11.3: Стабільні та нестабільні ізотопи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21912

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

Результати навчання

Визнайте, що радіоактивність є ознакою нестабільного нукліду - радіоізотопів.
Опишіть радіоізотоп.
Поясніть, як стабільність ізотопів залежить від складу його ядра.
Використовуйте «смугу стійкості» для виявлення стабільних ізотопів.

Відкриття радіоактивності і її впливу на ядра елементів спростувало припущення Дальтона про те, що атоми неподільні. Нуклід - це термін для атома з певною кількістю протонів і нейтронів в його ядрі. Коли нукліди одного типу випромінюють випромінювання, вони змінюються на різні нукліди. Радіоактивний розпад є спонтанним і не вимагає введення енергії, щоб відбутися. Стійкість конкретного нукліду залежить від складу його ядра, включаючи кількість протонів, кількість нейтронів, співвідношення протон до нейтронів.

У ядерних реакціях саме ядро атома набуває стабільності, зазнаючи якихось змін. Деякі елементи не мають стабільних ізотопів, а це означає, що будь-який атом цього елемента є радіоактивним. Для деяких інших елементів радіоактивними є лише певні ізотопи. Радіоізотоп - це ізотоп елемента, який нестійкий і піддається радіоактивному розпаду. Енергії, які виділяються в ядерних реакціях, на багато порядків більше енергій, що беруть участь в хімічних реакціях. На відміну від хімічних реакцій, на ядерні реакції не відчутно впливають зміни умов навколишнього середовища, такі як температура або тиск.

Вуглець-12, з шістьма протонами і шістьма нейтронами, є стабільним ядром, що означає, що воно мимовільно не випромінює радіоактивність. Вуглець-14, з шістьма протонами і вісьмома нейтронами, нестабільний і природно радіоактивний. Серед атомів з меншими атомними номерами ідеальне співвідношення нейтронів до протонів становить приблизно 1:1. Зі збільшенням атомного числа стабільне співвідношення нейтрон-протон поступово збільшується приблизно до 1,5:1 для найважчих відомих елементів. Наприклад, свинцево-206 - стабільне ядро, яке містить 124 нейтрона і 82 протона, співвідношення 1,51 до 1.

Це спостереження показано на рис\(\PageIndex{1}\). Смуга стійкості - це діапазон стабільних ядер на графіку, який відображає кількість нейтронів в нукліді проти кількості протонів. Відомі стабільні нукліди показані окремими синіми крапками, тоді як співвідношення 1:1 та 1. 5:1 показані суцільною червоною лінією та зеленою лінією відповідно.

Слід зазначити, що саме тому, що ядро «нестійке» (здатне піддаватися спонтанному радіоактивному розпаду) не означає, що воно буде швидко розкладатися. Наприклад, уран-238 нестійкий, оскільки він мимовільно розпадається з плином часу, але якщо зразку урану-238 дозволять сидіти протягом 1000 років, то згниє лише\(0.0000155\%\) частина зразка. Однак інші нестабільні ядра, такі як беркелій-243, майже повністю зникнуть (>\(99.9999\%\) згнили) менш ніж за добу.