11.S: Ядерна хімія (резюме)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18149

$ \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}}$

У більшості атомів ядро, що містить «надлишок» нейтронів (більше нейтронів, ніж протонів), нестабільно і ядро буде розкладатися радіоактивним розпадом, в якому частинки виділяються до досягнення стабільного ядра. Загальні частинки, що виділяються при радіоактивному розпаді, включають:
- Альфа-частинки, складаються з двох протонів і двох нейтронів. Це еквівалентно гелієвому ядру, а альфа-частинка має заряд 2+. Оскільки він позитивний, він буде притягнутий до негативного заряду в електричному полі. Атомним символом альфа-частинки є ${\ стиль відображення {} _ {2} ^ {4} Він}$ , або іноді ${\ стиль відображення {} _ {2} ^ {4}\ альфа}$ . Альфа-частинки повільно рухаються і легко поглинаються повітрям або тонким аркушем паперу. Коли елемент викидає альфа-частинку, ідентичність елемента змінюється на елемент з атомним номером, який на два менше вихідного елемента. Масова кількість елемента зменшується на чотири одиниці.
- Бета-частинки є електронами, вважаються мають незначну масу і мають єдиний негативний заряд. Вони будуть притягуватися до позитивного заряду в електричному полі. Атомним символом бета-частинки є ${\ стиль відображення {} _ {-1} ^ {0}\ бета}$ , або іноді ${\ стиль відображення {} _ {-1} ^ {0} e}$ . Бета-частинки мають «проміжну» енергію і зазвичай вимагають тонких листів металу для екранування. Бета-частинка утворюється в ядрі, коли нейтрон «викидає» свій негативний заряд (бета-частинку), залишаючи протон позаду. Коли елемент викидає бета-частинку, ідентичність елемента змінюється на наступний більший атомний номер, але масове число не змінюється.
- Гамма-частинки (гамма-промені) - це високоенергетичні фотони. Вони не мають маси і можуть бути досить енергійними, вимагаючи товстого екранування.
- Позитрони є антиелектронами, вважаються мають незначну масу і мають єдиний позитивний заряд. Вони будуть притягуватися до негативного заряду в електричному полі. Атомний символ для позитрона - символ ${\ стиль відображення {} _ {+1} ^ {0}\ бета}$ . Позитрони мають «проміжну» енергію і зазвичай вимагають тонких листів металу для екранування. Позитрон утворюється в ядрі, коли протон «викидає» свій позитивний заряд (позитрон), залишаючи нейтрон позаду. Коли елемент викидає позитрон, ідентичність елемента змінюється на наступний нижній атомний номер, але масове число не змінюється.
У ядерному рівнянні елементи та субатомні частинки показані пов'язаними стрілкою реакції. Коли ви балансуєте ядерне рівняння, суми масових чисел та атомних чисел з кожного боку повинні бути однаковими.
Радіоактивні елементи розпадаються зі швидкістю, постійною і унікальною для кожного елемента. Швидкість розпаду радіоактивного елемента вимірюється його періодом напіврозпаду; час, необхідний для того, щоб половина радіоактивних атомів розпалася, випромінюючи частинку і утворюючи новий елемент. Кількість вихідного елемента, що залишився після n періодів напіврозпаду, можна обчислити за допомогою рівняння:\[R=I\left ( \frac{1}{2} \right )^{n} \nonumber \] where I represents the initial mass of the element and R represents the mass remaining.
In nuclear fission, a nucleus captures a neutron to form an unstable intermediate nucleus, which then splits (undergoes fission) to give nuclei corresponding to lighter elements. Typically, neutrons are also ejected in the process. For heavy isotopes, the process of fission also releases a significant amount of energy. A nuclear equation for a classical fission reaction is shown below: \[_{92}^{235}U+_{0}^{1}n\rightarrow _{56}^{141}Ba+_{36}^{92}Kr+3_{0}^{1}n \nonumber \]
In nuclear fusion, nuclei combine to form a new element. For light isotopes, the process of fusion also releases a significant amount of energy. A nuclear equation for the fusion cascade that typically occurs in stars the size of our sun is shown below:

\[2_{1}^{1}\rho \rightarrow _{+1}^{0}\beta +_{2}^{3}He \nonumber \]

\[2_{2}^{3}He \rightarrow 2_{1}^{1}\rho +_{2}^{4}He \nonumber \]