-Атомне ядро
Атомне ядро є основою атома, що визначає індивідуальність елементів. Відповідно до сучасних уявлень атомні ядра складаються з елементарних частинок протонів р і нейтронів n, які об'єднують під загальною назвою нуклони. Природа елементарних частинок р і n визначається кількісними характеристиками: масою, зарядом, спіном та магнітним моментом.
Протон – стабільна елементарна частинка з масою спокою 1,673·10–24 г, відносною атомною масою 1,00727 а. о. м., з додатнім зарядом +1, спіном 1/2 (в одиницях сталої Планка) та магнітним моментом, що дорівнює 2,79 ядерного магнетона.
Нейтрон – стабільна електронейтральна елементарна частинка з масою спокою 1,675·10–24 г, відносною атомною масою 1,008665 а. о. м., без електричного заряду, спіном 1/2 (в одиницях сталої Планка) та магнітним моментом, що дорівнює 1,91 ядерного магнетона.
Властивості ядра зумовлені його складом – числом протонів Z і нейтронів N, які входять до складу ядра і визначають його масове число:
А = Z + N.
Оскільки число протонів у ядрі дорівнює величині його позитивного заряду, тобто порядковому номеру елемента, число нейтронів дорівнює різниці між масовим числом і порядковим номером елемента.
Масове число і порядковий номер елемента (число протонів) позначають числовими індексами зліва від символу хімічного елемента: верхній індекс означає масове число, нижній – число протонів. Наприклад, позначення , , означають, що в ядрі атома Оксигену міститься 8 протонів і 8 нейтронів, в ядрах атомів Кальцію і Полонію – відповідно 20 і 20; 84 і 125. Ядерний склад Оксигену, Кальцію і Полонію можна записати так: О (8р, 8n), Са (20р, 20n), Ро (84р, 125n).
В ядрі зосереджена основна маса атома (≈ 99,9 %). Зіставлення показує, що маса ядра завжди менша за арифметичну суму мас протонів і нейтронів, які входять до його складу. Різниця між цими величинами називається дефектом маси. Наприклад, маса ядра нукліда Гелію (2р, 2n) дорівнює 4,001506 а.о.м., тоді як сума мас двох протонів і двох нейтронів становить 4,031882 а.о.м., тобто дефект маси дорівнює 0,030376 а.о.м.
Дефект маси характеризує стійкість атомних ядер і енергію зв'язку нуклонів у ядрі, яка в мільйон разів перевищує енергію зв'язку атомів у молекулі. Тому при хімічних перетвореннях речовин атомні ядра не змінюються.
Природа елемента визначається числом протонів у ядрі. Ядра всіх атомів певного елемента мають однакове число протонів, тобто характеризуються однаковим значенням Z. Проте ядра атомів можуть мати однакове число протонів і нейтронів, різне число протонів і однакове число нейтронів, різне число нейтронів і протонів. Атоми з однаковим числом протонів Z, називаються ізотопами, а з однаковим числом нейтронів N – ізотонами. Атоми з різним числом протонів Z, і нейтронів N, але з однаковим числом нуклонів А називаються ізобарами. Наводимо приклади ядер ізотопів, ізобарів і ізотонів:
Ізотопи відрізняються один від одного масою атомних ядер, але, маючи однаковий заряд ядра, вони в періодичній системі займають одне місце і мають однакові хімічні властивості; ізобари й ізотони відрізняються за своїми хімічними властивостями.
Ізотопи мають такі самі назви і символи, як і самі елементи; винятком є елементи з Z = 1. Ізотопи водню називаються: протій (легкий, або звичайний, водень), дейтерій , або D (важкий водень) і тритій , або Т (дуже важкий водень). Внаслідок великої різниці у атомних масах ізотопи водню мають різні хімічні властивості.
В наш час вивчено склад ізотопів дуже багатьох природних хімічних елементів. Встановлено, що майже кожний елемент складається з кількох ізотопів. Саме цим пояснюється значне відхилення атомних мас багатьох елементів від цілочислових значень.
З відкриттям ізотопів елементів були по-новому сформульовані поняття "хімічний елемент": хімічним елементом називається вид атомів, що характеризується однаковим зарядом ядра; і "радіоактивність": радіоактивністю називається самочинне перетворення нестійкого ізотопу одного хімічного елемента в ізотоп іншого елемента, що супроводиться випромінюванням елементарних частинок або ядер.
Радіоактивні елементи
Радіоактивні елементи – хімічні елементи, всі ізотопи яких радіоактивні. Розрізняють природні і штучні радіоактивні ізотопи.
До основних видів радіоактивного розпаду належать α-розпад, β-розпад, електронний захват і спонтанний поділ ядер.
При α-розпаді ядро атома випромінює два протони і два нейтрони, зв'язані в ядро атома гелію . Це зменшує заряд вихідного радіоактивного ядра на 2, а його масове число на 4. Отже, внаслідок α-розпаду утворюється атом елемента, зміщеного на два місця вліво у періодичній системі від вихідного радіоактивного елемента, наприклад:
При електронному β-розпаді ядро випромінює електрон (β-частинку) завдяки перетворенню одного нейтрона ядра у протон за схемою:
n р + β– + ,
Частину енергії, яка виділяється при β–-розпаді, захоплює з собою антинейтрино . Нейтрино ν і антинейтрино – елементарні частинки, які не мають заряду і не характеризуються масою спокою, але відрізняються одна від одної спіном. При β–-розпаді заряд ядра збільшується на одиницю, а масове число не змінюється, тобто утворюється ізотоп елемента з порядковим номером на одиницю більшим, ніж у вихідного. Так, наприклад, при β–-розпаді нукліда торію-234 утворюється нуклід протактинію-234:
Електронний захват полягає в тому, що електрон з найближчого до ядра шару захоплюється ядром. При цьому один з протонів ядра перетворюється на нейтрон:
р + е n
Прикладом електронного захвату може бути перетворення калію в аргон з γ-випромінюванням за схемою:
Для важких елементів крім α- і β-розпаду можливий самочинний поділ ядер. Явище самочинного (спонтанного) поділу ядер, вперше виявленого для 238U, характерне для трансуранових елементів.
Радіоактивне перетворення різних ізотопів відбувається в різною швидкістю. Період часу, протягом якого розпадається половина початкової кількості радіоактивного елемента, називається періодом напіврозпаду і позначається Т1/2. На основі вивчення процесів радіоактивного розпаду був виведений основний закон радіоактивності:
Nt = N0 е–λ·t,
де N0 – кількість ядер в початковий момент часу; Nt – кількість ядер, що не розпались до моменту часу t, λ – стала радіоактивного розпаду, тобто ймовірність розпаду ядра за 1 с.
Умовно до радіоактивних елементів відносять такі, що розпадаються за 10–12 с. У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею радіоактивності є беккерель (Бк) – одиниця активності нукліда. яка дорівнює одному розпаду за секунду. Беккерель пов'язаний з позасистемною одиницею радіоактивності кюрі (Кu) співвідношенням 1 Кu = 3,7·1010 Бк.
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74
75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 Наверх ↑