Pravilo pristranskosti v radioaktivnem razpadu

Pravilo pristranskosti za radioaktivni razpad v radiokemiji in jedrski fiziki, ki je znano tudi kot pravo Soddy-Faience, je pravilo, ki določa transformacijo enega elementa v drugega med radioaktivnim razpadom. Leta 1913 sta ga samostojno razložila dva znanstvenika: angleški radiokemist Frederick Soddy in ameriški fizik-kemik s poljskimi koreninami Casimir Fayans.

Dosežki Fredericka Soddyja na področju radioaktivnosti

Soddy je skupaj z Rutherfordom v ospredju odkritja radioaktivnih atomskih transformacij. Tako je leta 1903 Soddy odkril, da radij med razpadanjem oddaja jedra helija. Ta znanstvenik je tudi pokazal, da lahko atomi istega kemičnega elementa imajo različne mase, zaradi česar je razvil koncept izotopov. Soddy je določil pravila za odstranjevanje kemičnih elementov med alfa in beta radioaktivnimi razpadi, kar je bil pomemben korak pri razumevanju odnosa med družinami radioaktivnih elementov.

Leta 1921 je bil nagrajen Frederick Soddy Nobelova nagrada za kemijo za pomembna odkritja v fiziki radioaktivnih elementov in za raziskovanje narave izotopov.

Dela Casimira Fayansa

Ta znanstvenik je izvedel pomembne študije radioaktivnosti različnih izotopov in razvil kvantno teorijo elektronske strukture molekul. Leta 1913, istočasno s Frederickom Soddyjem in neodvisno od njega, so Fayans odkrili pravila premestitve, ki urejajo pretvorbo nekaterih kemičnih elementov v druge v procesu radioaktivnih razpadov. Fajani so odkrili tudi nov kemijski element, protaktinium.

Koncept radioaktivnosti

Preden preučimo zakone radioaktivnega razpada in pravila premestitve, moramo razumeti pojem radioaktivnosti. V fiziki ta beseda pomeni sposobnost jedra nekaterih kemijskih elementov, da oddajajo sevanje, ki ima naslednje lastnosti:

• sposobnost prodiranja v človeška tkiva, ki ima uničujoč učinek;
• sposobnost ioniziranja plinov;
• stimulacijo fluorescenčnega procesa;
• prehod skozi različna trdna in tekoča telesa.

Zaradi teh sposobnosti se to sevanje običajno imenuje ionizirajoče. Narava sevanja je lahko elektromagnetna, na primer X-žarki ali gama-sevanja, ali da imajo korpuskularni značaj, emisijo jeder helija, protonov, elektronov, pozitronov in drugih elementarnih delcev.

Tako je radioaktivnost pojav, ki ga opazimo v nestabilnih atomskih jedrih, ki se spontano spremenijo v jedra stabilnejših elementov. Preprosto povedano, nestabilni atom oddaja radioaktivno sevanje, da postane stabilno.

Nestabilni atomski izotopi

Nestabilni izotopi, tj. Atomi istega kemičnega elementa, ki imajo različne atomske mase, so v razburjenem stanju. To nakazuje, da imajo povečano energijo, ki si jo prizadevajo dati, da bi šli v ravnovesno stanje. Glede na to, da so vse energije atoma kvantizirane, imajo diskretne vrednosti, se radioaktivni razpad sam po sebi zgodi zaradi izgube specifične kinetične energije.

Nestabilni izotop v procesu radioaktivnega razpada postane bolj stabilen, vendar to ne pomeni, da novo nastalo jedro ne bo imelo radioaktivnosti, lahko tudi razpade. Osupljiv primer tega procesa je jedro urana-238, ki je že več stoletij doživelo vrsto razpadov, ki se končno spreminjajo v atom svinca. Upoštevajte, da lahko, odvisno od vrste izotopa, spontano razpade, tako v milijoninah drugega kot milijarde let, na primer isti uran-238 ima razpolovni čas (čas, pri katerem je polovica razpada jedra) enaka 4,468 milijard let, istočasno pa je za izotop kalija 35 to obdobje 178 milisekund.

Različne vrste radioaktivnosti

Uporaba določenega pravila radioaktivnega pristajanja je odvisna od vrste radioaktivnega razpada, ki ga doživlja določen element. Na splošno se razlikujejo naslednje vrste radioaktivnosti: t

• alfa razpad;
• beta razpad;
• gama razpad;
• razpad z emisijo prostih nevtronov.

Vse te vrste radioaktivnega razpada (z izjemo emisije prostih nevtronov) je določil novozelandski fizik. Ernest Rutherford v začetku 20. stoletja.

Corpuskularne vrste razpadanja

Alfa razpad je povezan z emisijo jeder helija-4, kar pomeni, da gre za zadevo korpuskularnega sevanja, katerega delci so sestavljeni iz dveh protonov in dveh nevtronov. To pomeni, da je masa teh delcev 4 v atomskih masnih enotah (AEM), električni naboj pa je +2 v enotah elementarnega električnega naboja (1 elementni naboj v sistemu SI je enak 1.602 * 10 ^{- 19} C). Izpuščeno jedro helija pred razpadom je bilo del nestabilnega izotopskega jedra.

Narava beta razpada je emisija elektronov, ki imajo maso 1/1800 AEM in naboj -1. Zaradi negativnega elektronski naboj ta razpad se imenuje beta-negativen. Za razliko od alfa delcev, elektron ni obstajal pred razpadom v atomskem jedru, ampak je nastal kot posledica pretvorbe nevtrona v proton. Slednji je ostal v jedru po razpadu in elektron je zapustil atomsko jedro.

Pozneje je bil odkrit beta-pozitivni razpad, ki sestoji iz oddajanja pozitronsko-antičnega delca elektrona. Radioaktivni pozitron nastane kot posledica povratne reakcije kot elektron, to pomeni, da se proton v jedru spremeni v nevtron in izgubi svoj pozitivni naboj.

V seriji radioaktivnih transformacij enega jedra v drugo se oddajajo nevtroni različnih energij. Podobno kot proton ima nevtron maso 1 AEM (natančneje, nevtron je 0,137% težji od protona) in ima ničelni električni naboj. Tako se pri tej vrsti razpada matično jedro izgubi le eno enoto svoje mase.

Gama razpad

Gama razpad, za razliko od prejšnjih vrst razpadanja, ima elektromagnetno naravo, kar pomeni, da je to sevanje podobno rentgenski ali vidni svetlobi, vendar je valovna dolžina gama sevanja veliko manjša od katere koli druge elektromagnetne valove. Gama žarki nimajo mase za počitek in naboj. Dejstvo je, gama žarki - to je dodatna energija, ki je obstajala pred zrušitvijo v jedru atoma, kar povzroča njeno nestabilnost. Kemični element ohranja svoj položaj v periodnem sistemu. D.I. Mendeleev z razpadom gama.

Pravila radijskega prenosa

Z uporabo teh pravil lahko zlahka ugotovite, kateri kemični element je treba pridobiti od določenega izvornega izotopa z določeno vrsto radioaktivnega razpada. Razlagamo ta pristranskost pravil v fiziki:

• Z alfa razpadom, ker jedro izgubi 4 AEM mase in +2 enote naboja, se oblikuje kemijski element, ki je v levo v periodnem sistemu DI Mendelejeva 2 položajem. Na primer, ₉₂ U ²³⁸ = ₉₀ Th ²³⁴ , tukaj je spodnji indeks naboj, zgornji pa masa jedra.
• V primeru beta-negativnega razpada se naboj matičnega jedra poveča za 1 enoto, masa pa ostane nespremenjena (masa elektrona, izpuščenega med tem razpadom, je samo 0,06% mase protona). V tem primeru pravilo ravnotežnega premika določa, da je treba oblikovati izotop kemičnega elementa, ki stoji eno celico desno od maternalnega elementa v tabeli DI Mendeleev. Na primer ₈₂ Pb ²¹² = ₈₃ Bi ²¹² .
• Pravilo premika med beta-pozitivnim razpadom (sevanje pozitrona) navaja, da se kot rezultat tega procesa oblikuje kemični element, ki je 1 položaj levo od matičnega elementa in ima enako maso jedra kot je. Na primer ₇ N ¹³ = ₆ C ¹³ .