Pravilo pristranosti u radioaktivnom raspadu

Pravilo pristranosti za radioaktivni raspad u radiokemiji i nuklearnoj fizici, koje je također poznato kao Soddy-Faience zakon, je pravilo koje određuje transformaciju jednog elementa u drugi tijekom radioaktivnog raspada. Izlagali su je 1913. neovisno dva znanstvenika: engleski radiokemičar Frederick Soddy i američki fizičar-kemičar s poljskim korijenima Casimir Fayans.

Dostignuća Fredericka Soddyja na području radioaktivnosti

Soddy, zajedno s Rutherfordom, nalazi se na čelu otkrića radioaktivnih atomskih transformacija. Tako je 1903. godine Soddy otkrio da radij emitira jezgre helija tijekom njegovog propadanja. Ovaj je znanstvenik također pokazao da atomi istog kemijskog elementa mogu imati različite mase, što ga je navelo na razvoj koncepta izotopa. Soddy je postavio pravila za uklanjanje kemijskih elemenata tijekom alfa i beta radioaktivnog raspada, što je bio važan korak u razumijevanju odnosa između obitelji radioaktivnih elemenata.

Godine 1921. nagrađen je Frederick Soddy Nobelova nagrada za kemiju za važna otkrića u fizici radioaktivnih elemenata i za istraživanje prirode izotopa.

Radovi Casimira Fayansa

Ovaj je znanstvenik proveo važna istraživanja radioaktivnosti različitih izotopa i razvila kvantnu teoriju elektroničke strukture molekula. Godine 1913., istovremeno s Frederickom Soddyjem i neovisno o njemu, Fayansi su otkrili pravila premještanja, koja upravljaju pretvorbom nekih kemijskih elemenata u druge u procesu radioaktivnog raspada. Fayans je također otkrio novi kemijski element, protaktinium.

Pojam radioaktivnosti

Prije razmatranja zakona radioaktivnog raspada i pravila pomaka, potrebno je razumjeti pojam radioaktivnosti. U fizici, ova riječ znači sposobnost jezgre nekih kemijskih elemenata da emitiraju zračenje, koje ima sljedeća svojstva:

• sposobnost prodiranja u ljudska tkiva s destruktivnim učinkom;
• sposobnost ioniziranja plinova;
• stimuliranje procesa fluorescencije;
• prolazak kroz različita kruta i tekuća tijela.

Zbog ovih sposobnosti, ovo zračenje se obično naziva ioniziranjem. Priroda zračenja može biti elektromagnetska, na primjer, Rendgenski zraci ili gama-zračenja, ili da imaju korpuskularni karakter, emisiju jezgre helija, protone, elektrone, pozitrone i druge elementarne čestice.

Tako je radioaktivnost fenomen opažen u nestabilnim atomskim jezgrama, koje se spontano mogu pretvoriti u jezgre stabilnijih elemenata. Jednostavno rečeno, nestabilni atom emitira radioaktivno zračenje kako bi postao stabilan.

Nestabilni atomski izotopi

Nestabilni izotopi, tj. Atomi istog kemijskog elementa koji imaju različite atomske mase, nalaze se u uzbuđenom stanju. To sugerira da imaju povećanu energiju, koju nastoje dati da bi ušli u stanje ravnoteže. S obzirom da su sve energije atoma kvantizirane, to jest, da imaju diskretne vrijednosti, tada se sam radioaktivni raspad događa zbog gubitka specifične kinetičke energije.

Nestabilni izotopi u procesu radioaktivnog raspada postaju stabilniji, ali to ne znači da novoformirana jezgra neće imati radioaktivnost, ona će također propadati. Upečatljiv primjer tog procesa je jezgra urana-238, koja je već nekoliko stoljeća doživjela niz propadanja, te se na kraju pretvorila u atom olova. Napominjemo da, ovisno o tipu izotopa, on može spontano propadati, kako u milijunama sekundi, tako i milijardama godina, na primjer, isti uran-238 ima poluživot (vrijeme za koje pola jezgre propada) jednako 4,468 milijardi godina, u isto vrijeme, za izotop kalija-35, ovo razdoblje je 178 milisekundi.

Različiti tipovi radioaktivnosti

Primjena određenog pravila radioaktivnog prednapona ovisi o tipu radioaktivnog raspada kojeg određeni element doživljava. Općenito se razlikuju sljedeće vrste radioaktivnosti:

• alfa raspadanje;
• beta raspadanje;
• gama raspad;
• raspad s emisijom slobodnih neutrona.

Sve te vrste radioaktivnog raspada (uz iznimku emisije slobodnih neutrona) uspostavio je novozelandski fizičar. Ernest Rutherford početkom 20. stoljeća.

Korpuskularni tipovi raspada

Alfa raspad povezan je s emisijom jezgre helija-4, to jest, to je stvar korpuskularnog zračenja čije se čestice sastoje od dva protona i dva neutrona. To znači da je masa tih čestica 4 u atomskim jedinicama mase (AEM), a električni naboj je +2 u jedinicama elementarnog električnog naboja (1 elementarni naboj u SI sustavu je jednak 1.602 * 10 ^{- 19} C). Emitirana jezgra helija prije raspada bila je dio jezgre nestabilne izotopa.

Priroda beta raspada je emisija elektrona koji imaju masu 1/1800 AEM i naboja -1. Zbog negativnog naboj elektrona ovaj se raspad naziva beta-negativan. Za razliku od alfa čestice, elektron nije postojao prije raspada u atomskoj jezgri, već je nastao kao rezultat pretvaranja neutrona u proton. Potonji su ostali u jezgri nakon raspada, a elektron je napustio atomsku jezgru.

Nakon toga, otkriveno je beta-pozitivno raspadanje, koje se sastoji od emitiranja pozitron-antičestice elektrona. Radioaktivni pozitron nastaje kao rezultat obrnute reakcije od elektrona, tj. Proton u jezgri pretvara se u neutron, gubeći svoj pozitivni naboj.

U nizu radioaktivnih transformacija jedne jezgre u drugu emitiraju se neutroni različitih energija. Kao i proton, neutron ima masu od 1 AEM (točnije rečeno, neutron je 0,137% teži od protona) i ima nulti električni naboj. Tako, s ovom vrstom propadanja, roditeljska jezgra gubi samo jednu jedinicu svoje mase.

Gama raspad

Gama raspad, za razliku od prethodnih tipova propadanja, ima elektromagnetsku prirodu, to jest, ovo zračenje je slično rendgenskom ili vidljivom svjetlu, međutim valna duljina gama zračenja je mnogo manja od bilo koje druge elektromagnetske valove. Gama zrake nemaju masu za odmor i punjenje. U stvari, gama zrake - to je dodatna energija koja je postojala prije kolapsa u jezgri atoma, uzrokujući njegovu nestabilnost. Kemijski element zadržava svoj položaj u periodnom sustavu. D.I. Mendeleev s gama raspadom.

Pravila o radio smjeni

Pomoću ovih pravila lako možete odrediti koji kemijski element treba dobiti od određenog roditeljskog izotopa s određenom vrstom radioaktivnog raspada. Objašnjava pristranost ovih pravila u fizici:

• Sa alfa raspadom, jer nukleus gubi 4 AEM mase i +2 jedinice naboja, formira se kemijski element, koji je 2 pozicije lijevo u periodnom sustavu DI Mendelejeva. Na primjer, ₉₂ U ²³⁸ = ₉₀ Th ²³⁴ , ovdje indeks je naboj, gornji je masa jezgre.
• U slučaju beta-negativnog raspada, naboj roditeljske jezgre povećava se za 1 jedinicu, dok masa ostaje nepromijenjena (masa elektrona emitiranog tijekom ovog propadanja je samo 0,06% mase protona). U ovom slučaju, pravilo ravnotežnog pomaka govori da se izotop kemijskog elementa treba formirati stojeći jednu ćeliju desno od majčinskog elementa u tablici DI Mendelejeva. Na primjer, ₈₂ Pb ²¹² = ₈₃ Bi ²¹² .
• Pravilo pomaka tijekom beta-pozitivnog raspada (zračenje pozitrona) navodi da se kao rezultat tog procesa formira kemijski element koji je 1 položaj lijevo od roditeljskog elementa i ima istu masu jezgre kao i ona. Na primjer, ^7N13 = ^6C13 .