Правила радіоактивного зміщення. У § 32 ми зазначали, що певне атомне ядро з відомими А, Z, і N називають нуклідом. Відповідно ядро, що здатне до радіоактивного випромінювання, називають радіоактивним нуклідом, або радіонуклідом.
Після дослідження природи радіоактивного випромінювання і встановлення нейтронно-протонної будови ядра атома виникли нові запитання:
■ що відбувається з радіонуклідом після того, як він втратить 2 протони і 2 нейтрони (а-частинку);
■ якщо радіоактивне випромінювання утворюється внаслідок розпаду атомного ядра, то звідки в ядрі беруться електрони (Р-частинки)?
Пошук відповідей на ці та інші запитання утруднений ще й тим, що людина не може бачити мікрочастинки безпосередньо. Для проведення досліджень були використані як експериментальні, так і теоретичні методи досліджень, сконструйовані спеціальні прилади та пристрої, які дали змогу фіксувати й ідентифікувати мікрочастинки. Це дало змогу вивчити особливості ядерних перетворень, що відбуваються під час розпаду радіонуклідів.
Процес радіоактивного розпаду атомних ядер відбувається у строгій відповідності із законами збереження електричного заряду, кількості нуклонів (масового числа), закону збереження енергії. Із цих законів витікають правила радіоактивного зміщення. Застосування цих правил дозволяє визначити, на скільки позицій у періодичній системі хімічних елементів і в якому напрямку зміститься елемент, що утворився в результаті радіоактивного розпаду, в порівнянні з місцем розташування хімічного елемента, що зазнав розпаду.
Правило зміщення для а-розпаду. Під час а-розпаду радіоактивний атом випромінює а-частинку. Саме тому його атомний номер зменшується на 2 одиниці, а масове число — на 4. При цьому елемент зміщується на 2 клітинки до початку періодичної системи хімічних елементів.
Наприклад, під час а-розпаду ізотоп Урану перетворюється на Торій:
Суми масових чисел (238 = 234 + 4) й атомних номерів (92 = 90 + 2) у правій і лівій частинах схеми перетворення обов’язково мають бути однаковими.
Узагальнено а-розпад можна описати такою схемою:
Правило зміщення для Р-розпаду. Під час Р-розпаду ядро радіоактивного атома випромінює Р-частинку. При цьому його атомний номер збільшується на 1, а масове число не змінюється. Елемент зміщується на 1 клітинку до кінця періодичної системи хімічних елементів.
Узагальнено Р-розпад можна описати такою схемою:
Наприклад, під час Р-розпаду радіоактивний ізотоп Гідрогену перетворюється на ізотоп Гелію:
Суми масових чисел (3 = 3 + 0) й атомних номерів (1 = 2 + (-1)) у правій і лівій частинах схеми перетворення обов’язково мають бути однаковими.
Якщо механізм а-розпаду дістав просте і природне пояснення, то механізм Р-розпаду довгий час залишався не розгаданим. Дійсно, звідки при Р-розпаді беруться електрони, адже їх немає у складі ядра атома? Зрозу-
міло, що b-частинка не є електроном з оболонки атома, тому що видалення електрона з оболонки — це йонізація атома, у результаті якої хімічна природа атома не змінюється. Таким чином, оскільки b-частинка не є складовою ядра і не є електроном, вирваним з оболонки атома, можна припустити, що b-частинка (електрон) утворюється в результаті якогось процесу, що відбувається всередині радіонукліда. І дійсно, у радіоактивному ядрі можливе перетворення нейтрона в протон. У результаті цього утворюється електрон і ще одна частинка (антинейтрино), які вилітають із ядра, а протони й нейтрони, що залишились, утворюють нове ядро. Згодом були відкритті й інші процеси перетворення частинок та виявлені нові частинки (і їхні античастинки), що зумовило появу нового напряму у фізиці — фізики елементарних частинок.
При g-розпаді частинки не випромінюються. Тому радіоактивні перетворення атомів під час g-розпаду відбуваються лише за рахунок зміни енергії атомного ядра. А отже, під час g-розпаду елемент не зміщується в періодичній системі хімічних елементів.
Радіоактивний ряд. Радіоактивний розпад, як правило, супроводжується кількома послідовними перетвореннями. Наприклад, ізотоп То-рій-232 розпадається, випромінюючи а-частинку, і перетворюється на Радій-228:
Радій-228 — нестійкий радіонуклід, який також розпадається, випромінюючи b-частинку, і перетворюється на Актиній-228:
Цей процес послідовного перетворення ізотопів триває доти, поки не утвориться стійкий елемент, у даному випадку Плюмбум-208
На малюнку 200 зображено повний ряд радіоактивних перетворень, що починається з Торію-232.
Оскільки в результаті радіоактивних перетворень утворюються нові елементи, то, за аналогією з хімічними реакціями, радіоактивний розпад ще називають ядерною реакцією.
Формуємо КОМПЕТЕНТНІСТЬ
Я поміркую й зможу пояснити
1. Які закони збереження виконуються під час радіоактивного розпаду?
2. У чому суть правил зміщення? Поясніть, як виконуються правила зміщення в такій реакції:
3. Чи зміниться хімічна природа елемента в разі випромінювання ним гамма-променів? Альфа-частинок?
4. Які зміни відбудуться з ядром атома Ксенону, якщо воно втратить один нейтрон?
Я можу застосовувати знання й розв'язувати задачі
Вправа 19
1.
Ядро атома
Застосовуючи правила зміщення,
запишіть схему перетворення.
2.
Ядро якого елемента утворилося після a-розпаду ізотопу
3.
У верхніх шарах атмосфери під дією космічних променів утворюється радіоактивний ізотоп Карбону-14. У який елемент він перетвориться під час p-розпаду? Застосовуючи правила зміщення, запишіть схему перетворення.
4.
Альфа-частинку поглинула речовина. Де поділась a-частинка?
5.
На який елемент перетворюється
після трьох a-розпадів і двох
p-розпадів?
6.
Унаслідок радіоактивного розпаду ядро
перетворюється на ядро
Скільки a- і p-розпадів при цьому відбувається?
Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Засєкіна (поглиблений рівень)