er kilden til denne tilsynelatende uuttømmelige energien? Marie Curie fremmet helt på slutten av 1800-tallet. to hypoteser. En av dem (delt av Lord Kelvin ) var at radioaktive stoffer fanger opp en slags kosmisk stråling, og lagrer den nødvendige energien. I samsvar med den andre hypotesen er stråling ledsaget av noen endringer i selve atomene, som samtidig mister energi, som sendes ut. Begge hypotesene virket like utrolige, men etter hvert samlet det seg mer og mer bevis til fordel for den andre.
Et stort bidrag til forståelsen av hva som skjer med radioaktive stoffer ble gitt av Ernest Rutherford. Tilbake i 1895 oppdaget den engelske kjemikeren William Ramsay, som ble kjent for oppdagelsen av argon i luften, en annen edelgass, helium, i mineralet kleveite. Deretter ble det oppdaget betydelige mengder helium i andre mineraler, men bare de som inneholdt uran og thorium. Det virket utrolig og rart hvor kan sjeldne gassen komme fra i mineraler? Da Rutherford begynte å undersøke naturen til alfa-partiklene som sendes ut av radioaktive mineraler, ble det klart at helium er et produkt av radioaktivt forfall ( cm. RADIOAKTIVITET). Dette betyr at noen kjemiske elementer er i stand til å "generere" andre; dette motsier all erfaring samlet av flere generasjoner av kjemikere.
Imidlertid var "transformasjonen" av uran og thorium til helium ikke begrenset til. I 1899 ble et annet merkelig fenomen observert i Rutherfords laboratorium (på den tiden jobbet han i Montreal): preparater av thoriumelementet i en lukket ampulle opprettholdt konstant aktivitet, men i friluft var aktiviteten deres avhengig av. Utkast. Rutherford skjønte raskt at thorium avgir radioaktiv gass (det ble kalt emanasjonen av thorium fra det latinske emanatio-utløpet, eller thoron), aktiviteten til denne gassen reduserte veldig raskt: med det halve på omtrent ett minutt (ifølge moderne data på 55,6 s) . En lignende gassformig "emanation" ble også oppdaget i radium (aktiviteten avtok mye langsommere) og ble kalt radiumemanation, eller radon. Aktinium ble også funnet å ha sin egen "emanasjon", som forsvinner på bare noen få sekunder; det ble kalt aktiniumemanasjon, eller aktinon. Deretter viste det seg at alle disse "emanasjonene" er isotoper av det samme kjemiske elementet radon ( cm. KJEMISKE ELEMENTER).
Etter å ha tildelt hvert medlem av serien til en av isotopene til kjente kjemiske elementer, ble det klart at uranserien begynner med uran-238 ( T 1/2 = 4,47 milliarder år) og ender med stabil bly-206; siden et av medlemmene i denne serien er det svært viktige grunnstoffet radium), kalles denne serien også uran radiumserien. Aktinium-serien (det andre navnet er actinouranium-serien) stammer også fra naturlig uran, men fra dens andre isotop 235 U ( T 1/2 = 794 millioner år). Thorium-serien begynner med nukliden 232 Th ( T 1/2 = 14 milliarder år). Til slutt begynner neptunium-serien, som ikke finnes i naturen, med den kunstig produserte lengstlevende isotopen av neptunium: 237 Np
® 233 Pa ® 233 U ® 229 Th ® 225 Ra ® 225 Ac ® 221 Fr ® 217 At ® 213 Bi ® 213 Po ® 209 Pb ® 209 Bi. Det er også en "gaffel" i denne serien: 213 Bi med 2% sannsynlighet kan bli til 209 Tl, som allerede blir til 209 Pb. Et mer interessant trekk ved neptunium-serien er fraværet av gassformige "emanasjoner", og sluttmedlemmet i serien er vismut i stedet for bly. Halveringstiden til stamfaren til denne kunstige serien er "bare" 2,14 millioner år, så neptunium, selv om det hadde vært tilstede under dannelsen av solsystemet, kunne ikke "overleve" til i dag, fordi Jordens alder er estimert til 4,6 milliarder år, og i løpet av denne tiden (mer enn 2000 halveringstider) ville ikke et eneste atom være igjen av neptunium.Som et eksempel avdekket Rutherford det komplekse virvar av hendelser i radiumtransformasjonskjeden (radium-226 er det sjette medlemmet av den radioaktive serien av uran-238). Diagrammet viser både symbolene fra Rutherfords tid og moderne symboler for nuklider, samt typen forfall og moderne data om halveringstider; i serien ovenfor er det også en liten "gaffel": RaC med en sannsynlighet på 0,04% kan transformeres til RaC""(210 Tl), som deretter blir til samme RaD ( T 1/2 = 1,3 min). Dette radioaktive blyet har en ganske lang halveringstid, så under forsøket kan man ofte ignorere dets videre transformasjoner.
Det siste medlemmet i denne serien, lead-206 (RaG), er stabil; i naturlig bly er den 24,1 %. Thorium-serien fører til stabil bly-208 (innholdet i "vanlig" bly er 52,4%), aktinium-serien fører til bly-207 (innholdet i bly er 22,1%). Forholdet mellom disse blyisotopene i den moderne jordskorpen er selvfølgelig relatert både til halveringstiden til modernuklidene og til deres opprinnelige forhold i materialet som jorden ble dannet av. Og "vanlig", ikke-radiogent bly i jordskorpen er bare 1,4 %. Så hvis det i utgangspunktet ikke fantes uran og thorium på jorden, ville det ikke være 1,6 x 10 3 % bly i det (omtrent det samme som kobolt), men 70 ganger mindre (som for eksempel sjeldne metaller som indium og thulium !). På den annen side ville en tenkt kjemiker som fløy til planeten vår for flere milliarder år siden ha funnet mye mindre bly og mye mer uran og thorium i den...Da F. Soddy i 1915 isolerte bly dannet seg fra nedbrytningen av thorium fra Ceylon-mineralet thorite (ThSiO 4), viste atommassen seg å være lik 207,77, det vil si mer enn "vanlig" bly (207,2). Dette er en forskjell fra den "teoretiske" (208) forklares av det faktum at thoritten inneholdt noe uran, som produserer bly-206. Da den amerikanske kjemikeren Theodore William Richards, en autoritet på måling av atommasser, isolerte bly fra noen uranmineraler som ikke inneholdt thorium, viste atommassen seg å være nesten nøyaktig 206. Tettheten til dette blyet var litt mindre, og det tilsvarte den beregnede:
r (Pb) ґ 206/207,2 = 0,994 r (Pb), hvor r (Pb) = 11,34 g/cm3. Disse resultatene viser tydelig hvorfor det for bly, som for en rekke andre grunnstoffer, ikke er noen vits i å måle atommasse med svært høy nøyaktighet: prøver tatt på forskjellige steder vil gi litt forskjellige resultater ( cm. KARBONNHET).I naturen forekommer kjedene av transformasjoner vist i diagrammene kontinuerlig. Som et resultat blir noen kjemiske elementer (radioaktive) omdannet til andre, og slike transformasjoner skjedde gjennom hele jordens eksistens. De første medlemmene (de kalles mor) av radioaktive serier er de lengstlevende: halveringstiden til uran-238 er 4,47 milliarder år, thorium-232 14,05 milliarder år, uran-235 (aka "actinouranium" stamfaren til actinium-serien) 703,8 millioner år. Alle påfølgende ("datter") medlemmer av denne lange kjeden lever betydelig kortere liv. I dette tilfellet oppstår det en tilstand som radiokjemikere kaller "radioaktiv likevekt": dannelseshastigheten for et mellomliggende radionuklid fra det overordnede uran, thorium eller aktinium (denne hastigheten er veldig lav) er lik nedbrytningshastigheten til denne nukliden. Som et resultat av likeheten mellom disse hastighetene er innholdet av et gitt radionuklid konstant og avhenger bare av halveringstiden: konsentrasjonen av kortlivede medlemmer av den radioaktive serien er liten, og konsentrasjonen av langlivede medlemmer er liten. større. Denne konstansen av innholdet av mellomliggende nedbrytningsprodukter vedvarer i veldig lang tid (denne tiden bestemmes av halveringstiden til modernukliden, som er veldig lang). Enkle matematiske transformasjoner fører til følgende konklusjon: forholdet mellom antall mors ( N 0) og barn ( N 1 , N 2 , N 3...) atomer er direkte proporsjonale med deres halveringstid: N 0:N 1:N 2:N 3 ... = T 0:T 1:T 2:T 3 ... Dermed er halveringstiden til uran-238 4,47 10 9 år, radium 226 1600 år, derfor er forholdet mellom antall atomer av uran-238 og radium-226 i uranmalm 4,47 10 9:1600 , hvorfra det er lett å beregne (under hensyntagen til atommassene til disse elementene) at for 1 tonn uran, når radioaktiv likevekt er nådd, er det bare 0,34 g radium.
Og omvendt, ved å vite forholdet mellom uran og radium i malm, samt halveringstiden til radium, er det mulig å bestemme halveringstiden til uran, og å bestemme halveringstiden til radium trenger du ikke å vent mer enn tusen år; det er nok å måle (ved dens radioaktivitet) nedbrytningshastigheten (dvs. d-verdien) N/d t) en liten kjent mengde av det elementet (med et kjent antall atomer N) og deretter i henhold til formelen d N/d t =
l N bestemme verdien l = ln2/ T 1/2 . Lov om forskyvning. Hvis medlemmene av en radioaktiv serie er plottet sekvensielt på det periodiske systemet av grunnstoffer, viser det seg at radionuklidene i denne serien ikke skifter jevnt fra hovedelementet (uran, thorium eller neptunium) til bly eller vismut, men "hopper" til høyre og deretter til venstre. I uranserien forvandles således to ustabile isotoper av bly (element nr. 82) til isotoper av vismut (element nr. 83), deretter til isotoper av polonium (element nr. 84), og deretter igjen til isotoper av bly. Som et resultat går det radioaktive elementet ofte tilbake til den samme cellen i elementtabellen, men det dannes en isotop med en annen masse. Det viste seg at det er et visst mønster i disse "hoppene", som F. Soddy la merke til i 1911.Det er nå kjent at når
en - råtner ut av kjernen en -partikkel (kjerne av et heliumatom,), derfor reduseres kjerneladningen med 2 (et skifte i det periodiske systemet med to celler til venstre), og massetallet reduseres med 4, noe som gjør det mulig å forutsi hvilken isotop av det nye elementet som vil bli dannet. En illustrasjon kan være a -radonforfall: ® + . Ved b -forfall, tvert imot, antall protoner i kjernen øker med én, men massen til kjernen endres ikke ( cm. RADIOAKTIVITET), dvs. det er en forskyvning i tabellen over elementer med én celle til høyre. Et eksempel er to påfølgende transformasjoner av polonium dannet fra radon:® ® . Dermed er det mulig å beregne hvor mange alfa- og beta-partikler som sendes ut, for eksempel som følge av forfallet av radium-226 (se uranserien), hvis vi ikke tar hensyn til "gaflene". Foreldre nuklid, endelig . Reduksjonen i masse (eller rettere sagt, massetall, det vil si det totale antallet protoner og nøytroner i kjernen) er lik 226 206 = 20, derfor ble det sendt ut 20/4 = 5 alfapartikler. Disse partiklene fraktet bort 10 protoner, og hvis det ikke var noen b -forfall, vil kjerneladningen til det endelige nedbrytningsproduktet være lik 88 10 = 78. I virkeligheten er det 82 protoner i sluttproduktet, derfor under transformasjonene ble 4 nøytroner omgjort til protoner og 4 ble sendt ut b -partikler.Veldig ofte etterpå
en -forfall følger to b -forfall, og dermed returnerer det resulterende elementet til den opprinnelige cellen i elementtabellen i form av en lettere isotop av det opprinnelige elementet. Takket være disse fakta ble det åpenbart at D.I. Mendeleevs periodiske lov gjenspeiler forholdet mellom egenskapene til elementer og ladningen til deres kjerne, og ikke deres masse (slik den opprinnelig ble formulert da strukturen til atomet ikke var kjent).Loven om radioaktiv fortrengning ble endelig formulert i 1913 som et resultat av møysommelig forskning fra mange forskere. Blant dem er det verdt å merke seg Soddys assistent Alexander Fleck, Soddys trainee A.S. Russell, den ungarske fysikalske kjemikeren og radiokjemikeren György Hevesy, som jobbet for Rutherford ved University of Manchester i 1911–1913, og den tyske (og senere amerikanske) fysiske kjemikeren. Casimir Fajans (1887–1975). Denne loven kalles ofte Soddys lov.
Kunstig transformasjon av grunnstoffer og kunstig radioaktivitet. Siden Becquerels tid har man lagt merke til at de mest vanlige stoffene som har vært i nærheten av radioaktive forbindelser selv blir mer eller mindre radioaktive. Rutherford kalte det "begeistret aktivitet", og Curies kalte det "indusert aktivitet", men i lang tid kunne ingen forklare essensen av fenomenet.I 1919 studerte Rutherford passasjen
en -partikler gjennom ulike stoffer. Det viste seg at når truffet av hurtigflygende en -partikler rundt kjernene til lette grunnstoffer, for eksempel nitrogen, hvorfra raskt flygende protoner (hydrogenkjerner) av og til kan slås ut, mens en -partikkelen er en del av kjernen, som øker ladningen med én. Altså som et resultat av reaksjonen+ ® + Et annet kjemisk element er dannet av nitrogen - oksygen (dens tunge isotop). Dette var den første kunstig utførte reaksjonen for å konvertere ett element til et annet. I denne, så vel som alle andre kjernefysiske prosesser, er både den totale ladningen (subscripts) og massetallet bevart, dvs. totalt antall protoner og nøytroner (superscripts).Den eldgamle drømmen om alkymister gikk i oppfyllelse: mennesket lærte å transformere noen elementer til andre, selv om ingen forventet et praktisk resultat av denne ferdigheten på Rutherfords tid. Faktisk å få
en -partikler, var det nødvendig å ha sin kilde, for eksempel et radiumpreparat. Verre, per million "frigitt for nitrogen" en -partikler utgjorde i gjennomsnitt bare 20 oksygenatomer.Over tid ble andre atomreaksjoner realisert, og mange av dem fant praktisk bruk. I april 1932, på et møte i det engelske vitenskapsakademiet (Royal Society), kunngjorde Rutherford at laboratoriet hans hadde vellykket utført reaksjoner med å splitte lette elementer (for eksempel litium) med protoner. For å gjøre dette ble protoner hentet fra hydrogen akselerert ved bruk av høye spenninger lik titalls eller til og med hundretusenvis av volt. Protoner som har mindre enn
en -partikler, ladning og masse, trenger lettere inn i kjernen. Ved å introdusere seg selv i litium-7-kjernen, gjør protonet den til en beryllium-8-kjernen, som nesten øyeblikkelig "dumper" overflødig energi, faller fra hverandre i to, i to a-partikler: + ® () ® 2 . Hvis vi tar en lett isotop av litium (naturlig litium inneholder 7,5%), dannes kjernene til to heliumisotoper:+ ® () ® + . Når bombardert med oksygenprotoner, ble fluor oppnådd: + ® + ; ved avskalling av aluminiummagnesium:+ ® + .Mange forskjellige transformasjoner ble utført med deuteroner, kjernene til den tunge hydrogenisotopen deuterium, akselerert til høye hastigheter. Så under reaksjonen
+ ® + Supertungt hydrogen og tritium ble produsert for første gang. Kollisjonen av to deuteroner kan gå annerledes: + ® + , er disse prosessene viktige for å studere muligheten for en kontrollert termonukleær reaksjon. Reaksjonen var viktig+ ® () ® 2 , siden det allerede forekommer ved en relativt lav energi av deuteroner (0,16 MeV) og er ledsaget av frigjøring av kolossal energi 22,7 MeV (husk at 1 MeV = 10 6 eV, og 1 eV = 96,5 kJ/mol) .Reaksjonen som oppstår under avskallingen av beryllium har fått stor praktisk betydning.
a - partikler: + ® () ® + , førte det i 1932 til oppdagelsen av den nøytrale nøytronpartikkelen, og radium-beryllium nøytronkilder viste seg å være veldig praktiske for vitenskapelig forskning. Nøytroner med forskjellige energier kan også oppnås som følge av reaksjoner + ® + ; + ® + ; + ® + . Nøytroner som ikke har ladning trenger spesielt lett inn i atomkjerner og forårsaker en rekke prosesser som avhenger både av nuklidet som avfyres og av hastigheten (energien) til nøytronene. Dermed kan et sakte nøytron ganske enkelt fanges opp av kjernen, og kjernen frigjøres fra noe overflødig energi ved å sende ut et gamma-kvante, for eksempel:+ ® + g . Denne reaksjonen er mye brukt i atomreaktorer for å kontrollere fisjonsreaksjonen til uran: kadmiumstaver eller -plater skyves inn i kjernefysisk kjelen for å bremse reaksjonen.I 1934 ble ektemennene til Irene og Frederic Joliot-Curie gjort en viktig oppdagelse. bombet
en- partikler av noen lette grunnstoffer (polonium avga dem), forventet de en reaksjon som ligner den som allerede er kjent for beryllium, dvs. slå ut nøytroner, for eksempel:
Hvis saken var begrenset til disse transformasjonene, så etter opphøret en -bestråling, burde nøytronfluksen ha tørket opp umiddelbart, så etter å ha fjernet poloniumkilden forventet de opphør av all aktivitet, men fant ut at partikkeltelleren fortsatte å registrere pulser som gradvis bleknet ut i nøyaktig samsvar med eksponentialloven. Dette kunne bare tolkes på én måte: Som et resultat av alfabestråling dukket det opp tidligere ukjente radioaktive grunnstoffer med en karakteristisk halveringstid på 10 minutter for nitrogen-13 og 2,5 minutter for fosfor-30. Det viste seg at disse elementene gjennomgår positronforfall:® + e + , ® + e + . Interessante resultater ble oppnådd med magnesium, representert av tre stabile naturlige isotoper, og det viste seg at når en - når de bestråles, produserer de alle radioaktive nuklider av silisium eller aluminium, som gjennomgår 227-
eller positronforfall:
Produksjonen av kunstige radioaktive elementer er av stor praktisk betydning, siden den tillater syntese av radionuklider med en halveringstid som er praktisk for et bestemt formål og ønsket type stråling med en viss kraft. Det er spesielt praktisk å bruke nøytroner som "prosjektiler". Fangst av et nøytron av en kjerne gjør det ofte så ustabilt at den nye kjernen blir radioaktiv. Den kan bli stabil på grunn av transformasjonen av det "ekstra" nøytronet til et proton, det vil si pga.
227- stråling; Det er mange slike reaksjoner kjent, for eksempel: + ® ® + e. Reaksjonen av radiokarbondannelse som forekommer i de øvre lagene av atmosfæren er svært viktig: + ® + (cm. RADIOCARBON ANALYSEMETODE). Tritium syntetiseres ved absorpsjon av langsomme nøytroner av litium-6-kjerner. Mange kjernefysiske transformasjoner kan oppnås under påvirkning av raske nøytroner, for eksempel: + ® + ; + ® + ; + ® + . Ved å bestråle vanlig kobolt med nøytroner oppnås således radioaktivt kobolt-60, som er en kraftig kilde til gammastråling (det frigjøres som et nedbrytningsprodukt av 60 Co av eksiterte kjerner). Noen transuranelementer produseres ved bestråling med nøytroner. For eksempel, fra naturlig uran-238, dannes først ustabilt uran-239, som når b -forfall ( T 1/2 = 23,5 min) blir til det første transuraniske elementet neptunium-239, og det på sin side også ved b -forfall ( T 1/2 = 2,3 dager) blir til det svært viktige såkalte plutonium-239 av våpenkvalitet.Er det mulig å kunstig skaffe gull ved å utføre den nødvendige kjernefysiske reaksjonen og dermed oppnå det alkymistene ikke klarte? Teoretisk sett er det ingen hindringer for dette. Dessuten er en slik syntese allerede utført, men den ga ikke rikdom. Den enkleste måten å kunstig produsere gull på ville være å bestråle kvikksølv, grunnstoffet neste i det periodiske systemet etter gull, med en strøm av nøytroner. Da som et resultat av reaksjonen
+ ® + et nøytron ville slå ut et proton fra et kvikksølvatom og gjøre det om til et gullatom. Denne reaksjonen indikerer ikke spesifikke massetall ( EN) nuklider av kvikksølv og gull. Gull er den eneste stabile nukliden i naturen, og naturlig kvikksølv er en kompleks blanding av isotoper med EN= 196 (0,15 %), 198 (9,97 %), 199 (1,87 %), 200 (23,10 %), 201 (13,18 %), 202 (29,86 %) og 204 (6,87 %). Følgelig, i henhold til ovennevnte skjema, kan bare ustabilt radioaktivt gull oppnås. Det ble oppnådd av en gruppe amerikanske kjemikere fra Harvard University tidlig i 1941, og bestrålte kvikksølv med en strøm av raske nøytroner. Etter noen dager ble alle de resulterende radioaktive isotopene av gull, gjennom beta-forfall, igjen omgjort til de opprinnelige isotopene av kvikksølv ...Men det er en annen måte: hvis kvikksølv-196-atomer blir bestrålt med langsomme nøytroner, vil de bli til kvikksølv-197-atomer:
+ ® + g . Disse atomene, med en halveringstid på 2,7 dager, gjennomgår elektronfangst og blir til slutt til stabile gullatomer:+ e® . Denne transformasjonen ble utført i 1947 av ansatte ved National Laboratory i Chicago. Ved å bestråle 100 mg kvikksølv med langsomme nøytroner fikk de 0,035 mg 197Au. I forhold til alt kvikksølv er utbyttet svært lite - kun 0,035 %, men i forhold til 196Hg når det 24 %! Imidlertid er isotopen 196 Hg i naturlig kvikksølv bare det minste, i tillegg vil selve bestrålingsprosessen og dens varighet (bestråling vil kreve flere år), og isolering av stabilt "syntetisk gull" fra en kompleks blanding vil koste umåtelig mer enn isolering av gull fra den fattigste malmen ( se også GULL). Så kunstig produksjon av gull er kun av rent teoretisk interesse.Kvantitative mønstre av radioaktive transformasjoner. Hvis det var mulig å spore en spesifikk ustabil kjerne, ville det være umulig å forutsi når den ville forfalle. Dette er en tilfeldig prosess og kun i visse tilfeller kan sannsynligheten for forfall vurderes over en viss tidsperiode. Men selv den minste støvflekken, nesten usynlig under et mikroskop, inneholder et stort antall atomer, og hvis disse atomene er radioaktive, følger forfallet deres strenge matematiske lover: statistiske lover som er karakteristiske for et veldig stort antall gjenstander trer i kraft . Og så kan hvert radionuklid karakteriseres av en helt bestemt verdi halveringstid ( T 1/2) dette er tiden halvparten av det tilgjengelige antallet kjerner forfaller. Hvis det i det første øyeblikket var det N 0 kjerner, deretter etter en stund t = T 1/2 av dem blir igjen N 0/2, kl t = 2T 1/2 blir igjen N 0 /4 = N 0/2 2, kl t = 3T 1/2 N 0 /8 = N 0/2 3 osv. Generelt, når t = nT 1/2 blir igjen N 0 /2 n kjerner, hvor n = t/T 1/2 antall halveringstider (det trenger ikke å være et heltall). Det er lett å vise at formelen N = N 0 /2 t/T 1/2 tilsvarer formelen N = N 0 e l t, hvor l den såkalte forfallskonstanten. Formelt er det definert som proporsjonalitetskoeffisienten mellom forfallsraten d N/d t og tilgjengelig antall kjerner: d N/d t = l N (minustegnet indikerer det N avtar over tid). Å integrere denne differensialligningen gir eksponentiell avhengighet av antall kjerner på tid. Bytter inn i denne formelen N = N 0/2 kl t = T 1/2 finner vi at forfallskonstanten er omvendt proporsjonal med halveringstiden: l = ln2/ T 1/2 = 0,693/T 1/2. Omfanget t = 1/l kalles gjennomsnittlig levetid for kjernen. For eksempel for 226 Ra T 1/2 = 1600 år, t = 1109 år.I henhold til de gitte formlene, å kjenne verdien T 1/2 (eller
l ), er det enkelt å beregne mengden radionuklid etter en hvilken som helst tidsperiode, og ut fra dem kan du beregne halveringstiden hvis mengden radionuklid er kjent på forskjellige tidspunkter. I stedet for antall kjerner, kan du erstatte strålingsaktivitet i formelen, som er direkte proporsjonal med tilgjengelig antall kjerner N. Aktivitet er vanligvis ikke preget av det totale antallet henfall i prøven, men av antallet pulser proporsjonale med det, som registreres av enheten som måler aktivitet. Hvis det for eksempel er 1 g av et radioaktivt stoff, så jo kortere halveringstid, jo mer aktivt vil stoffet være.Andre matematiske lover beskriver oppførselen til et lite antall radionuklider. Her kan vi bare snakke om sannsynligheten for en bestemt hendelse. La for eksempel være ett atom (nærmere bestemt én kjerne) av en radionuklid med T 1/2 = 1 min. Sannsynligheten for at dette atomet vil leve 1 minutt er 1/2 (50%), 2 minutter 1/4 (25%), 3 minutter 1/8 (12,5%), 10 minutter (1/2) 10 = 1/10 24 (0,1%), 20 min (1/2) 20 = 1/1048576 (0,00001%). For et enkelt atom er sjansen ubetydelig, men når det er mange atomer, for eksempel flere milliarder, vil mange av dem uten tvil leve 20 halveringstider eller mye mer. Sannsynligheten for at et atom vil forfalle over en viss tidsperiode oppnås ved å trekke de oppnådde verdiene fra 100. Så hvis sannsynligheten for at et atom overlever 2 minutter er 25 %, så er sannsynligheten for at det samme atomet forfaller i løpet av dette. tiden er 100 25 = 75 %, sannsynlighet for desintegrasjon innen 3 minutter 87,5 %, innen 10 minutter 99,9 % osv.
Formelen blir mer komplisert hvis det er flere ustabile atomer. I dette tilfellet er den statistiske sannsynligheten for en hendelse beskrevet av en formel med binomiale koeffisienter. Hvis det er N atomer, og sannsynligheten for forfall av ett av dem over tid t lik s, da sannsynligheten for at i løpet av tiden t fra N atomer vil forfalle n(og vil forbli deretter N n), er lik P = N!p n(1 s) N n/(N n)!n! Lignende formler må brukes i syntesen av nye ustabile grunnstoffer, hvis atomer oppnås bokstavelig talt individuelt (for eksempel da en gruppe amerikanske forskere oppdaget det nye grunnstoffet Mendelevium i 1955, fikk de det i mengden av bare 17 atomer ).
Anvendelsen av denne formelen kan illustreres i et spesifikt tilfelle. La det for eksempel være N= 16 atomer med en halveringstid på 1 time. Du kan beregne sannsynligheten for nedbrytning av et visst antall atomer, for eksempel i tid t= 4 timer. Sannsynligheten for at ett atom vil overleve disse 4 timene er henholdsvis 1/2 4 = 1/16, sannsynligheten for dets forfall i løpet av denne tiden R= 1 1/16 = 15/16. Å erstatte disse innledende dataene i formelen gir: R = 16!(15/16) n(1/16) 16 n/(16 n)!n! = 16!15 n/2 64 (16 n)!n! Resultatene av noen beregninger er vist i tabellen:
| Tabell 1. | |||||||||
| Atomer igjen (16– n) | 16 | 10 | 8 | 6 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| Atomer forfalt n | 0 | 6 | 8 | 10 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| Sannsynlighet R, % | 5·10 –18 | 5·10 –7 | 1,8·10 –4 | 0,026 | 1,3 | 5,9 | 19,2 | 38,4 | 35,2 |
Tallrike eksperimenter utført siden Becquerels tid har vist at hastigheten på radioaktivt forfall praktisk talt ikke påvirkes av temperatur, trykk eller den kjemiske tilstanden til atomet. Unntak er svært sjeldne; Dermed, i tilfelle av elektronfangst, verdien T 1/2 endres litt ettersom oksidasjonstilstanden til elementet endres. For eksempel skjer nedbrytningen av 7 BeF 2 omtrent 0,1 % langsommere enn 7 BeO eller metallisk 7 Be.
Det totale antallet kjente ustabile kjerner radionuklider nærmer seg to tusen, deres levetid varierer innenfor svært vide grenser. Det er kjent både langlivede radionuklider, for hvilke halveringstider utgjør millioner og til og med milliarder av år, og kortlivede, som forfaller fullstendig i små brøkdeler av et sekund. Halveringstidene til noen radionuklider er gitt i tabellen.
Egenskaper til noen radionuklider (for Tc, Pm, Po og alle påfølgende grunnstoffer som ikke har stabile isotoper, er det gitt data for deres lengstlevende isotoper).
| Tabell 2. | |||
| Serienummer | Symbol | Massenummer | Halvt liv |
| 1 | T | 3 | 12.323 år |
| 6 | MED | 14 | 5730 år |
| 15 | R | 32 | 14,3 dager |
| 19 | TIL | 40 | 1,28 10 9 år |
| 27 | Co | 60 | 5.272 år |
| 38 | Sr | 90 | 28,5 år |
| 43 | Ts | 98 | 4,2 10 6 år |
| 53 | Jeg | 131 | 8,02 dager |
| 61 | Pm | 145 | 17,7 år |
| 84 | Ro | 209 | 102 år gammel |
| 85 | På | 210 | 8,1 t |
| 86 | Rn | 222 | 3.825 dager |
| 87 | Fr | 223 | 21,8 min |
| 88 | Ra | 226 | 1600 år |
| 89 | Ac | 227 | 21,77 år |
| 90 | Th | 232 | 1.405 10 9 år |
| 91 | Ra | 231 | 32.760 år |
| 92 | U | 238 | 4.468 10 9 år |
| 93 | Np | 237 | 2,14 10 6 år |
| 94 | Pu | 244 | 8,26 10 7 år |
| 95 | Er | 243 | 7370 år |
| 96 | Cm | 247 | 1,56 10 7 |
| 97 | Bk | 247 | 1380 år |
| 98 | Jfr | 251 | 898 år |
| 99 | Es | 252 | 471,7 dager |
| 100 | Fm | 257 | 100,5 dager |
| 101 | MD | 260 | 27,8 dager |
| 102 | Nei | 259 | 58 min |
| 103 | Lr | 262 | 3,6 t |
| 104 | Rf | 261 | 78 s |
| 105 | Db | 262 | 34 s |
| 106 | Sg | 266 | 21 s |
| 107 | Bh | 264 | 0,44 s |
| 108 | Hs | 269 | 9 s |
| 109 | Mt | 268 | 70 ms |
| 110 | Ds | 271 | 56 ms |
| 111 | – | 272 | 1,5 ms |
| 112 | – | 277 | 0,24 ms |
Enheten for radioaktivitet til en nuklid er becquerel: 1 Bq (Bq) tilsvarer ett henfall per sekund. Curie utenfor systemet brukes ofte: 1 Ci (Ci) er lik 37 milliarder desintegrasjoner per sekund eller 3,7 . 10 10 Bq (1 g av 226 Ra har omtrent denne aktiviteten). På en gang ble det foreslått en enhet utenfor systemet av rutherford: 1 Рд (Rd) = 10 6 Bq, men den var ikke utbredt.
LITTERATUR Soddy F. Historie om atomenergi. M., Atomizdat, 1979Choppin G. et al. Kjernekjemi. M., Energoatomizdat, 1984
Hoffman K. Er det mulig å lage gull? L., Kjemi, 1984
Kadmensky S.G. Radioaktivitet av atomkjerner: historie, resultater, siste prestasjoner. "Soros Educational Journal", 1999, nr. 11
Hovedkarakteristikken til et atom er 2 tall:
1. massetall (A) – lik summen av protoner og nøytroner i kjernen
2. atomnummer (Z) i Mendeleevs periodiske system av grunnstoffer – lik antall protoner i kjernen, dvs. tilsvarer ladningen til kjernen.
Type radioaktiv transformasjon bestemmes Type partikler som slippes ut under forråtnelse. Prosessen med radioaktivt forfall er alltid eksoterm, det vil si at den frigjør energi. Den opprinnelige kjernen kalles moderkjernen (i diagrammene nedenfor, indikert med symbolet X), og den resulterende kjernen etter forfall kalles datterkjernen (i diagrammene symbol Y).
Ustabile kjerner gjennomgår 4 hovedtyper av radioaktive transformasjoner:
EN) Alfa-forfall- består i at en tung kjerne spontant sender ut en alfapartikkel, det vil si at dette er et rent kjernefysisk fenomen. Mer enn 200 alfa-aktive kjerner er kjent, nesten alle av dem har et serienummer større enn 83 (Am-241; Ra-226; Rn-222; U-238 og 235; Th-232; Pu-239 og 240) . Energien til alfapartikler fra tunge kjerner er oftest i området fra 4 til 9 MeV.
Eksempler på alfa-forfall:
B) Beta-transformasjon– dette er en intranukleonprosess; I kjernen henfaller et enkelt nukleon, hvor det skjer en intern restrukturering av kjernen og b-partikler (elektron, positron, nøytrino, antinøytrino) vises. Eksempler på radionuklider som gjennomgår beta-transformasjon: tritium (H-3); C-14; natriumradionuklider (Na-22, Na-24); fosfor radionuklider (P-30, P-32); svovelradionuklider (S-35, S-37); kaliumradionuklider (K-40, K-44, K-45); Rb-87; strontium radionuklider (Sr-89, Sr-90); jodradionuklider (1-125, 1-129, 1-131, 1-134); cesium radionuklider (Cs-134, Cs-137).
Energien til beta-partikler varierer over et bredt område: fra 0 til Emax (total energi frigjort under forfall) og måles i keV, MeV. For identiske kjerner er energifordelingen til utsendte elektroner regelmessig og kalles ElektronspekterB-forfall, eller betaspekter; Energispekteret til beta-partikler kan brukes til å identifisere det råtnende elementet.
Et eksempel på beta-transformasjonen av et enkelt nukleon er Fritt nøytronforfall(halveringstid 11,7 min):
Typer beta-transformasjon av kjerner:
1) elektronisk forfall: 
.
Eksempler på elektronnedbrytning: ,
2) Positron-forfall:
Eksempler på positronforfall: , 
3) Elektronisk fangst(K-fangst, fordi kjernen absorberer en av elektronene i atomskallet, vanligvis fra K-skallet): 
Eksempler på elektronisk fangst: 
, 
I) Gamma-transformasjon (isomer overgang)– et intranukleært fenomen der kjernen på grunn av eksitasjonsenergi avgir et gammakvante som går over i en mer stabil tilstand; i dette tilfellet endres ikke massetallet og atomnummeret. Gammastrålingsspekteret er alltid diskret. Gammastråler som sendes ut av kjerner har vanligvis energier fra titalls keV til flere MeV. Eksempler på radionuklider som gjennomgår gammatransformasjon: Rb-81m; Cs-134m; Cs-135m; In-113m; Y-90m.
, hvor indeksen "m" betyr den metastabile tilstanden til kjernen.
Eksempel på gammatransformasjon: 
G) Spontan kjernefysisk fisjon– mulig for kjerner som starter med massenummer 232. Kjernen er delt inn i 2 fragmenter av sammenlignbare masser. Det er den spontane fisjon av kjerner som begrenser mulighetene for å skaffe nye transuranelementer. Kjerneenergi bruker prosessen med fisjon av tunge kjerner når de fanger nøytroner:
Som et resultat av fisjon dannes fragmenter med et overflødig antall nøytroner, som deretter gjennomgår flere suksessive transformasjoner (vanligvis beta-forfall).
naturlige eller kunstige transformasjoner av kjernene til noen atomer til kjernene til andre atomer.
Ny alkymi? I 1903 oppdaget Pierre Curie at uransalter kontinuerlig og uten synlig reduksjon over tid frigjør termisk energi, som per masseenhet virket enorm sammenlignet med energien til de mest energiske kjemiske reaksjonene. Radium avgir enda mer varme - ca 107 J per time per 1 g rent stoff. Det viste seg at de radioaktive elementene som var tilgjengelige i dypet av kloden var tilstrekkelige (under forhold med begrenset varmefjerning) til å smelte magmaen
Hvor er kilden til denne tilsynelatende uuttømmelige energien? Marie Curie fremmet helt på slutten av 1800-tallet. to hypoteser. En av dem (delt av Lord Kelvin ) var at radioaktive stoffer fanger opp en slags kosmisk stråling, og lagrer den nødvendige energien. I samsvar med den andre hypotesen er stråling ledsaget av noen endringer i selve atomene, som samtidig mister energi, som sendes ut. Begge hypotesene virket like utrolige, men etter hvert samlet det seg mer og mer bevis til fordel for den andre.
Ernest Rutherford ga et stort bidrag til å forstå hva som skjer med radioaktive stoffer. Tilbake i 1895 oppdaget den engelske kjemikeren William Ramsay, som ble kjent for oppdagelsen av argon i luften, en annen edelgass, helium, i mineralet kleveite. Deretter ble det oppdaget betydelige mengder helium i andre mineraler, men bare de som inneholdt uran og thorium. Det virket utrolig og rart hvor kan sjeldne gassen komme fra i mineraler? Da Rutherford begynte å undersøke naturen til alfa-partiklene som sendes ut av radioaktive mineraler, ble det klart at helium er et produkt av radioaktivt forfall ( cm. RADIOAKTIVITET). Dette betyr at noen kjemiske elementer er i stand til å "generere" andre; dette motsier all erfaring samlet av flere generasjoner av kjemikere.
Imidlertid var "transformasjonen" av uran og thorium til helium ikke begrenset til. I 1899 ble et annet merkelig fenomen observert i Rutherfords laboratorium (på den tiden jobbet han i Montreal): preparater av thoriumelementet i en lukket ampulle opprettholdt konstant aktivitet, men i friluft var aktiviteten deres avhengig av. Utkast. Rutherford skjønte raskt at thorium avgir radioaktiv gass (det ble kalt emanasjonen av thorium fra det latinske emanatio-utløpet, eller thoron), aktiviteten til denne gassen reduserte veldig raskt: med det halve på omtrent ett minutt (ifølge moderne data på 55,6 s) . En lignende gassformig "emanation" ble også oppdaget i radium (aktiviteten avtok mye langsommere) og ble kalt radiumemanation, eller radon. Aktinium ble også funnet å ha sin egen "emanasjon", som forsvinner på bare noen få sekunder; det ble kalt aktiniumemanasjon, eller aktinon. Deretter viste det seg at alle disse "emanasjonene" er isotoper av det samme kjemiske elementet radon ( cm. KJEMISKE ELEMENTER).
I 1900 fortalte Rutherford den engelske radiokjemikeren Frederick Soddy om den mystiske thoronen. Soddy beviste at thoron var en inert gass som ligner på argon, oppdaget flere år tidligere i luften; det var en av isotopene til radon, 220 Rn. Utstrålingen av radium, som det viste seg senere, viste seg å være en annen isotop av radon 222 Rn (halveringstid T 1/2 = 3,825 dager), og emanasjonen av aktinium fra en kortvarig isotop av samme grunnstoff: 219 Rn ( T 1/2 = 4 s). Dessuten isolerte Rutherford og Soddy et nytt ikke-flyktig element fra transformasjonsproduktene til thorium, forskjellig i egenskaper fra thorium. Det ble kalt thorium X (senere ble det fastslått at det var en isotop av radium 224 Ra c T 1/2 = 3,66 dager). Som det viste seg, frigjøres "thorium-emanasjonen" nøyaktig fra thorium X, og ikke fra det opprinnelige thorium. Lignende eksempler ble mangedoblet: i opprinnelig kjemisk grundig renset uran eller thorium dukket det over tid opp en blanding av radioaktive elementer, hvorfra det i sin tur ble oppnådd nye radioaktive elementer, inkludert gassformige. Dermed ble a-partikler frigjort fra mange radioaktive stoffer til en gass identisk med helium, som ble oppdaget på slutten av 1860-tallet på Solen (spektralmetode), og i 1882 oppdaget i noen bergarter.
Resultatene av deres felles arbeid ble publisert av Rutherford og Soddy i 1902-1903 i en rekke artikler i Philosophical Magazine. I disse artiklene, etter å ha analysert de oppnådde resultatene, kom forfatterne til den konklusjon at det er mulig å transformere noen kjemiske elementer til andre. De skrev: "Radioaktivitet er et atomfenomen, ledsaget av kjemiske endringer der nye typer materie blir født... Radioaktivitet må betraktes som en manifestasjon av en intraatomisk kjemisk prosess... Stråling følger med transformasjonen av atomer.. . Som et resultat av en atomtransformasjon dannes det en helt ny type stoff, helt annerledes i sine fysiske og kjemiske egenskaper fra det opprinnelige stoffet."
På den tiden var disse konklusjonene veldig dristige; andre fremtredende forskere, inkludert Curies, selv om de observerte lignende fenomener, forklarte dem med tilstedeværelsen av "nye" elementer i det originale stoffet helt fra begynnelsen (for eksempel isolerte Curie poloniumet og radiumet i det fra uranmalm). Likevel viste Rutherford og Soddy seg å ha rett: radioaktivitet er ledsaget av transformasjon av noen elementer til andre
Det så ut til at det urokkelige holdt på å kollapse: atomenes uforanderlighet og udelelighet, for siden Boyle og Lavoisiers tid hadde kjemikere kommet til konklusjonen om uoppløseligheten til kjemiske elementer (som de sa da, "enkle kropper", byggesteinene av universet), om umuligheten av deres transformasjon til hverandre. Hva som foregikk i hodet til den tidens vitenskapsmenn er tydelig bevist av uttalelsene til D.I. Mendeleev, som sannsynligvis trodde at muligheten for "transmutering" av elementer, som alkymister hadde snakket om i århundrer, ville ødelegge det harmoniske systemet til kjemikalier som han hadde skapt og ble anerkjent over hele verden. I en lærebok utgitt i 1906 Grunnleggende om kjemi han skrev: "... jeg er overhodet ikke tilbøyelig (på grunnlag av den harde, men fruktbare disiplinen av induktiv kunnskap) til å gjenkjenne selv den hypotetiske omformbarheten til noen elementer til hverandre, og jeg ser ingen mulighet for opprinnelsen til argon eller radioaktive stoffer fra uran eller omvendt."
Tiden har vist feilslutningen i Mendeleevs synspunkter angående umuligheten av å konvertere noen kjemiske elementer til andre; samtidig bekreftet det ukrenkeligheten til hans viktigste oppdagelse - den periodiske lov. Etterfølgende arbeid av fysikere og kjemikere viste i hvilke tilfeller noen grunnstoffer kan forvandles til andre og hvilke naturlover som styrer disse transformasjonene.
Soddy F. Historie om atomenergi. M., Atomizdat, 1979
Choppin G. et al. Kjernekjemi. M., Energoatomizdat, 1984
Hoffman K. Er det mulig å lage gull? L., Kjemi, 1984
Kadmensky S.G. Radioaktivitet av atomkjerner: historie, resultater, siste prestasjoner. "Soros Educational Journal", 1999, nr. 11
Finn " RADIOAKTIVE TRANSFORMASJONER"på
I forrige leksjon diskuterte vi problemet knyttet til Rutherfords eksperiment, som et resultat av at vi nå vet at atomet er en planetarisk modell. Dette er det som kalles den planetariske modellen av atomet. I sentrum av kjernen er en massiv, positivt ladet kjerne. Og elektroner kretser rundt kjernen i deres baner.
Ris. 1. Rutherfords planetmodell av atomet
Frederick Soddy deltok i eksperimentene sammen med Rutherford. Soddy er en kjemiker, så han utførte arbeidet sitt nøyaktig når det gjelder å identifisere de oppnådde elementene ved deres kjemiske egenskaper. Det var Soddy som klarte å finne ut hva a-partiklene var, hvis flyt falt på gullplaten i Rutherfords eksperimenter. Da det ble foretatt målinger, viste det seg at massen til en a-partikkel er 4 atommasseenheter, og ladningen til en a-partikkel er 2 elementærladninger. Ved å sammenligne disse tingene, etter å ha samlet et visst antall a-partikler, fant forskerne at disse partiklene ble til et kjemisk element - heliumgass.
De kjemiske egenskapene til helium var kjent, takket være at Soddy hevdet at kjernene, som er a-partikler, fanget elektroner fra utsiden og ble til nøytrale heliumatomer.
Deretter var hovedinnsatsen til forskere rettet mot å studere atomkjernen. Det ble klart at alle prosessene som skjer under radioaktiv stråling skjer ikke med elektronskallet, ikke med elektronene som omgir kjernene, men med selve kjernene. Det er i kjernene at noen transformasjoner skjer, som et resultat av at det dannes nye kjemiske elementer.
Den første slike kjede ble oppnådd for å transformere grunnstoffet radium, som ble brukt i forsøk på radioaktivitet, til inertgassen radon med utslipp av en a-partikkel; reaksjonen i dette tilfellet er skrevet som følger:
For det første er en a-partikkel 4 atommasseenheter og en dobbel, doblet elementær ladning, og ladningen er positiv. Radium har et serienummer på 88, massenummeret er 226, og radon har et serienummer på 86, et massenummer på 222, og en a-partikkel vises. Dette er kjernen til et heliumatom. I dette tilfellet skriver vi ganske enkelt helium. Ordningsnummer 2, massenummer 4.
Reaksjoner som fører til at nye kjemiske grunnstoffer dannes og samtidig dannes nye strålinger og andre kjemiske grunnstoffer kalles kjernefysiske reaksjoner.
Da det ble klart at radioaktive prosesser foregår inne i kjernen, vendte de seg mot andre grunnstoffer, ikke bare radium. Ved å studere forskjellige kjemiske elementer innså forskerne at det ikke bare er reaksjoner med utslipp, stråling av en a-partikkel fra kjernen til et heliumatom, men også andre kjernefysiske reaksjoner. For eksempel reaksjoner med utslipp av en b-partikkel. Vi vet nå at dette er elektroner. I dette tilfellet dannes også et nytt kjemisk grunnstoff, henholdsvis en ny partikkel, dette er en b-partikkel, det er også et elektron. Av spesiell interesse i dette tilfellet er alle kjemiske elementer hvis atomnummer er større enn 83.
Så, vi kan formulere den såkalte Soddys regler, eller forskyvningsregler for radioaktive transformasjoner:
. Under alfa-forfall reduseres atomnummeret til grunnstoffet med 2 og atomvekten med 4.
Ris. 2. Alfa-forfall
Under beta-forfall øker atomnummeret med 1, men atomvekten endres ikke.
Ris. 3. Beta-forfall
Liste over tilleggslitteratur
- Bronstein M.P. Atomer og elektroner. "Bibliotek "Quantum"". Vol. 1. M.: Nauka, 1980
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fysikk: Lærebok for 9. klasse på videregående. M.: "Opplysning"
- Kitaygorodsky A.I. Fysikk for alle. Fotoner og kjerner. Bok 4. M.: Vitenskap
- Myakishev G.Ya., Sinyakova A.Z. Fysikk. Optikk Kvantefysikk. 11. klasse: lærebok for fordypning i fysikk. M.: Bustard
- Rutherford E. Utvalgte vitenskapelige arbeider. Radioaktivitet. M.: Vitenskap
- Rutherford E. Utvalgte vitenskapelige arbeider. Atomets struktur og kunstig transformasjon av grunnstoffer. M.: Vitenskap
Laster inn...
