Число протонов и нейтронов в ядре изотопа 40 калия


Число протонов и нейтронов в ядрах элементов

Количество протонов в ядре атома всегда равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева. Количество нейтронов равно разности округленной атомной массы элемента и его порядкового номера

neutron = atom_massa - number

Но эта математическая формула не всегда корректна. Возьмем, к примеру медь. Порядковый номер элемента - 29. Атомная масса - 63,546. Округляем атомную массу - получаем 64. Вычисляем число нейтронов по вышеприведенной формуле: 64 - 29 = 35.
Но на самом деле изотоп 64Cu является нестабильным изотопом (период полураспада - 12,7 часа). А стабильных изотопов меди два: 63Cu (34 нейтрона) и 65Cu (36 нейтронов)
Так что, для получения более точных данных лучше пользоваться справочными таблицами. В нижеприведенной таблице указано количество протонов и нейтронов в ядрах стабильных изотопов химических элементов, а также атомная масса этих изотопов.

Таблица количества протонов и нейтронов

* отмечены нестабильные изотопы, но с большим периодом полураспада (сопоставивым с возрастом Вселенной или большим)
Изотоп Кол-во протонов Кол-во нейтронов Атомная масса изотопа
1H 1 01.00782503223
2H 1 12.01410177812
3He 2 13.0160293191
4He 2 24.00260325415
6Li 3 36.015122795
7Li 3 47.01600455
9Be 4 59.0121822
10B 5 510.012936862
11B 5 611.009305167
12C 6 612
13C 6 713.0033548378
14N 7 714.0030740048
15N 7 815.0001088982
16O 8 815.99491461956
17O 8 916.9991317
18O 8 1017.999161
19F 9 1018.99840322
20Ne 10 1019.9924401754
21Ne 10 1120.99384668
22Ne 10 1221.991385114
23Na 11 1222.9897692809
24Mg 12 1223.9850417
25Mg 12 1324.98583692
26Mg 12 1425.982592929
27Al 13 1426.98153863
28Si 14 1427.9769265325
29Si 14 1528.9764947
30Si 14 1629.97377017
31P 15 1630.97376163
32S 16 1631.972071
33S 16 1732.97145876
34S 16 1833.9678669
36S 16 2035.96708076
35Cl 17 1834.96885268
37Cl 17 2036.96590259
36Ar 18 1835.967545106
38Ar 18 2037.9627324
40Ar 18 2239.9623831225
39K 19 2038.96370668
40K * 19 2139.96399848
41K 19 2240.96182576
40Ca 20 2039.96259098
42Ca 20 2241.95861801
43Ca 20 2342.9587666
44Ca 20 2443.9554818
46Ca 20 2645.9536926
48Ca * 20 2847.952534
45Sc 21 2444.9559119
46Ti 22 2445.9526316
47Ti 22 2546.9517631
48Ti 22 2647.9479463
49Ti 22 2748.94787
50Ti 22 2849.9447912
50V * 23 2749.9471585
51V 23 2850.9439595
50Cr 24 2649.9460442
52Cr 24 2851.9405075
53Cr 24 2952.9406494
54Cr 24 3053.9388804
55Mn 25 3054.9380451
54Fe 26 2853.9396105
56Fe 26 3055.9349375
57Fe 26 3156.935394
58Fe 26 3257.9332756
59Co 27 3258.933195
58Ni 28 3057.9353429
60Ni 28 3259.9307864
61Ni 28 3360.931056
62Ni 28 3461.9283451
64Ni 28 3663.927966
63Cu 29 3462.9295975
65Cu 29 3664.9277895
64Zn 30 3463.9291422
66Zn 30 3665.9260334
67Zn 30 3766.9271273
68Zn 30 3867.9248442
70Zn 30 4069.9253193
69Ga 31 3868.9255736
71Ga 31 4070.9247013
70Ge 32 3869.9242474
72Ge 32 4071.9220758
73Ge 32 4172.9234589
74Ge 32 4273.9211778
75As 33 4274.9215965
74Se 34 4073.9224764
76Se 34 4275.9192136
77Se 34 4376.919914
78Se 34 4477.9173091
80Se 34 4679.9165213
82Se * 34 4881.9166994
79Br 35 4478.9183371
81Br 35 4680.9162906
78Kr * 36 4277.9203648
80Kr 36 4479.916379
82Kr 36 4681.9134836
83Kr 36 4782.914136
84Kr 36 4883.911507
86Kr 36 5085.91061073
85Rb 37 4884.911789738
87Rb * 37 5086.909180527
84Sr 38 4683.913425
86Sr 38 4885.9092602
87Sr 38 4986.9088771
88Sr 38 5087.9056121
89Y 39 5088.9058483
90Zr 40 5089.9047044
91Zr 40 5190.9056458
92Zr 40 5291.9050408
94Zr 40 5493.9063152
93Nb 41 5292.9063781
92Mo 42 5091.906811
94Mo 42 5293.9050883
95Mo 42 5394.9058421
96Mo 42 5495.9046795
97Mo 42 5596.9060215
98Mo 42 5697.9054082
100Mo * 42 5899.907477
96Ru 44 5295.907598
98Ru 44 5497.905287
99Ru 44 5598.9059393
100Ru 44 5699.9042195
101Ru 44 57100.9055821
102Ru 44 58101.9043493
104Ru 44 60103.905433
103Rh 45 58102.905504
102Pd 46 56101.905609
104Pd 46 58103.904036
105Pd 46 59104.905085
106Pd 46 60105.903486
108Pd 46 62107.903892
110Pd 46 64109.905153
107Ag 47 60106.905097
109Ag 47 62108.904752
106Cd 48 58105.906459
108Cd 48 60107.904184
110Cd 48 62109.9030021
111Cd 48 63110.9041781
112Cd 48 64111.9027578
113Cd * 48 65112.9044017
114Cd 48 66113.9033585
116Cd * 48 68115.904756
113In 49 64112.904058
115In * 49 66114.903878
112Sn 50 62111.904818
114Sn 50 64113.902779
115Sn 50 65114.903342
116Sn 50 66115.901741
117Sn 50 67116.902952
118Sn 50 68117.901603
119Sn 50 69118.903308
120Sn 50 70119.9021947
122Sn 50 72121.903439
124Sn 50 74123.9052739
121Sb 51 70120.9038157
123Sb 51 72122.904214
120Te 52 68119.90402
122Te 52 70121.9030439
123Te 52 71122.90427
124Te 52 72123.9028179
125Te 52 73124.9044307
126Te 52 74125.9033117
128Te * 52 76127.9044631
130Te * 52 78129.9062244
127I 53 74126.904473
124Xe * 54 70123.905893
126Xe 54 72125.904274
128Xe 54 74127.9035313
129Xe 54 75128.9047794
130Xe 54 76129.903508
131Xe 54 77130.9050824
132Xe 54 78131.9041535
134Xe 54 80133.9053945
136Xe * 54 82135.907219
133Cs 55 78132.905451933
130Ba * 56 74129.9063208
132Ba 56 76131.9050613
134Ba 56 78133.9045084
135Ba 56 79134.9056886
136Ba 56 80135.9045759
137Ba 56 81136.9058274
138Ba 56 82137.9052472
138La * 57 81137.907112
139La 57 82138.9063533
136Ce 58 78135.907172
138Ce 58 80137.905991
140Ce 58 82139.9054387
142Ce 58 84141.909244
141Pr 59 82140.9076528
142Nd 60 82141.9077233
143Nd 60 83142.9098143
144Nd * 60 84143.9100873
145Nd 60 85144.9125736
146Nd 60 86145.9131169
148Nd 60 88147.916893
150Nd * 60 90149.920891
144Sm 62 82143.911999
147Sm * 62 85146.9148979
148Sm * 62 86147.9148227
149Sm 62 87148.9171847
150Sm 62 88149.9172755
152Sm 62 90151.9197324
154Sm 62 92153.9222093
151Eu * 63 88150.9198502
153Eu 63 90152.9212303
152Gd * 64 88151.919791
154Gd 64 90153.9208656
155Gd 64 91154.922622
156Gd 64 92155.9221227
157Gd 64 93156.9239601
158Gd 64 94157.9241039
160Gd 64 96159.9270541
159Tb 65 94158.9253468
156Dy 66 90155.924283
158Dy 66 92157.924409
160Dy 66 94159.9251975
161Dy 66 95160.9269334
162Dy 66 96161.9267984
163Dy 66 97162.9287312
164Dy 66 98163.9291748
165Ho 67 98164.9303221
162Er 68 94161.928778
164Er 68 96163.9292
166Er 68 98165.9302931
167Er 68 99166.9320482
168Er 68 100167.9323702
170Er 68 102169.9354643
169Tm 69 100168.9342133
168Yb 70 98167.933897
170Yb 70 100169.9347618
171Yb 70 101170.9363258
172Yb 70 102171.9363815
173Yb 70 103172.9382108
174Yb 70 104173.9388621
176Yb 70 106175.9425717
175Lu 71 104174.9407718
176Lu * 71 105175.9426863
174Hf * 72 102173.940046
176Hf 72 104175.9414086
177Hf 72 105176.9432207
178Hf 72 106177.9436988
179Hf 72 107178.9458161
180Hf 72 108179.94655
181Ta 73 108180.9479958
180W * 74 106179.946704
182W 74 108181.9482042
183W 74 109182.950223
184W 74 110183.9509312
186W 74 112185.9543641
185Re 75 110184.952955
187Re * 75 112186.9557531
184Os 76 108183.9524891
186Os * 76 110185.9538382
187Os 76 111186.9557505
188Os 76 112187.9558382
189Os 76 113188.9581475
190Os 76 114188.9581475
192Os 76 116191.9614807
191Ir 77 114190.960594
193Ir 77 116191.962605
190Pt * 78 112189.959932
192Pt 78 114191.961038
194Pt 78 116193.9626803
195Pt 78 117194.9647911
196Pt 78 118195.9649515
198Pt 78 120197.967893
197Au 79 118196.9665687
196Hg 80 116195.965833
198Hg 80 118197.966769
199Hg 80 119198.9682799
200Hg 80 120199.968326
201Hg 80 121200.9703023
202Hg 80 122201.970643
204Hg 80 124203.9734939
203Tl 81 122202.9723442
205Tl 81 124204.9744275
204Pb 82 122203.9730436
206Pb 82 124205.9744653
207Pb 82 125206.9758969
208Pb 82 126207.9766521
209Bi * 83 126208.9803987
232Th * 90 142232.0380553
235U * 92 143235.0439299

Другие таблицы

Таблица синусов и косинусов
Таблица тангенсов и котангенсов

Сколько протонов и нейтронов находится в ядре изотопа массой 68,926 а.е.м.?

Ядро с массой 68,926 а.е.м. принадлежит галлию-69, естественному изотопу химического элемента галлия. Изотопы - это атомы с одинаковым числом протонов и электронов, но с разным числом нейтронов.

Число протонов характерно для каждого элемента. Это основа для присвоения атомных номеров в периодической таблице элементов.

Таким образом, изотопные атомы имеют одинаковые атомные номера, но разные массовые числа и атомные массы. Имея одинаковые атомные номера, изотопы являются вариациями одного и того же элемента.

Для галлия с атомным номером 31 два его основных изотопа, а именно Галлий-71 и Галлий-69, содержат 31 протон, но с различным числом нейтронов. Число, следующее за названием элемента, называется изотопным числом.

Изотопное число, которое может быть написано до или после названия или символа элемента, показывает массовое число данного изотопа.Общее количество протонов и нейтронов составляет массовое число данного атома.

Учитывая количество протонов, количество нейтронов может быть легко вычислено путем вычитания количества протонов из массового числа.

Галлий-69 имеет 31 протон и 38 нейтронов. Кроме того, Галлий-71 также имеет 31 протон, но с 40 нейтронами.

Электроны, нейтроны и протоны

Все вещества состоят из мелких частиц, называемых атомами. Атом считается основной единицей всей материи.Он несет в себе все свойства вещества, которое оно представляет или из которого произошло.

Термин «атом» происходит от греческого слова «атом», которое означает «неделимый», поэтому его нельзя разбить на более мелкие частицы обычными способами.

Атомы состоят из трех субатомных частиц, а именно электронов, нейтронов и протонов. Однако эти субатомные частицы не обладают всеми свойствами атома.

Нейтроны и протоны

Нейтроны и протоны содержатся внутри ядра, а электроны движутся вокруг электронного облака.В совокупности три субатомных частицы составляют нейтральный элементарный атом.

Электроны

Электронов заряжены отрицательно и составляют самую легкую среди трех субатомных частиц. Один электрон весит около 0,000549 а.е.м.

Более того, электроны находятся в постоянном движении по всему электронному облаку и занимают большую часть места в атоме. Они электромагнитно притягиваются к положительно заряженному ядру атома, таким образом, остаются локализованными в электронном облаке.

Потеря или усиление электронов не изменяет идентичность атома, однако сильно влияет на общий заряд и характеристики связывания такого атома.

Ядро

Кроме того, внутри ядра содержатся и протоны, и нейтроны. Ядро составляет почти 99% общей массы атома. Протон весит около 1,007316 а.е.м., а нейтрон - около 1,008701 а.е.м.

Обе субатомные частицы приблизительно имеют массу 1 а.е.м.Протоны заряжены положительно, а нейтроны нейтральны. Количество протонов определяет личность определенного атома. Однако одинаковые элементарные атомы могут иметь разное количество нейтронов и называются изотопами.

Атомный номер, массовое число и атомная масса

Атомный номер атома определяется количеством протонов в ядре атома. Изменение количества электронов или нейтронов не меняет идентичности атома, однако изменение количества протонов меняет.Таким образом, количество протонов уникально для каждого элемента.

С другой стороны,

- массовое число - это общее количество протонов и нейтронов в атоме. Атомы разных элементов могут иметь равные массовые числа, но никогда не могут иметь одинаковые атомные номера.

Атомная масса - это полная масса атома, выраженная в единицах атомной массы или а.е.м. Субатомные частицы, такие как электрон, нейтроны и протоны, имеют массу и учитываются при определении атомной массы атома.

Однако электроны имеют ничтожно малую массу по сравнению с нейтронами и протонами.Это причина того, что атомная масса и массовое число часто используются как синонимы, хотя они означают разные вещи.

Единица атомной массы и углерод-12

Как мы можем измерить такой крошечный объект, как атом?

Чтобы иметь стандартную единицу измерения для частиц размером с электроны, протоны и нейтроны, ученые назначили стандартный атом, с которым сравниваются массы других атомов.

Углерод-12, главный изотоп углерода, считается стандартным атомом.Углерод-12 выбран в качестве стандартного атома, поскольку он легко доступен в природе, очень стабилен и с ним относительно легче обращаться, чем с ранее использовавшимися стандартными атомами кислорода и водорода.

Тогда атомная единица массы (а.е.м.) основана на массе атома углерода-12. Атом углерода-12 имеет массу 1,992646547 × 10-23 грамма и равен точно 12 а.е.м.

Таким образом, 1 а.е.м. составляет одну двенадцатую массы стандартного атома и соответствует 1,660539040 × 10-24 грамм в единицах СИ.

Изотопы, относительное содержание и относительная атомная масса

Как объяснялось выше, изотопы представляют собой разновидности одного и того же элемента. Итак, как решить, какую массу поместить в таблицу Менделеева?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы сначала должны определить массу элемента, указанного в периодической таблице элементов, как его относительную атомную массу.

Относительная атомная масса - это средняя масса элемента, основанная на относительном содержании всех его изотопов.Более того, процентное содержание того или иного изотопа в природе называется его относительной распространенностью.

Ранее мы упоминали, что изотопные атомы незначительно различаются по своим атомным массам из-за разницы в количестве нейтронов. Из-за таких вариаций изотопы также имеют слегка изменяющиеся свойства и не присутствуют в равных количествах в природе.

Масса, представленная в периодической таблице, учитывает все встречающиеся в природе изотопы элемента. Это объясняет, почему относительное содержание всех изотопов элемента учитывается при вычислении относительной атомной массы.

Затем вычисляется относительная атомная масса элемента путем умножения суммы масс всех изотопов на их относительное содержание.

Ссылки

  1. Изображение. Файл: Gallium.svg. (2010, 9 января). Wikimedia Commons, бесплатное хранилище мультимедиа . Получено 10:50, 11 мая 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Gallium.svg&oldid=33985743.
  2. Atomic Mass [запись в веб-журнале]. Получено 10 мая 2018 г. из Вестфилда.ma.edu
  3. атомных масс [запись в веб-журнале]. Получено 10 мая 2018 г. с сайта angelo.edu
  4. . Атомарная структура
  5. [запись в веб-журнале]. Получено 10 мая 2018 г. с веб-сайта wb01x.chemistry.ohio-state.edu
  6. .
  7. Джим Кларк. (2000 г., обновлено в 2010 г.). Простой взгляд на атомную структуру. Получено с Chemguide.co.uk
  8. Н. Де Леон. The Mass. Получено 10 мая 2018 г. с сайта iun.edu
  9. .
  10. Структура атома [запись в веб-журнале]. Получено 10 мая 2018 г. с сайта nyu.edu
  11. .
  12. Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики [запись в веб-журнале].Получено 10 мая 2018 г. с сайта Learner.org
  13. .
.

24. Атомный номер ядра Массовое число нуклонов Изотопы протонов и нейтронов

Транскрипция

1 4. Ядро Последние несколько глав показали, что понимание поведения атомных электронов может привести к пониманию закономерностей, связанных с химическими реакциями, а также структурой и функцией материалов.Однако во всей химии, которую мы изучали, даже в самых бурных химических реакциях, ядро ​​остается нетронутым и незатронутым в центре атомов. Тем не менее, большая часть массы-энергии атома заблокирована в ядре, и понимание его структуры приводит нас к практическим применениям, которые стали очень важными для благополучия людей. Ядерное оружие, атомные электростанции, лечение рака и методы радиоактивного датирования - все возникло в результате изучения ядра.Протоны и нейтроны В главе 7 объяснялось, что каждый нейтральный атом характеризуется количеством электронов, которые занимают орбитали вокруг атомного ядра, и что количество протонов - это атомный номер атома. Это определяет химический элемент, который представляет атом, и, следовательно, его химические свойства. Положительный заряд в каждом атоме исходит от протонов атомного ядра. Количество положительного заряда уравновешивается отрицательным зарядом электронов, так что атом в целом электрически нейтрален.Каждое ядро ​​может также содержать нейтронные частицы, которые электрически нейтральны и имеют примерно такую ​​же массу, что и протоны. Ядра, соответствующие определенному элементу, например фтору, могут иметь одинаковую массу. Однако у большинства элементов может быть более одного вида ядер; различные ядра элемента называются изотопами, некоторые из которых показаны в таблице 4. Есть три типа ядер водорода. Большинство ядер гелия имеют массу четыре протона, но некоторые имеют только три. Есть три вида ядер углерода, два вида меди, пять - цинка, восемь - олова и девять - ксенон.Ядра разных изотопов элемента имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Структуру атомных ядер можно резюмировать следующим образом: Число протонов в ядре такое же, как атомный номер атома. Это определяет количество электронов в нейтральном атоме и, следовательно, химические свойства атома. Все ядра конкретного химического элемента имеют одинаковое количество протонов. Большинство ядер содержат один или несколько нейтронов в дополнение к протонам.Нейтроны добавляют ядру массу, но не электрический заряд. 3. И протоны, и нейтроны называются нуклонами. 4. Общее количество нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре называется его массовым числом. 5. Разные изотопы одного элемента имеют одинаковое количество протонов в каждом ядре, но разное количество нейтронов. Например, все ядра кислорода состоят из восьми протонов, но у некоторых есть восемь нейтронов, у других - девять нейтронов, а у третьих - десять нейтронов. Массовые числа этих изотопов равны 7 и соответственно., Различные изотопы конкретного элемента обычно обозначаются добавлением массового числа в виде надстрочного индекса к символу элемента s. Атомный номер также может быть обозначен нижним индексом. Например, описанные выше изотопы кислорода можно обозначить как O, 7 O и O. Природные элементы обычно содержат несколько изотопов, каждый из которых имеет одинаковые химические свойства. Химическая атомная масса элемента - это средняя атомная масса изотопов, составляющих элемент.В случае меди, которая имеет два изотопа, 9 процентов атомов меди имеют массовое число 3, а 3 процента имеют массовое число 5. Все они имеют 9 протонов, но некоторые имеют 34 нейтрона, а другие 3.. Средняя масса атомов меди с учетом относительного содержания двух изотопов равна. Это число опубликовано как атомная масса меди, поскольку оба типа атомов меди - 3

2 Таблица 4., Некоторые изотопы элементов. АТОМНОЕ ЧИСЛО ИЗОТОПНОЕ ЧИСЛО ПРОТОНОВ ЧИСЛО НЕЙТРОНОВ МАССОВОЕ ЧИСЛО H H H He C C C O O O F Cu 9Cu U 3 9U присутствует во всех химических реакциях. Радиоактивность Большинство атомных ядер в природе стабильны; они не изменятся, если предоставлены сами себе. На них даже не действуют сильные химические реакции, такие как взрывы или возгорания. Эти реакции включают перестройки атомных электронов, но не изменения самих ядер. Однако некоторые естественные ядра спонтанно претерпевают изменения, которые приводят к перестройке ядерных компонентов и высвобождению значительного количества энергии.Такие ядра называют радиоактивными. Ситуация выглядит примерно так, когда атомные электроны находятся в высокоэнергетических состояниях. Такие возбужденные электроны могут вернуться в состояния с более низкой энергией, только если их избыточная энергия может быть высвобождена, возможно, путем создания и испускания фотона. Радиоактивные ядра также находятся в состояниях с большей энергией, чем необходимо. Они могут стать более стабильными, если будет высвобождена избыточная энергия. Однако разница между ядрами и атомами в том, что у ядер есть больше способов высвобождения энергии, некоторые из которых обсуждаются ниже.Альфа-распад Ядро может испускать быструю массивную частицу, содержащую два протона и два нейтрона (рис. 4.). При первом открытии эти частицы назывались альфа-лучами, но с тех пор было обнаружено, что они идентичны ядрам атомов 4 He. Даже сегодня такие ядра, возникающие в ядерных процессах, называются альфа-частицами. Резерфорд использовал эти встречающиеся в природе альфа-частицы в качестве пуль в своих ранних экспериментах с атомными ядрами, которые обсуждались в главе 5. Поскольку ядро ​​теряет два протона при альфа-распаде, полученное ядро ​​(дочернее) имеет более низкий атомный номер, чем раньше, и, таким образом, принадлежит к группе другой химический элемент.Его массовое число уменьшено на четыре. Пример - радиоактивный распад радия. Ra Rn + 4 He. Обратите внимание, что заряд и массовое число сохраняются 4

3 Рисунок 4 .. Альфа-распад. Рисунок 4 .. Бета-распад. в этой трансформации. Бета-распад Ядро может испускать быстрый электрон (рис. 4.). Поскольку есть основания полагать, что электроны не могут быть ограничены в ядре (например, с использованием принципа неопределенности), нейтрон внутри ядра, кажется, создает и немедленно испускает электрон, подобно тому, как орбитальные электроны создают и испускают фотоны как высвобождение энергии. механизм.Нейтроны, изолированные вне ядер атомов, всегда через короткое время распадаются на бета-излучение. Нейтроны становятся протонами, излучающими энергию и отрицательный заряд в виде быстрых электронов 0n p + 0 e. Это основная реакция бета-распада. Иногда это происходит с нейтронами внутри ядер. Полученное ядро ​​будет иметь на один нейтрон меньше и на один протон больше, чем раньше. Опять же, это будет принадлежать новому химическому элементу. Важным примером является бета-распад углерода-4. 4 C 4 7N + 0 эл. Еще раз отметим, что массовое число и электрический заряд сохраняются.Последующие исследования показали, что другая частица, называемая нейтрино, также испускается каждым электроном в бета-распаде. У нейтрино мало или совсем нет массы покоя, нет электрического заряда и они движутся со скоростью света или близкой к ней. Они слабо взаимодействуют и только с ядерными частицами. В результате они могут проникать сквозь большие толщины материала, такие как весь диаметр земли, с небольшой вероятностью взаимодействия с чем-либо. Нейтрино создаются и испускаются при бета-распаде и уносят часть избыточной энергии распадающегося ядра.Гамма-распад Гамма-распад больше всего похож на излучение света атомными электронами (рис. 4.3). При альфа- и бета-распаде частицы дочернего ядра обычно остаются в возбужденном состоянии. Дочернее ядро ​​может перейти в состояния с более низкой энергией, испуская фотон. Однако в ядерных состояниях обычно происходят большие изменения энергии, чем в электронных состояниях в атомах, поэтому фотоны, полученные от ядер, имеют более высокую энергию, чем те, которые испускаются атомами. Эти фотоны высоких энергий называются гамма-лучами. Ни атомный номер (число протонов), ни массовое число (общее число нуклонов) ядер не меняются во время гамма-распада, хотя масса действительно изменяется из-за высвобождения энергии.Гамма-распад обычно следует за всеми другими радиоактивными распадами, потому что остаточные ядра почти всегда остаются в возбужденном состоянии. Захват электронов Иногда нуклоны могли иметь меньшую энергию, если бы один из протонов мог стать нейтроном (рис. 4.4). Один механизм, с помощью которого это может произойти, - 5

4 Рисунок 4.3. Гамма-распад. ядро, чтобы захватить один из вращающихся вокруг атомных электронов, объединяя электрон с протоном, чтобы сделать нейтрон.Избыточная энергия испускается в виде нейтрино, а иногда и в виде одного или нескольких гамма-лучей. Результатом захвата электрона является уменьшение атомного номера, поскольку ядро ​​теперь имеет меньший заряд, чем раньше. Как и в случае с бета-распадом, массовое число ядра не меняется; общее число нуклонов такое же, как и раньше. Важный пример электронного захвата происходит при распаде калия K + 0 e 40 Ar + 0 0 нейтрино. Еще раз отметим, что в этой реакции сохраняются общее массовое число и электрический заряд.Распад позитрона Природа предоставляет еще один механизм для преобразования протонов в ядрах в нейтроны. Если доступная энергия достаточно велика, ядра иногда испускают частицу, обладающую всеми свойствами электрона, за исключением того, что она несет положительный, а не отрицательный заряд. Такая частица называется позитроном. Распад позитрона (рис. 4.5) во всех отношениях похож на бета-распад, за исключением того, что испускаемая частица имеет положительный заряд, а образовавшееся ядро ​​имеет атомный номер на единицу меньше, чем на единицу больше, чем до распада.Например, C 5B + 0 + e нейтрино. Позитроны, которые производятся естественным гамма-излучением в атмосфере и веществе, имеют интересную историю. Постепенно замедляясь, они передают свою кинетическую энергию электронам атомов и вызывают ионизацию. Когда они работают достаточно медленно, они притягивают электрон, и оба образуют маленький атом, называемый позитронием. (Однако это странный вид атома, потому что электрон и позитрон имеют одинаковую массу. Позитроний - это атом без ядра.) Через короткое время позитрон и электрон аннигилируют друг с другом, испуская свою полную массу-энергию в виде двух гамма-лучей. Деление Некоторые ядра, обычно самые тяжелые, обладают настолько избыточной энергией, что распадаются на два больших фрагмента в процессе, называемом спонтанным делением ядер (рис. 4). Продукты такого деления всегда богаты нейтронами, они имеют слишком много нейтронов и всегда радиоактивны. Они начинают излучать энергию, обычно за счет бета-излучения. Кроме того, некоторые из нейтронов исходного делящегося ядра не входят ни в один из основных фрагментов.Они становятся свободными нейтронами, которые мы изучим в следующей главе. Некоторые ядра, которые не распадаются самопроизвольно в результате деления, могут стать нестабильными, поглотив нейтрон. Важными примерами такого индуцированного ядерного деления является рис. 4.4. Электронный захват. Ядро захватывает орбитальный электрон, превращая один протон в нейтрон.

5 Рисунок 4.5. Распад и аннигиляция позитронов.Протон внутри ядра становится нейтроном, испуская положительный электрон. Позитрон соединяется с нормальным электроном и аннигилирует. Рисунок 4 .. Самопроизвольное деление. 35 9U + 0n 90 3Sr Xe + 0n + 0n или 35 9U + 0n 3Sr Xe + 0n + 0n. Как именно распадается нестабильное ядро ​​- дело случая. Применение радиоактивных материалов Радиоактивность представляет собой значительное выделение энергии ядрами атомов. Неудивительно, что такая энергия имеет важные эффекты в природе и используется в нескольких важных устройствах.Энергия, выделяемая радиоактивными процессами, проявляется в виде кинетической энергии возникающих заряженных частиц. Они передают свою кинетическую энергию веществу, через которое они проходят, взаимодействуя посредством электрического взаимодействия. Чаще всего эти быстрые заряженные частицы взаимодействуют с электронами в веществе, вытесняя их из атомов, к которым они прикреплены. Затем эти атомы ионизируются (рис. 4.7). Все эффекты, вызванные радиоактивностью, можно проследить либо до ионизированных атомов, либо от свободных электронов, которые образуются таким образом.(Гамма-лучи также вызывают ионизацию посредством высокоэнергетической версии фотоэлектрического удаления электронов из атомов и, косвенно, посредством образования высокоэнергетических позитронно-электронных пар.) Радиоактивные излучения иногда называют ионизирующим излучением из-за ионизации, которую они вызывают. Самым древним практическим применением радиоактивности является изготовление часов с радиевым циферблатом. Радиоактивный материал смешивается с люминесцентным порошком и наносится на циферблаты часов. Заряженные частицы, высвобождаемые радиоактивностью, отделяют электроны от атомов в порошке.Когда электроны возвращаются в свое состояние равновесия, они излучают свет. Еще одно раннее применение было в лечении рака (рис. 4.). Радиоактивные выбросы вызывают ионизацию биологических материалов, а также неживых веществ. Такая ионизация нарушает нормальную работу клетки. Рис. 4.7. Радиоактивные выбросы передают энергию веществу, вызывая ионизацию. Какие из фундаментальных взаимодействий ответственны? 7

6 функция.Быстро размножающиеся клетки, такие как раковые, кажутся особенно восприимчивыми к такому типу повреждений. Если разрушения достаточно, отдельные клетки теряют способность функционировать и умирают. Эта возможность делает ионизирующее излучение одним из важнейших средств борьбы с некоторыми заболеваниями, особенно раком. Одно лишь лучевое лечение превратило рак шейки матки из одной из основных причин смерти женщин в один из самых излечимых из всех видов рака. С другой стороны, ионизирующее излучение также может вызывать нежелательные биологические эффекты.Рис. 4. Гамма-излучение радиоактивных материалов может убивать раковые клетки внутри тела. В последние годы радиоактивность использовалась для работы небольших силовых элементов в приложениях, которые требуют небольшого количества энергии в течение длительного времени и для которых неудобно менять батареи. Например, имплантированные кардиостимуляторы и некоторые приложения в космических зондах используют радиоактивные элементы питания. Наконец, радиоактивность материалов, из которых состоит Земля, обеспечивает энергию, которая поддерживает внутри Земли более высокую температуру, чем ее поверхность.Если бы такого источника энергии не было, Земля давно бы остыла до однородной температуры. Процессы, происходящие на поверхности Земли, были бы другими, если бы этот значительный источник энергии не работал. Период полураспада радиоактивного вещества Распад радиоактивных ядер - это статистический процесс. Распадом управляют волны вероятности, так же как атомные процессы управляются орбиталями вероятности. Предсказать момент, когда конкретное ядро ​​распадется, невозможно. Он может ждать несколько тысяч лет в возбужденном состоянии или может распасться в следующее мгновение.Однако, если имеется большой набор похожих ядер, среднее поведение группы можно предсказать и измерить со значительной точностью. Некоторые ядра распадутся почти сразу, другие распадутся через короткое время, а третьи будут ждать долгое время перед своим радиоактивным распадом. Один из способов описать распад конкретного образца радиоактивных ядер - указать его период полураспада, время, необходимое для распада половины ядер. Период полураспада является характеристикой конкретных видов радиоактивных ядер и варьируется от долей секунды до многих миллиардов лет для разных видов ядер.Например, период полураспада образца ядер углерода-4 составляет 5730 лет, тогда как период полураспада образца ядер калия-40 составляет 3 миллиарда лет. Статистическая природа радиоактивного распада имеет интересное следствие, о котором нам необходимо знать. Предположим, у нас есть определенный образец радиоактивного материала и мы измеряем его распад с течением времени (рис. 4.9). По прошествии времени, равного периоду полураспада материала, половина исходных ядер распалась бы. В конце второго периода полураспада половина оставшихся ядер распалась бы.В общей сложности три четверти исходного материала разложились бы, оставив одну четверть такой, какой она была в начале. В течение третьего периода полураспада половина из них распадается, оставляя одну восьмую на исходном рисунке 4.9. Случайный распад радиоактивных ядер. Каждый кадр представляет собой период полураспада.

7 форма. По мере прохождения каждого периода полураспада половина материала, присутствующего в начале интервала, распадается.Например, предположим, что мы начинаем с миллиарда атомов углерода-4. (Это небольшое число для любого реального образца.) Через 5730 лет (период полураспада углерода-4) останется 500 миллионов атомов. Через 5730 лет выживут 50 миллионов человек; 5 миллионов будут примерно через 5730 лет. Распад будет продолжаться таким образом, число выживших будет уменьшаться вдвое каждые 5730 лет, пока в образце останется значительное количество ядер. (Когда числа становятся маленькими, законы вероятности перестают быть адекватными для точного предсказания того, когда распадутся последние несколько ядер.Периоды полураспада радиоактивных ядер зависят от процессов, происходящих внутри самих ядер, но, похоже, не зависят от обычных процессов, в которых может быть задействован внешний атом. Такие события, как химические реакции и окружающие физические условия, такие как температура и давление, не влияют на распад нестабильных атомных ядер. Радиоактивное датирование. Скорости распада радиоактивных материалов обеспечивают набор часов, которые можно использовать для оценки временных интервалов при определенных обстоятельствах.Например, возраст Земли и ее материалов обсуждается на протяжении сотен лет. Радиоактивное датирование материалов Земли наконец дало некоторые надежные данные, на основе которых можно сделать такие оценки. Первое наблюдение: материалы Земли не могут быть бесконечно старыми. В земной коре присутствует много радиоактивных изотопов. Фактически, все элементы с атомным номером больше 3 (висмут) радиоактивны. Если бы земля была бесконечно старой, все они распались бы; тем не менее многие из них все еще присутствуют.Второе важное наблюдение заключается в том, что Земле, вероятно, более нескольких миллионов лет. Период полураспада радиоактивных материалов в земной коре превышает миллиард лет. Несколько других изотопов с периодом полураспада в пределах нескольких миллионов лет отсутствуют. Утверждается, что многие из них, должно быть, образовались в то же время, что и другие земные материалы, но с тех пор все они распались. Таким образом, минимальный возраст Земли составляет несколько миллионов лет, а максимальный - несколько миллиардов лет.Некоторые радиоактивные изотопы позволяют сделать более точную оценку. Например, калий-40 имеет период полураспада 3 миллиарда лет. Когда он распадается в результате захвата электронов, продукт представляет собой аргон, который обычно является газом. Когда калий распадается внутри породы, атомы аргона захватываются. Этот метод применяется к породам, которые начинаются в горячем расплавленном состоянии. Высокие температуры выкипают из расплавленной породы любые существующие газы, включая аргон. Поскольку аргон является благородным газом, мы также знаем, что аргон не удерживается в породе в виде соединения или минерала.Таким образом, когда он охлаждается до твердой формы, мы начинаем с горной породы, не содержащей аргона. Если мы впоследствии проанализируем породу, содержащую калий-40, количество аргона-40 покажет количество ядер калия-40, которые разложились с момента затвердевания породы. Это, вместе с измерением количества оставшихся ядер калия-40, позволяет вычислить количество прошедших периодов полураспада. Метод предполагает, что количества калия-40 и аргона-40, оставшиеся в породе, связаны с радиоактивным распадом.Также предполагается, что после того, как исходная порода остынет и затвердеет, она больше не будет плавиться или подвергаться воздействию температур, близких к температуре плавления, которые могли бы отогнать накопленный аргон. Метод ограничивается измерением возраста горных пород, которые имели расплавленное происхождение, по крайней мере, несколько десятков миллионов лет назад или более. В земной коре есть несколько радиоактивных материалов, которые допускают такие же вычисления. В каждом случае можно оценить или измерить количество распавшихся ядер и количество оставшихся.Доля распавшихся ядер показывает количество прошедших периодов полураспада, что, в свою очередь, позволяет рассчитать временной интервал с момента образования материала. Все эти расчеты показывают, что Земле около 4 миллиардов лет. Другой важный изотоп, используемый для датировки, - углерод-4. В отличие от радиоактивных материалов в земной коре, углерод-4 постоянно образуется в атмосфере Земли, поскольку космические лучи (в основном протоны, испускаемые Солнцем) бомбардируют атомы атмосферного азота.После образования атомы углерода-4 соединяются с кислородом воздуха с образованием диоксида углерода. Затем они могут стать частью живого материала в ходе нормального углеродного цикла, будучи включены растениями в биологически важные материалы. Большая часть углерода в живых организмах - это вовсе не углерод-4, а скорее углерод. В отличие от углерода-4, углерод - стабильный изотоп углерода и не распадается. На каждый атом углерода-4 в атмосфере приходится около 0 атомов углерода. Активность солнца поддерживает постоянное фракционное соотношение углерода-4 к углероду, генерируя новый углерод-4 взамен распадающегося.Метод предполагает, что Солнце производило углерод-4 примерно с одинаковой скоростью в течение последних 70000 лет, то есть солнце светило примерно с такой же интенсивностью в течение этого короткого периода жизни солнца. Поскольку все живые существа постоянно обмениваются углеродом с атмосферой, доля радиоактивного углерода-4 в стабильных атомах углерода в живых растениях и животных также остается относительно постоянной. Однако, когда организм умирает, он больше не обменивается углеродом с атмосферой.Углерод-4 больше не пополняется при распаде, поэтому фракция 9

8 неразложившихся, но нестабильных ядер углерода-4 по сравнению со стабильными ядрами углерода уменьшается с предсказуемой скоростью. Измерение этой медленно меняющейся доли позволяет оценить время, прошедшее с момента смерти организма. Период полураспада углерода-4, составляющий 5730 лет, ограничивает максимальный временной интервал, в течение которого этот метод применим, примерно 70 000 лет (около периода полураспада).К этому времени содержание углерода-4 упало примерно до / 409 от его первоначальной концентрации, и неопределенности в результирующих временных оценках увеличиваются. Резюме: Ядро каждого атома представляет собой небольшое плотное ядро, содержащее один или несколько протонов и, за исключением H, один или несколько нейтронов. Число протонов (атомный номер) определяет химический элемент, к которому принадлежит атом. Каждый элемент обычно имеет несколько атомов изотопов с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов. Некоторые из них нестабильны или радиоактивны и становятся более стабильными из-за испускания ионизирующего излучения (альфа-частицы, электроны или электромагнитное излучение) или путем деления.Все эти процессы высвобождают энергию из атомных ядер. Скорость распада радиоактивных ядер измеряется их периодом полураспада и может использоваться для оценки того, сколько времени прошло с тех пор, как произошли определенные виды событий. Большая часть наших знаний об истории Земли и ее формах жизни получена благодаря изучению радиоактивных материалов и их побочных продуктов. РУКОВОДСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ Глава 4: Ядро A. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ. Электромагнитное взаимодействие: см. Главу 4. Сильное взаимодействие: см. Главу.3. Двойственность материи и электромагнитного излучения волна-частица: см. Главы 4 и. 4. Сохранение массы-энергии: см. Главу «Сохранение электрического заряда»: см. Главу 7. Сохранение массового числа: при радиоактивных распадах количество нуклонов (массовое число) сохраняется. Б. МОДЕЛИ, ИДЕИ, ВОПРОСЫ ИЛИ ПРИЛОЖЕНИЯ. Какие части ядра и как ядро ​​описывается ?. Как ядро ​​спонтанно приспосабливается к расположению с более низкой энергией? 3. Почему необходимо тщательно контролировать ионизирующее излучение? 4.Как радиоактивные изотопы можно использовать для определения даты события? C. ГЛОССАРИЙ. Альфа-распад: режим радиоактивного распада, при котором испускается кластер из двух протонов и двух нейтронов (альфа-частица). Атомный номер: см. Главу Бета-распад: режим радиоактивного распада, в котором электрон высокой энергии (бета-частица) и нейтрино (технически антинейтрино) испускаются. 4. Захват электронов: режим радиоактивного распада, в котором орбитальный электрон объединяется с ядерным протоном, образуя нейтрон и испуская нейтрино.5. Деление: режим радиоактивного распада, при котором ядро ​​с большим массовым числом разделяется на две примерно равные и отдельные части и, часто, один или несколько свободных нейтронов. Гамма-распад: режим радиоактивного распада, в котором высокоэнергетический испускается фотон (гамма-луч). 7. Ионизирующее излучение: высокоэнергетические продукты радиоактивного распада, которые ионизируют материю при прохождении через нее. Изотоп: атомы, имеющие одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов, являются изотопами друг друга. Дейтерий - изотоп водорода.9. Массовое число: см. Главу Нейтрино: элементарная (точечная) частица, испускаемая при бета-распаде. Нейтрино примечательно тем, что ему не хватает как сильного, так и электромагнитного взаимодействия с веществом, но вместо этого он взаимодействует посредством слабого взаимодействия. Нейтрон: субструктура ядра атома. Нейтроны не имеют электрического заряда. Нейтроны состоят из трех кварков. Протоны и нейтроны называются нуклонами. Протон: субструктура ядра атома. Протоны заряжены положительно и состоят из трех кварков.3. Радиоактивное датирование: метод измерения возраста образца путем измерения относительных количеств радиоактивных элементов и продуктов распада в образце и учета соотношения в терминах числа периодов полураспада, которые должны были пройти. 4. Период полураспада радиоактивного вещества: период времени, в течение которого половина ядер какого-либо вида радиоактивного вещества распадается. 5. Радиоактивность: спонтанные изменения в ядре, сопровождающиеся испусканием энергии из ядра в виде излучения. 30

9 Д.ФОКУСНЫЕ ВОПРОСЫ. Рассмотрим радиоактивность: а. Назовите и укажите фундаментальный принцип сохранения, который учитывает энергию, выделяемую в ядерной реакции. Каков источник выделяющейся энергии? б. Напишите уравнение, описывающее бета-распад углерода-4. Объясните значение уравнения. с. Что означает период полураспада и каков период полураспада углерода-4? д. Объясните, как углерод-4 используется для датировки событий. Какие предположения сделаны и какие ограничения есть в анализе ?. Рассмотрим радиоактивность: а.Назовите и укажите фундаментальный принцип сохранения, который учитывает энергию, выделяемую в ядерной реакции. Каков источник выделяющейся энергии? б. Напишите уравнение, описывающее захват электрона при распаде калия-40. Объясните значение уравнения. с. Что означает период полураспада и каков период полураспада калия-40? д. Объясните, как калий-40 используется для датировки событий. Какие предположения сделаны и какие ограничения есть в анализе? E. УПРАЖНЕНИЯ 4. У определенного атома массовое число 40 и атомное число 9.Сколько нейтронов в нем? 4 .. Чем атомы углерода-4 (радиоактивный углерод) и углерода- (обычная форма стабильного углерода) отличаются друг от друга? Чем они похожи? 4,3. Опишите свидетельство Резерфорда о существовании ядра. Опишите два вида частиц, из которых состоят атомные ядра. Что подразумевается под атомным номером конкретного ядра? 4 .. Что подразумевается под массовым числом того или иного ядра? 4,7. В чем разница между различными изотопами данного элемента? 4., Радий - радиоактивен и излучает альфа-лучи. Каким будет атомный номер и массовое число образовавшихся ядер? К какому элементу они относятся? 4.9. Йод-3 радиоактивен и излучает бета-лучи. Каким будет атомный номер и массовое число образовавшихся ядер? К какому элементу они относятся? 4.0. Что такое позитрон? Что происходит с позитронами, которые встречаются в природе? 4 .. Что такое радиоактивность? 4 .. Ртуть-95 радиоактивна из-за процесса захвата электронов. Каким будет атомный номер, химический элемент и массовое число образовавшихся ядер? 4.3. Почему можно ожидать, что быстро движущиеся заряженные частицы при радиоактивном распаде вызовут ионизацию? 4.4. Почему вы ожидаете, что ионы будут вести себя иначе, чем другие атомы? 4,5. Предположим, что в образце материала содержится 00 000 радиоактивных атомов. Сколько останется по истечении одного периода полураспада? Два периода полураспада? Три периода полураспада? 4 .. Объясните, что подразумевается под ионизацией Что такое ион? 4 .. Почему вы ожидаете, что радиоактивный распад будет вредным для живых систем? 4.9. Что подразумевается под термином «период полураспада»? 4.0. Как можно использовать 4 C для датировки объекта? 4 .. Объясните, как радиоактивный калий можно использовать для датирования камня. Какая дата или возраст определяется этим методом? 4. Просмотрите описание датирования по углероду-4. Какие предположения могут повлиять на точность метода? Какие эксперименты можно было бы провести, чтобы убедиться, что предположения верны? 4,3. Перечислите и опишите три практических использования ионизирующего излучения. С чем связана опасность ионизирующего излучения? 4.4. Останки скелета человекоподобного существа были обнаружены в Олдувайском ущелье в Танзании в 9 году.Первооткрыватели утверждают, что кости были найдены в геологическом образовании около. миллион лет. 3

10 Может ли датирование по углероду-4 быть полезным для определения возраста в этом случае? Зачем? 4,5. Что из следующего верно относительно изотопов элемента? (а) Они одинаково радиоактивны. (б) У них одинаковая атомная масса. (c) У них одинаковое количество нейтронов.(г) У них одинаковое количество протонов. (д) У них разное количество протонов. 4 .. В каком из процессов распада атомный номер последнего ядра совпадает с порядковым номером исходного ядра? (а) альфа-распад (б) бета-распад (в) гамма-дека (г) захват электрона (д) деление 3

,

Обозначение изотопов - Химия | Сократик

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • астрономия
.

Смотрите также