Строение атомных ядер. Радиоактивность. Ядерные реакции

Приводимые в этом разделе химические символы обозначают не атомы элементов, а их ядра. Нижний индекс указывает заряд ядра, численно совпадающий с номером элемента в периодической системе элементов, верхний – массовое число A, представляющее собой сумму Z+N, где Z – число протонов (p) в ядре, определяющее заряд ядра, а N – число нейтронов (n) в ядре. Ядра всех атомов данного элемента имеют одинаковый заряд, т. е. содержат одно и то же число протонов; число нейтронов может быть различным.

Атомы, обладающие одинаковым зарядом ядра, но разными массовыми числами, называются изотопами (например, и ₁₇Сl³⁷).

Атомы, имеющие одинаковые массовые числа, но разное число протонов в ядре, называются изобарами (например, и ).

Радиоактивностью называют самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер.

Периодом полураспада (Т_1/2) называется время, за которое распадается половина исходного количества радиоактивного изотопа. В течение первого периода полураспада распадается ½ часть от первоначального числа ядер изотопа N₀ и остается 1/2 N₀=2^-1N₀ ядер. В течение второго периода полураспада распадается половина от 2^-1 N₀ и остается ½ *2^-1 N₀=2^-2 N₀ ядер и т.д. В конце n–го периода полураспада остается 2^-nN₀ ядер исходного изотопа. Аналогичное выражение справедливо для массы (m) нераспавшегося изотопа: m=2^-nm₀, где m₀ – исходная масса изотопа.

К основным видам радиоактивного распада относятся -распад, - и -распад, электронный захват и спонтанное деление. Часто эти виды радиоактивного распада сопровождаются испусканием -лучей, т. е. жесткого (с малой длиной волны) электромагнитного излучения.

- Распад. -Частица – ядро атома гелия . При испускании -частицы ядро теряет два протона и два нейтрона, следовательно, заряд ядра уменьшается на 2, а массовое число на 4. Дочернее ядро принадлежит элементу, смещенному в периодической системе на две клетки к началу системы по отношению к материнскому элементу: .

- Распад. -Частица – электрон. -Распаду предшествует процесс , протекающий в ядре; таким образом, при испускании электрона заряд ядра увеличивается на единицу, а массовое число не изменяется. Дочернее ядро – изобар исходного – принадлежит элементу, смещенному на одну клетку к концу периодической системы от места материнского элемента: .

Позитронный распад. -Частица – позитрон - обладает массой электрона и зарядом, равным заряду электрона, но противоположным по знаку. Позитронному распаду предшествует ядерный процесс: . Число протонов в ядре при позитронном распаде уменьшается на единицу, а массовое число не изменяется. Образующееся ядро – изобар исходного ядра – принадлежит элементу, смещенному от материнского элемента на одну клетку к началу периодической системы: .

Задачи

26. Символ одного из изотопов элемента . Указать: а) название элемента; б) число протонов и нейтронов в ядре; в) число электронов в электронной оболочке атома.

27. Ядро атома некоторого элемента содержит 16 нейтронов, а электронная оболочка этого атома – 15 электронов. Назвать элемент, изотопом которого является данный атом. Привести запись его символа с указанием заряда ядра и массового числа.

28. Массовое число атома некоторого элемента равно 181, в электронной оболочке атома содержится 73 электрона. Указать число протонов и нейтронов в ядре атома и название элемента.

29. В природных соединениях хлор находится в виде изотопов [75, 5% (масс.)] и [24, 5% (масс.)]. Вычислить среднюю атомную массу природного хлора.

30. Природный магний состоит из изотопов , , . Вычислить среднюю атомную массу природного магния, если содержание отдельных изотопов в атомных процентах соответственно равно 78, 6, 10, 1 и 11, 3.

31. Природный галлий состоит из изотопов и . В каком количественном соотношении находятся между собой числа атомов этих изотопов, если средняя атомная масса галлия равна 69, 72?

32. Найти массу изотопа , оставшуюся через 25, 5 ч хранение, если первоначальная масса его составляла 200 мг.

33. Вычислить процент атомов изотопа , оставшихся нераспавшимися после его хранения в течение 2, 5 ч.

34. Период полураспада β ^— -радиоактивного изотопа Ν а²⁴ равен 14, 8ч. Написать уравнение реакции распада и вычислить сколько граммов дочернего продукта образуется из 24г Ν а²⁴ за 29, 6 ч.