Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

15.11: Радіоактивний розпад як міра віку

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    55524

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Коли ви перестаєте рахувати?

    Зробіть вигляд, що великий зелений циліндр є батьківським ізотопом. Тепер можна візуалізувати занепад батька до дочки. Нескладно помітити, що другий циліндр в два рази менше першого. Третя - половина розміру другого. Але коли балони стають невеликими, відмінності помітити набагато складніше. У якийсь момент батька залишилося занадто мало. Ця ізотопна пара більше не корисна для знайомств.

    Радіоактивний розпад

    Радіоактивний розпад - це розпад нестійких елементів на стійкі елементи. Щоб зрозуміти цей процес, нагадаємо, що атоми всіх елементів містять частинки, протони, нейтрони, електрони.

    Ізотопи

    Елемент визначається кількістю протонів, які він містить. Всі атоми даного елемента містять однакову кількість протонів. Кількість нейтронів в елементі може змінюватися. Атоми елемента з різною кількістю нейтронів називаються ізотопами.

    Розглянемо вуглець як приклад. Два ізотопи вуглецю показані нижче (малюнок нижче). Порівняйте їх протони і нейтрони. Обидва містять шість протонів. А ось вуглець-12 має шість нейтронів, а вуглець-14 має вісім нейтронів.

    Діаграма ізотопів вуглецю 12, 13 і 14

    Ізотопи названі за їх кількість протонів плюс нейтрони. Якби атом вуглецю мав сім нейтронів, як би його назвали?

    Майже всі атоми вуглецю - вуглець-12. Це стабільний ізотоп вуглецю. Лише крихітний відсоток атомів вуглецю - вуглець-14. вуглець-14 нестабільний. Являє собою радіоактивний ізотоп вуглецю. На фото нижче представлений вуглекислий газ (рис. Нижче), який утворюється в атмосфері з вуглецю-14 і кисню. Нейтрони в космічних променях вражають атоми азоту в атмосфері. Азот утворює вуглець-14. Вуглець в атмосфері поєднується з киснем, утворюючи вуглекислий газ. Рослини приймають вуглекислий газ під час фотосинтезу. Таким чином вуглець-14 надходить в харчові ланцюги.

    Структура вуглекислого газу

    Утворюється вуглець-14 в атмосфері. Він поєднується з киснем і утворює вуглекислий газ. Як вуглець-14 потрапляє в скам'янілості?

    Розпад нестабільних ізотопів

    Як і інші нестабільні ізотопи, вуглець-14 руйнується, або розпадається. Початкові атоми називаються батьківськими ізотопами. При розпаді вуглецю-14 кожен атом вуглецю-14 втрачає бета-частинку, або нейтрон, який розщеплюється на протон і електрон. Він змінюється на стабільний атом азоту-14. Стабільний атом в кінці - дочірній продукт (малюнок нижче).

    Діаграма бета-розпаду вуглецю 14

    Нестабільні ізотопи, такі як вуглець-14, розпадаються за рахунок втрати атомних частинок. Вони утворюють різні, стійкі елементи при їх розпаді.

    Розпад нестійкого ізотопу до стійкого елемента відбувається з постійною швидкістю. Ця швидкість різна для кожної пари ізотопів батько-дочка. Швидкість розпаду вимірюється в одиниці, яка називається періодом напіврозпаду. Період напіврозпаду - це час, який потрібно для половини даної кількості ізотопу розпаду. Наприклад, період напіввиведення вуглецю-14 становить 5730 років. Уявіть, що ви починаєте з 100 грам вуглецю-14. У 5730 років половина його розпадається. При цьому йде 50 грам вуглецю-14. Протягом наступних 5730 років половина решти суми розпадеться. Зараз існує 25 грам вуглецю-14. Скільки грам буде ще через 5730 років? На малюнку нижче графіки швидкість розпаду речовини (рисунок нижче).

    Графік розпаду уявної радіоактивної речовини з періодом напіврозпаду один рік

    Швидкість розпаду радіоактивної речовини з плином часу постійна.

    Резюме

    • Період напіврозпаду - це час, необхідний для половини батьківських ізотопів елемента, щоб змінити дочірній продукт.
    • При альфа-розпаді ядро втрачає два протони і два нейтрона.
    • Вуглець-14 має період напіввиведення 5730 років.

    Рецензія

    1. Що робить ізотоп радіоактивним? Чи всі ізотопи радіоактивні?
    2. Що таке батьківський ізотоп і дочірній продукт?
    3. Опишіть період напіврозпаду. Скористайтеся прикладом.