Радиоактивные превращения. Время: 3.45-5.28

Многочисленные эксперименты с радиоактивными веществами показали, что радиоактивность сопровождается изменениями атомов, и в результате этих изменений одни химические элементы превращаются в другие.

Положение химического элемента в таблице Менделеева определяется числом электронов в нейтральном атоме, или, что то же самое — зарядом ядра атома. Поэтому превращения химических элементов означают, что в результате радиоактивных процессов изменения претерпевают атомные ядра.

Ядра атомов радиоактивных элементов являются нестабильными. Каждое такое ядро в некоторый момент распадается, поэтому явление радиоактивности называют ещё радиоактивным распадом.

В процессе радиоактивного распада исходное вещество постепенно исчезает. Новые вещества, являющиеся продуктами распада, также могут быть нестабильными и распадаться дальше. Наблюдаются целые цепочки радиоактивных распадов — вплоть до образования стабильных элементов.

Cамой известной такой цепочкой является радиоактивное семейство урана. Начинается эта цепочка с альфа-распада ядра 92238�92238​U, в результате которого образуется ядро тория 90234�ℎ90234​Th и вылетает α-частица:

92238�→90234�ℎ+24��(1)92238​U→90234​Th+24​He(1)

Затем родившееся ядро тория испытывает бета-распад, испуская электрон и превращаясь в ядро протактиния 91234��91234​Pa:

90234�ℎ→91234��+−10�(2)90234​Th→91234​Pa+−10​e(2)

Обратите внимание, что электрону приписывается зарядовое число −1 (так как заряд электрона равен −e) и массовое число 0 (так как электрон не содержит нуклонов). В обеих формулах (1) и (2) мы наблюдаем два важных момента.

• Сумма массовых чисел продуктов распада равна массовому числу исходного ядра. Этот баланс массовых чисел отражает неизменность общего числа нуклонов до и после распада.

• Сумма зарядовых чисел продуктов распада равна зарядовому числу исходного ядра. Этот факт служит одним из многочисленных экспериментальных подтверждений закона сохранения заряда.

Поскольку α-частица уносит заряд +2e, а электрон уносит заряд −e, то возникает следующая закономерность превращения химических элементов при α- и β-распадах.

Правило смещения.

После α-распада элемент смещается на две клетки назад, то есть к началу периодической системы. После β-распада элемент смещается на одну клетку вперёд, то есть к концу периодической системы.

Общие формулы, выражающие правило смещения при альфа- и бета-распадах, выглядят следующим образом:

���→�−2�−4�+24��ZA​X→Z−2A−4​Y+24​He���→�+1��+−10�ZA​X→Z+1A​Y+−10​e

Формулы (1) и (2) — это самое начало радиоактивного семейства урана. Всего в этой цепочке происходит восемь α-распадов и шесть β-распадов (при каждом β-распаде вдобавок излучается γ-квант), пока в самом конце цепочки не образуется стабильное ядро свинца 82206��82206​Pb.

Излучение всех элементов радиоактивного семейства урана как раз и засветило фотопластинку Беккереля, и именно эта смесь излучений была впервые разложена на компоненты в магнитном поле.