5. ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН І ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ Д.І. МЕНДЕЛЄЄВА

5. ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН І ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ Д.І. МЕНДЕЛЄЄВА

5.8. Радіоактивність. Ядерні реакції

Атом хімічного елемента зберігає свою індивідуальність, поки залишається незмінним його ядро. Незважаючи на надзвичайно малі розміри, ядра атомів можуть ділитись.

Відомості про поділ ядер атомів елементів одержані при вивченні радіоактивності.

Вперше радіоактивність спостерігав у 1896 р. фр. вчений А. Беккерель, який виявив, що уран випромінює особливу енергію, яку пізніше назвали радіоактивною.

Радіоактивність – самовільне перетворення нестійкого ізотопу одного хімічного елемента в ізотоп(и) іншого(их) елемента(ів), що супроводжується випусканням елементарних частинок.

Перетворення ядер атомів елементів відбуваються в процесі ядерних реакцій.

Радіоактивність, яку виявляють природні ізотопи називають природною, а штучні – штучною. Радіоактивні процеси відбуваються у різних ізотопів з різною швидкістю.

Характеристиками радіоактивного розпаду є:

1. Стійкість ядер. Якщо Z²/A_r > 3, де Z – заряд ядра, A_r – атомна маса елемента, то ядро нестійке і легко розпадається.
2. Період напіврозпаду (t_1/2) – час, за який розпадається половина початкової кількості ядер радіоактивного елемента. Так, період напіврозпаду Радону становить 3,85 діб, Урану – 4,5 млрд. років.

Якщо кількість атомів вихідного елемента позначити m₀, кількість атомів, що залишилась через час t – m_t, то:

Найважливішими видами радіоактивного розпаду є:

1. α-Розпад – радіоактивний розпад ядер атомів, що супроводжується випусканням α-частинок (ядер Гелію ): . При цьому заряд ядра зменшується на 2, а масове число – на 4.
2. β-Розпад – розпад атомних ядер, що супроводжується випусканням β-частинок (потік електронів ): . При цьому заряд ядра зростає на 1, а масове число не змінюється, оскільки кількість нейтронів і протонів залишається сталою.
3. β⁺-Розпад (позитронний розпад) – розпад з виділенням позитрона : . Масове число не змінюється, а заряд ядра зменшується на 1.
4. γ-Розпад – виділення електромагнітних хвиль при α- і β-розпадах, при цьому зменшується енергія ядра, а заряд і масове число залишаються незмінними: .

В основі ядерних реакцій, як і в основі хімічних перетворень лежать закони збереження маси та енергії. Тому при записі ядерних реакцій треба слідкувати, щоб сума зарядів (нижні індекси) реагентів та продуктів реакції і сумарна маса частинок (верхні індекси) до і після реакції були однакові. В останньому прикладі: заряди 11 = 11 + 0, масові числа 4 = 5 + (–1).

У природі відомі ряди радіоактивних перетворень: ряд Урану (), ряд Торію (), ряд Актинію ().

Розглянуті нами реакції є реакціями ядерного розпаду.

Вперше штучну реакцію ядерного синтезу здійснив у 1912 р. Е. Резерфорд бомбардуванням ядер атомів Нітрогену α-частинками (ядрами ): .

За допомогою реакцій ядерного синтезу одержано елементи, які не зустрічаються в природі, наприклад: .

Отже, ядерні реакції синтезу – взаємодія ядер атомів хімічних елементів з елементарними частинками, g-випромінюванням або з ядрами інших елементів.

У ядерних реакціях символи хімічних елементів записують як ізотопи, а елементарні частинки, згідно наведеної форми (табл. 5.5).

Таблиця 5.5

Форма запису деяких елементарних частинок

Ядерні реакції і радіоактивність широко застосовуються у різних галузях науки і техніки.

Радіоактивність використовують для виявлення витоку рідин з труб, для лікування злоякісних пухлин.

Радіоактивні ізотопи застосовують при вивченні механізмів реакцій методом “мічених атомів” (див. “Естери”, “Фотосинтез”), для визначення віку органічних решток.

Ядерні реакції використовують для синтезу нових трансуранових елементів.

Енергію ядерних реакцій використовують в атомних електростанціях і ракетних двигунах.