Biblioteca electronică »Ecologie» Structura atomului. Conceptul de radioactivitate. Timpul de înjumătățire.
Toate substanțele care ne înconjoară - lichide, solide, gazoase - constau din diferite tipuri de atomi. Atomul constă dintr-un nucleu și un spațiu în jurul nucleului, în care sunt localizați electronii. Mărimea nucleului este de aproximativ patru ordine de mărime (adică aproximativ 10 000 de ori) mai mică decât dimensiunea atomului, în timp ce practic masa întregului atom (mai mult de 99,9%) este concentrată în nucleu. Atomul poate fi reprezentat ca o sferă cu limite neclare, a căror dimensiune este de aproximativ 10 -10 m. Atomul este neutru din punct de vedere electric, adică nu are nicio sarcină electrică.
Nucleul unui atom constă din două tipuri de particule elementare - protoni și neutroni, care au denumirea comună de nucleoni (din "nucleul" - nucleul). Electronul, ca și nucleonii, se referă la particulele elementare. Masa lui este de aproximativ 1800 de ori mai mică decât masa unui proton sau a unui neutron și, prin urmare, carcasa electronică a unui atom, care este uriașă în comparație cu nucleul, nu are practic nici o masă (aproximativ 0,03% din masa atomului). Electronul are o sarcină negativă elementară egală cu sarcina de proton și opusă acestuia în semn: -1. Numărul de electroni dintr-un atom este egal cu numărul de protoni, ceea ce asigură electroneutralitatea (adică, fără sarcină) a atomului.
Numărul ordinal al unui element din sistemul periodic al DI Mendeleyev este egal cu numărul de sarcină al atomului Z și, prin urmare, numărul de protoni din nucleul Np. numărul de electroni din atomul Ne. Cu alte cuvinte, un element este o colecție de atomi cu același Z. Simbolul unui element și numărul său de serie, în esență, înseamnă același lucru - numărul de protoni din nucleul unui atom. De exemplu, toți atomii cu o sarcină nucleară de +6 (Z = 6) sunt numiți atomi de carbon și sunt desemnați cu simbolul "C". Fosforii sunt atomi cu Z = 15, care sunt notați cu simbolul "P" și așa mai departe.
Cea mai simplă structură are nucleul atomului de hidrogen, care constă dintr-o particulă elementară - un proton. Nucleul tuturor celorlalte elemente constă din protoni și neutroni, numiți nucleoni. Numărul de protoni corespunde numărului elementului chimic din tabelul periodic. Mendeleev determină numărul de sarcină Z. Numărul total de nucleoni din nucleu este notat cu litera A și se numește numărul masic rotunjit al nucleului. Numărul de neutroni N este egal cu diferența dintre numărul de masă și numărul de sarcină: N = A - Z.
Pentru desemnarea nucleelor, se utilizează următorul simbol: unde X reprezintă un element chimic. Atomii cu un anumit număr de protoni și neutroni se numesc nuclide. Nuclidele aceluiași element chimic se numesc izotopi.
Numerele de masă ale majorității elementelor chimice nu sunt exprimate în numere întregi. De exemplu, numărul de clor este de 35,5. Acest lucru se datorează faptului că clor naturale constă în două tipuri de atomi, nuclee care unul conține 18 sau 20 de neutroni (respectiv 75,4% și 24,6%). Numărul de protoni în acest caz rămâne constantă (17). Astfel de nuclee cu aceeași încărcătură și numere diferite de masă se numesc izotopi. Astfel, izotopii clorului vor fi notați: și CI. Izotopii ocupă același loc în tabelul periodic. Ele diferă numai în masă, iar proprietățile lor chimice sunt aproape identice.
Multe elemente (mai ales cele mai des întâlnite în natură), de regulă, au un izotop principal (dominant), a cărui fracțiune este mult mai mare decât fracția altor izotopi. De exemplu, marea majoritate a atomilor de carbon din natură este. dar de atomi de hidrogen.
Orice materie tangibilă din jurul nostru și noi înșine constăm din nuclide, care prin natura lor pot fi stabile sau instabile. Nuclidele stabile în absența unor efecte specifice asupra lor pot exista atâta timp cât se dorește. Nucleii instabili (și anume, nucleii lor), mai devreme sau mai târziu, suferă o transformare spontană (adică nu este cauzată de influențe externe). Se numește dezintegrare radioactivă. Nuclidele ale căror nuclee sunt capabile să treacă printr-o transformare spontană sunt numite nuclide radioactive sau radionuclizi.
Radioactivitatea este capacitatea inerentă anumitor nuclee de a se transforma în mod spontan în altele, însoțite de emisia unui tip special de raze.
Deschiderea radiației emise de săruri de uraniu fără nici o influență externă, având o capacitate mare de penetrare și titlul ulterior radioactive aparține omul de știință francez Antoine Henri Becquerel (1896). O astfel de radiații, dar nu spontan, ci a fost creat în aparat, a deschis un an mai devreme, fizicianul german Wilhelm Röntgen. Un nou fenomen este investigat în mod activ Pierre și Marie Curie, care a descoperit și izolat în formă pură a primilor izotopi radioactivi - poloniu si radiu - si a pus bazele teoriei radioactivității și radionuclizi.
O descriere cantitativă nuclee intensitate degradare (și deci radiația corespunzătoare) este activitatea sursei (proba de material, un obiect al biosferă, etc ...) - raportul dintre numărul transformărilor nucleare spontane radionuclid dN (adică radioactive dezintegrări) în sursa care apar în timp dt, în acest moment:
Cu alte cuvinte, activitatea (sau radioactivitatea) este numărul de descompuneri radioactive pe unitate de timp.
Activitatea în SI este măsurată în becquereli (Bq). 1 Bq = 1 s -1 (1 Becquerel este egal cu o transformare nucleară pe secundă).
Unitatea de activitate extra-sistemică este curie (Ki). 1Ki = 3,7 # 8729; 10 10 Bq. 1 Ki este activitatea de 1 g de radium-226.
Radioactivitatea este împărțită în fire naturale și artificiale, în funcție de natura nucleilor decăzute sau obținute prin reacții nucleare artificiale. Deci nucleele unui element radioactiv natural de uraniu pot fi spontan împărțite fără influență externă. Procesul de transformare radioactivă poate fi, de asemenea, indus artificial prin bombardarea nucleelor izotopilor instabili cu neutroni.
Timpul T, în timpul căruia jumătate din numărul inițial de nuclee se descompune spontan, se numește timpul de înjumătățire al acestui element. De exemplu, timpul de înjumătățire al uraniului-235 este de 7,1 # 8729; 10 8 ani.
Timpul de înjumătățire este exprimat în funcție de mărimea sa în unități convenabile de timp-secunde, minute, ore, zile sau ani. Timpul de înjumătățire al diferitelor radionuclizi diferă de multe ordini de mărime. Radionuclizii cu un T1 / 2 mare sunt numiți radionuclizi cu durată lungă de viață, cu radionuclizi mici, cu durată scurtă de viață. Radionuclizii cu un timp de înjumătățire foarte lung (de exemplu, 238 U) sunt extrem de puțin radioactivi. Activitatea aceleiași cantități de radionuclizi este invers proporțională cu timpul lor de înjumătățire. De exemplu, aproximativ un bilion de ori (1,000 miliarde) mai puțin radioactiv decât.
Pentru unele radionuclizi naturali, jumătățile de viață pot varia de la o milionime de secundă (sau mai mică) la 10-24 de ani!
Timpul de înjumătățire este utilă pentru suma rapidă de evaluare (și, prin urmare, activitatea) a radionuclidului, după o anumită perioadă de timp. Pentru un timp egal cu T1 / 2, suma va fi jumătate din cea a 2T1 / 2 - patru ori mai puțin și pentru 10T1 / 2 numărul de radionuclid, iar activitatea sa este redusă cu aproximativ o mie de ori.
De obicei, de la fiecare atom degradant al substanței părinte se formează o fiică a fiicei. Odată cu aceasta, există o dezintegrare constantă a elementului copil. În acest proces de dezintegrare, se disting două cazuri:
1) Prima substanță (maternă) se descompune mai rapid decât a doua substanță (copil). În acest caz, după o anumită perioadă de timp, rămâne numai a doua substanță.
2) Substanța mamă se descompune mai lent decât substanța fiică. În acest caz, ambele substanțe coexistă până la descompunerea lor completă, iar raportul lor cantitativ tinde la o anumită limită constantă.
Dacă coexistă mai multe elemente radioactive putrefacție succesive, care sunt familia radioactive, unitatea de timp este împărțit ca orice membru al familiei nucleare ca fondator nuclei putrefacție al familiei. O astfel de stare de radioizotop coexistente numit echilibru radioactiv stabil.
De exemplu, în minereul de uraniu, toate elementele fiice, inclusiv radioul, sunt întotdeauna prezente în plus față de substanța-mamă (uraniu). Un kilogram de uraniu reprezintă doar 0,34 miligrame de radium. Echilibrul radioactiv dintre uraniu și radiații intră după o perioadă lungă de timp și este observat în roci vechi.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: