Підручник Фізика 9 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 4 ФІЗИКА АТОМА ТА АТОМНОГО ЯДРА. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ АТОМНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

§ 31. ПРАВИЛА РАДІОАКТИВНОГО ЗАМІЩЕННЯ

Ви дізнаєтесь

- Звідки в ядрі береться електрон

Пригадайте

- Характеристики радіоактивних випромінювань

Правила радіоактивного зміщення. У § 29 ми зазначали, що певне атомне ядро з відомими А, Z, і N називають нуклідом. Відповідно ядро, яке 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 (-частинку);

- якщо радіоактивне випромінювання утворюється внаслідок розпаду атомного ядра, то звідки в ядрі беруться електрони (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 дозволило 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. З 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 -розпаду. Під час а-розпаду радіоактивний атом випромінює -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 -розпаду ізотоп Урану перетворюється на Торій: U Тh + Не. 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 -розпад можна описати такою схемою:

X y + He.

Правило зміщення для -розпаду. Під час -розпаду ядро радіоактивного атома випромінює -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 -розпад можна описати такою схемою:

X Y + e.

Наприклад, під час -розпаду радіоактивний ізотоп Гідрогену перетворюється на ізотоп Гелію.

H He +e.

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 -розпаду довгий час залишався не розгаданим. Дійсно, звідки при -розпаді беруться електрони, адже їх немає у складі ядра атома? Зрозуміло, що -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 -частинка не є складовою ядра і не є електроном, вирваним з оболонки атома, можна припустити, що -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 з 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 -розпаді частинки не випромінюються. Тому радіоактивні перетворення атомів під час -розпаду відбуваються лише за рахунок зміни енергії атомного ядра. А отже, під час -розпаду елемент не зміщується в періодичній системі хімічних елементів.

Радіоактивний ряд. Радіоактивний розпад, як правило, супроводжується кількома послідовними перетвореннями. Наприклад, ізотоп Торій-232 розпадається, випромінюючи -частинку, і перетворюється на Радій-228:

Ra + He.

Радій-228 — нестійкий радіонуклід, який також розпадається, випромінюючи -частинку, і перетворюється на Актиній-228:

Ra Ac + e.

Цей процес послідовного перетворення ізотопів триває доти, поки не утвориться стійкий елемент, у даному випадку Плюмбум-208 (РЬ).

Мал. 182. Ряд радіоактивних перетворень

На малюнку 182 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.

Підбиваємо підсумки

- Під час -розпаду радіоактивний атом випромінює -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.

- При -розпаді ядро радіоактивного атома випромінює -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.

- При -розпаді частинки не випромінюються. Тому радіоактивні перетворення атомів під час -розпаду відбуваються лише за рахунок зміни енергії атомного ядра. А отже, під час у-розпаду елемент не зміщується в періодичній системі хімічних елементів.

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: Ra Rа + Не.

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





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити