Будова речовини і явище радіоактивності

Атом (по грец. означає неділимий) - це найменша частка цього хімічного елементу, який має складну будову і складається з позитивно зарядженого ядра, де зосереджено 99,95% маси атома і що обертаються навколо нього по певних орбітах негативно заряджених електронів. Ядро атома має складну будову і складається з позитивно заряджених протонів (ядер водню) і нейтронів, що не мають заряду.

Фізичні властивості ядер атомів визначаються наступними характеристиками:

- порядковим або атомним номером в таблиці Менделєєва, який показує число протонів в ядрі, отже, величину електричного заряду ядра і число електронів в атомі;

- масовим числом, яке визначає сумарну кількість часток, що становлять ядро, тобто число протонів і нейтронів в ядрі;

- числом нейтронів в ядрі, яке визначається як різницю між масовим числом і порядковим номером.

Протон несе одиницю позитивного заряду і має атомну вагу, приблизно рівну одиниці. Нейтрон має масу, майже рівну масі протона і є електрична - нейтральним.

При хімічних реакціях відбувається перебудова тільки електронних оболонок без участі ядра. Атоми, ядра яких містять однакову кількість протонів, але різне число нейтронів називаються ізотопами.

У стійкому стані атом утримується в результаті взаємозв'язку все елементарних часток:

- ядерні сили, найінтенсивніші сили відомі людині нині в природі, але діють вони на дуже малих відстанях, утримуючи в компактному стані нуклони в ядрі;

- електромагнітні сили, які утримують електрони на їх оболонках на великих відстанях від ядра;

- гравітаційна взаємодія;

- між однойменно зарядженими частками ядра, тобто протонами, діють кулонівські сили відштовхування.

Внаслідок величезного перевищення сил тяжіння над силами відштовхування ядра велика частина хімічних елементів міцна. Міцність ядра характеризується енергією зв'язку, який вимірюється в електрон вольтах (ЕВ, КЕВ, МЕВ). Найбільшу міцність мають ядра хімічних елементів розташованих в середині періодичної системи з масовим числом від 40 до 120.

Електрони в атомах рухаються без втрат енергії тільки по певних орбітах. Перехід електрона з найближчої до ядра орбіти на більше видалену орбіту, відбувається з поглинанням порції (кванта) енергії. При поверненні електрона на найближчу орбіту відбувається виділення такої ж кількості енергії.

У нормальних умовах атом електрична нейтральний (не виділяє і не поглинає енергію). Якщо на атом впливати силою ззовні, наприклад рентгенівським променем, один з електронів перейде на зовнішню орбіту.

Енергія атома збільшитися і він перейде в «збуджений» стан. Збуджений атом нестійкий, тому через мільярдні частки секунди він знову повернутися в первинне положення. При цьому переході звільняється енергія у вигляді фотона (це елементарна частка електромагнітного випромінювання, що рухається із швидкістю світла). Якщо збільшити енергію, що передається електрону, він може відірватися від атома, внаслідок чого атом перетворюється на позитивно заряджений іон. Цей процес називається іонізацією. Зворотний процес, тобто захоплення позитивно зарядженим іоном вільного електрона називається рекомбінацією. На іонізацію атома витрачається енергія, рівна енергії зв'язку електрона в атомі. При рекомбінації, виділяється енергія рівна зв'язку електрона в ядрі.

Це явище, відкрите Анрі Беккерелем і вивчене Марією Складовською і П’єром Кюрі, дістало назву радіоактивності (природній радіоактивності).

Нині відомо понад 40 природно радіоактивних елементів, які є ізотопами важких елементів. Ці радіоактивні речовини утворюють декілька сімейств: урану (розпочинається з урану 238), торія, (розпочинається з торія 232), актинія (розпочинається з урану 235), усі ці сімейства закінчуються стабільним ізотопом свинцю 236.

Природна радіоактивність також виявлена у деяких легких елементів (лантан, рубідій, реній, калій, самарій та ін.).

У ядерних реакторах і на прискорювачах зараз отримано понад 1000 різних штучно радіоактивних ізотопів, які широко застосовуються в науці, техніці, сільському господарстві і медицині.

Радіоактивність, це здатність деяких хімічних елементів мимоволі розпадатися і випускати невидимі промені.

Радіоактивність, це мимовільне перетворення ядер атомів одних елементів в інші, що супроводжується випусканням іонізуючих випромінювань. Такі елементи називають радіоактивними.

Радіоактивні речовини розпадаються із строго певною швидкістю, вимірюваною періодом напіврозпаду, тобто часом, впродовж якого розпадається половина усіх атомів.

Радіоактивний розпад не може бути зупинений або прискорений, яким або способом.

Якщо помістити, скажімо, радій у свинцеву коробку з вузькою щілиною, то за допомогою приладів можна визначити, що через неї проходить пучок променів, який в магнітному полі розділяється. Промені, що відхиляються у бік негативного полюса, називаються альфа променями (з позитивним зарядом), а промені, які відхиляються у бік позитивного полюса, називаються бета променями (з негативним зарядом). На третю частину пучка, гамма промені, магнітне поле не діє (вони не мають електричного заряду).

Розрізняють наступні види радіоактивних перетворень:

- позитивний альфа розпад;

- негативний електронний бета розпад;

- «К» розпад (захоплення орбітального електрона ядром);

- мимовільне ділення ядер;

- термоядерні реакції.

При вивченні процесу радіоактивного розпаду встановлено, що не усі ядра радіоактивного ізотопу розпадаються одночасно. У кожну одиницю часу розпадається лише деяка доля від загального числа радіоактивного елементу.

Ця незмінна для кожної радіоактивної речовини величина, яка характеризує вірогідність розпаду, називається постійною розпаду, звідси закон радіоактивного розпаду формулюється так:

«Кількість атомів цього ізотопу, що зазнає ядерне перетворення на одну секунду пропорційно загальній їх кількості або в рівні проміжки часу має місце ядерне перетворення рівних часток активних атомів».

Атоми радіоактивних речовин розпадаються в одиницю часу. Залежно від періоду напіврозпаду (тобто часу, впродовж якого розпадається половина усіх атомів цього радіоактивного ізотопу), розрізняють:

- короткоживучі ізотопи, період напіврозпаду яких обчислюється частками секунди, хвилинами, годинником, добою;

- довго живучі ізотопи, період напіврозпаду яких від декількох місяців до мільярдів років. Тому для урану 238 він дорівнює 4,5 млрд. років, плутонію 239 він дорівнює 24 тис. років.

Кількість атомів радону зменшується на половину за 3,8 дня, отже, період напіврозпаду радону дорівнює 3,8 дня. Можна підрахувати, що через 10 періодів напіврозпаду, тобто через 38 днів залишається лише 1/1024 частина початкового числа атомів (лише 0,1%).

У 1907 році Марія Складовська Кюрі подарувала Паризькому інституту 1 р. радію. Через 46 років цього радію стало на 20 мг менше. Через 1590 років (це період напіврозпаду радію) від 1 р. речовини залишиться 0,5 р.

Чим менше періоду напіврозпаду, тим велика частка атомів радіоактивної речовини розпадається в одиницю часу.

Число розпадів в одиницю часу в цій кількості радіоактивної речовини виражає активність речовини. Тому кількість радіоактивних речовин зручніше виражати не у вагових одиницях, а в одиницях активності. У системі СІ за одиницю активності приймають Беккерель (Бк), цю кількість радіоактивних речовин, в якій відбувається один розпад в секунду.

У несистемних одиницях (у практичній дозиметрії) використовують кюрі (Кu), цю таку кількість речовини, в якій відбувається 37 млрд. розпадів атомів в секунду.

Таку активність має один грам радію 226 (одиниця активності кюрі відповідає активності одного грама радію 226).

Поиск по сайту: