Строение элемента и характеристика атома
За атомную единицу массы принимается 1/12 атома 12С. 1 а.е.м. = 1,6605*10-27 м.
Атом (электронетрален):
-ядро (r~10-5м) – положительно заряжено (нуклоны)
-электронные оболочки (отрицательно заряжены)
| Название | Протон | Нейтрон | Электрон |
| Обозначение | 11p | 01n | -10ē/ -10B |
| Заряд | 1.6*10-19 Кл | -1,6*10-19 Кл | |
| Масса покоя | 1,672*10-27 кг | 1,675*10-27 кг | 9,11*10-31 кг |
Химические элементы имеющие одинаковый порядковый номер Z, но различные массовые числа А – называются изотопами, а если наоборот – изобарами.
Основные характеристики ядра
| Название характеристики | Обозначение | Определение | Формула |
| Атомный номер | Z | Номер хим. элемента в периодической системе. Равен числу протонов в ядре и числу ē в электронной оболочке. | |
| Массовое число | А | Число нуклонов в ядре. | A = Z+N |
| Энергия связи ядра | ЕСВ | Энергия, выделяющаяся при образовании ядра из свободных нуклонов. Эта та энергия, необходимая для разделения ядра на свободные нуклоны. | E = mc2 ЕСВ = ЕCВ Н – ЕЯ = z*mp*c2+Nmn*c2 – ЕЯ = c2* (z*mp+Nmn-MЯ) = ∆mc2 ∆m – дефект масса ядра |
| Дефект массы ядра | ∆m | Физ. величина, равная разнице м/у массой свободных нуклонов и нуклонов, находящихся в ядре. | ∆m = z*mp-Nmn-MЯ |
| Удельная энергия связи ядра | εСВ | Физ. величина, равна ЕСВ ядра, приходящейся на 1 нуклон | εСВ = ЕСВ/А |
Удельная энергия связи ядра зависит от массового числа.
εСВ (МэВ)
50 100 150 200 250 А
Как видно из графика, наибольшей удельной энергией связи обладают частицы при А>50. Удельная энергия связи характеризует ту часть энергии связи нуклонов, которая была выделена при образовании ядра данного элемента. Следовательно, чем энергия связи удельнее, тем больше энергии связи нуклонов остается в ядре и м/б выделена при его превращениях. Поэтому если ядра с меньшей энергией связи превращаются в ядра с большей удельной энергией связи, та часть
Свойства ядерных сил:
-являются самыми сильнодействующими
-являются силами «притяжения»
-обладают свойством зарядовой независимости
-являются короткодействующими (только в пределах ядра)
-обладают свойством насыщения – каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом соседних нуклонов
-зависят от спинов нуклонов и носят обменный характер
Известно, что ядра одних элементов устойчивы, а других – нет. Из 1700 ядер, только 270 устойчивы (стабильны).
Условие устойчивости ядра: ядро является устойчивым, если его энергия min.
Min энергия ядра достигается при определенных соотношениях м/у числом протонов и нейтронов в ядре. При малых и средних массовых числах, числа протонов и нейтронов в устойчивых ядрах приблизительно равны. С увеличением заряда ядра Z, и числа протонов, силы отталкивания м/у ними растут пропорционально Z2 и для их компенсации ядерными силами притяжения, число нейтронов в тяжелых ядрах, должно расти быстрее. Неустойчивые ядра, стремясь перейти в устойчивые, должны изменять соотношение м/у числом протонов и нейтронов. Одним их процессов ведущих к устойчивости ядер является радиоактивность.
Явление радиоактивности
1869г. – открытия явления радиоактивности Беккерелем.
Радиоактивность – это самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер одного химического элемента в ядра другого химического элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц и γ-квантов.
Радиоактивный распад – это самопроизвольный процесс, который не зависит от внешних условий.
Радиоактивные превращения также не зависят от того, происходят ли они в веществе, находящемся в виде химически чистого элемента или в соединениях этого элемента. Это объясняется тем, что радиоактивные превращения не являются свойством ядер атомов.
Под радиоактивным излучением понимают: α, β, γ – изучение.
Правило Содди: после распада сохраняется суммарный заряд и массовое число.
Позитроны – заряды противоположные заряду ē. В ядре ē нет, но они образуются при превращении нейтронов в протоны.
ﻵ - антинейтрино.
Спектр β-излучения
dN/dW
WMAX
dN/dW – число частиц, обладающих данной энергией dW.
При β-распаде из ядра вылетают 2 частицы (электроны и антинейтрино; позитроны и нейтрино), а энергия, которая испускается ядром, распространяется м/у ними случайным образом. При этом невозможны ситуации, когда вся энергия была бы передана одной из частиц à сплошной спектр.
Все типы радиоактивности сопровождаются γ-излучением. Как правило, после радиоактивного превращения, образовавшиеся ядра находятся в возбужденном состоянии. Ядро, стремясь освободиться от избыточной энергии, излучает эту энергию в виде γ-квантов. Спектр γ-излучения – линейчатый, т.к. энергия дочерних и материнских ядер дискретна.
Свойства радиоактивного излучения:
-невидимо
-обладает химическим и биохимических действием
-вызывает ионизацию вещества
-относится к ионизирующим типам излучения
-возбуждает люминесценцию некоторых твердых тел и жидкостей
-т.к. α и β-частицы заряжены, то в М.П. они отклоняются в движении. γ-частицы – нет.
Основной закон радиоактивного распада
За одинаковый промежуток времени, распадается одинаковая доля наличных ядер данного элемента àядерный распад – это статистический процесс, а распад конкретного ядра – событие случайное, имеющее определенную вероятность.
Вероятность распада данного химического элемента – λ – постоянная распада.
dN – число распадающихся ядер за время dT
N – наличное число ядер
-dN= λN*dt (ДУ с разделяющимися переменными)
∫dN/N= -λ ∫dt
lnN= -λt+C
N = c*e-λ*t
При t=0, N=N0
N=N0 e-λ*t – зависимость изменения числа нераспавшихся ядер N от времени
N
N0
N0/2
N0/4
N0/8
T1/2 2T/2 3T/2 T
Характеристики радиоактивного распада
Период полураспада (T 1/2) – время, за которое распадается половина от наличного числа ядер.
[T1/2] = [c; мин; ч]
Постоянная распада (λ) – характеризует долю исходных ядер, распавшихся за единицу времени.
-dN= λN*dt
λ = │-dN/N│/ dt, где │-dN/N│ - доля; dt – единица времени.
λ – вероятность распада. Зависит от природы ядра химического элемента.
Активность радиоактивного распада (А) – это число распадов в секунду (скорость распада). Зависит от природы ядра и числа наличествующих ядер.
[A] = [1/c]=[Бк] – Беккерель
1Ки (Кюри) = 3,7*1010 Бк
Существует связь м/у этими величинами:
A = │dN/dt│=│d(N0 e-λ*t)/dt│` = λ* N0e-λ*t = λN(число нераспавшихся ядер в данный момент времени)=A0*e-λ*t
С течением времени активность радиоактивного элемента убывает по экспоненциальному закону:
T1/2 = ln2/λ
A= ln2*N/T1/2