8.1: Вступ до ядерної хімії

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 8: Ядерна хімія
- 8.2: Радіоактивність

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Що таке ядерна реакція?

На відміну від хімічних реакцій, в яких задіяні валентні електрони, ядерні реакції передбачають зміни ядра атома, як показано на рис.8.1.1.

Малюнок $\PageIndex{1}$ : Протонно-протонна ланцюгова реакція, гілка I, домінує в зірках розміром з Сонце або менше. Джерело: Sarang, Суспільне надбання, через Вікісховище

Ядерна реакція

Ядерні реакції передбачають зміни в ядрі атома. Ядерна реакція може призвести до одного або декількох з наступних: i) перетворення атома в його ізотоп або атом іншого елемента, ii) перетворення маси в енергію або навпаки, і iii) вивільнення ядерних випромінювань.

Хоча ядерні реакції менш численні, ніж хімічні реакції, вони є важливими у багатьох аспектах, наприклад, вони є джерелом енергії на сонці та зірках та синтезом елементів у Всесвіті. Ядерні реакції стають важливими в житті людини у вигляді виробництва електроенергії з атомних електростанцій, джерела радіоізотопів для медичної візуалізації для візуалізації органів та діагностики захворювань, лікування пухлин та ракових клітин, як показано на рис. 8.1.2.

Малюнок $\PageIndex{2}$ : Спектр медичної візуалізації (зліва) і променева терапія малого таза. (праворуч). Джерело: Мартін Торнай, CC BY 4.0 < https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 >, через Wikimedia Commons та Діна Вакульчик з Індіанаполіса, штат Індіана, США /CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Ядерна номенклатура і символи

Нуклеоїдні

Нуклеоїд - це ще одна назва ядра атома, яке часто використовується в ядерній хімії

Т склад нуклеоїда представлений тим же символом, що представляє ізотопи елементів, оскільки $\ce{^{A}_{Z}X}$ , where $\ce{X}$ is the element symbol, Z is the number of protons, and A is the number of protons and neutron in the nucleus. For example, carbon exists as a mixture of $\ce{^12_6C}$ , and $\ce{^13_6C}$ isotopes. Назва елемента, за яким слідує кількість нуклонів, розділених дефісом, є ще одним способом представлення нуклеоїда. Наприклад, вуглець-12, вуглець-13 і вуглець-14 являють собою вуглецеві нуклеоїди, що мають 6 протонів кожен, але 6, 7 і 8 нейтронів відповідно. Аналогічно, водень існує у вигляді суміші $\ce{^1_1H}$ , $\ce{^2_1H}$ , and $\ce{^3_1H}$ , that can also be represented as hydrogen-1, hydrogen-2, and hydrogen-3, respectively.

Нуклони

Протони і нейтрони також називають нуклонами.

Ядерна реакція

Ядерна реакція - це процес, при якому два ядра, або ядро і зовнішня субатомна частка, стикаються з утворенням одного або декількох нових нуклідів.

Ядерна реакція - це реакція, в якій беруть участь нуклеоїди. Реактивний нуклеоїд, званий батьківським нуклеоїдом, зазвичай перетворюється в інший нуклеоїд, який називається дочірнім нуклеоїдом. Дочірній нуклеоїд може бути ізотопом батьківського нуклеоїда, а може бути іншим елементом. Перетворення ізотопу в інший ізотоп того ж або іншого елемента - це ядерна реакція, яка називається трансмутацією або ядерним перетворенням, як показано на рис.8.1.3.

Малюнок $\PageIndex{3}$ : Ядерна реакція поділу, в якій присутні нуклеоїдні $\ce{^235_92U}$ absorbs a neutron and transforms to a daughter nucleoid $\ce{^236_92U}$ , which later on transforms to two daughter nucleoids $\ce{^144_56Ba}$ and $\ce{^89_36Kr}$ along with emission three протони. Скопіюйте та вставте підпис тут. Джерело: MikeRun, CC BY-SA 4.0 < https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0 >, через Вікісховище

Ядерні випромінювання

Ядерне випромінювання або радіоактивність - це частинки і енергія, що випромінюються ядром під час ядерної реакції.

Ядерна реакція супроводжується випромінюванням ядерних випромінювань, включаючи високоенергетичні електромагнітні традиції, які називаються $\ce{\gamma}$ гамма-променями (-променями), субатомними частинками, такими як електрони, позитрони, протони, нейтрони або невелике ядро, як $\ce{^4_2He^2+}$ називається альфа-частинки ( $\ce{\alpha}$ -частинки). Ядерні випромінювання - це іонізуючі випромінювання, тобто вони можуть збивати електрони з атомів, з якими вони контактують.

Радіоактивний

Нуклеоїди, які здатні до спонтанного розпаду, викликаючи викид ядерного випромінювання, називаються радіоактивними.

Процес випромінювання ядерного випромінювання спонтанним розпадом радіоактивних нуклеоїдів називається радіоактивністю, як показано на рис.8.1.4.

Малюнок $\PageIndex{4}$ : Ілюстрація радіоактивного розпаду нуклеоїда. Джерело: Пірсон Скотт Форесман, Громадське надбання, через Wikimedia Commons

До ядерних випромінювань належать $\ce{\gamma}$ гамма-промені (-промені), $\ce{\alpha}$ альфа-частинки (-частинки), $\ce{\beta}$ бета-частинки (-частинки), нейтрони (n) та позитрон ( $\ce{\beta^+}$ -частинки).

Гамма-промені

Гамма-промені - це електромагнітні випромінювання, які не мають маси і мають енергію вище, ніж у рентгенівських променів. Символ $\ce{\gamma}$ $\ce{_{0}^{0}\gamma}$ , або $\ce{\gamma}$ -ray являє собою гамма-промінь.

Альфа-частинки

Альфа-частинки ( $\ce{\alpha}$ -частинки) являють собою ядра гелію з двома протонами, двома нейтронами, і без електронів, т $\ce{^4_2He^2+}$ . $\ce{\alpha}$ -частинки також представлені як $\ce{^4_2He}$ Гелій-4.

Бета-частинки

Бета-частинки ( $\ce{\beta}$ -частинки) - це швидко рухаються електрони, які мають атомний номер -1, заряд -1 та незначну масу. Символ $\ce{\beta}$ , $\ce{\beta^{-}}$ $\ce{_{-1}^{0}\beta}$ , або $\ce{_{-1}^{0}{e}}$ також являє собою β-частинку.

Позитрони

Позитрони є античастинками електрона, тобто мають таку ж масу, але протилежний заряд, ніж у електрона. Символ $\ce{+\beta}$ , $\ce{\beta^{+}}$ $\ce{_{+1}^{0}\beta}$ , або $\ce{_{+1}^{0}{e}}$ являє собою позитрон.