Период полураспада калия 40


Калий-40

TR | UK | KK | BE | EN |
калий 401k, калий 401
Схема распада К-40 Таблица нуклидов

Kа́лий-40 (лат. Kalium-40) — радиоактивный изотоп химического элемента калия с атомным номером 19 и массовым числом 40. Изотопная распространённость калия-40 в природе составляет 0,0117(1) %. Удельная активность 1 грамма изотопно чистого 40K равна 2,652·105 Бк. Весь природный калий радиоактивен за счёт распадов 40K; удельная активность природного калия равна примерно 31 Бк/г.

Содержание

  • 1 Образование и распад
  • 2 Биологическая роль
  • 3 Калий-аргонное датирование
  • 4 См. также
  • 5 Примечания

Образование и распад

Весь имеющийся на Земле калий-40 образовался незадолго до возникновения Солнечной системы и самой планеты (4,6 млрд лет назад) и с тех пор постепенно распадался. Своим существованием на сегодняшний день нуклид обязан большому периоду полураспада (1,248·109 лет).

Распад калия-40 происходит по двум направлениям:

  • β−-распад (вероятность 89,28 %):
  • захват орбитального электрона (вероятность 10,72 %):

Крайне редко (в 0,001 % случаев) он распадается в 40Ar через позитронный распад, с излучением позитрона (β+) и электронного нейтрино νe:

Биологическая роль

Калий-40 с необходимостью присутствует в живых организмах наряду с двумя другими (стабильными) природными изотопами калия. Концентрация этого элемента в питьевой воде составляет ~3·10−4 мг/л, что приводит к радиоактивности воды на уровне 2·10−12 Ки/л. Эта величина чрезвычайно мала и не ведёт к каким-либо вредным последствиям для организма.

Наличие калия-40 в теле человека обусловливает его природную радиоактивность на уровне 4-5 кБк в зависимости от массы. Это примерно 80-85 % всей радиоактивности организма. Оставшаяся часть исходит от изотопа 14С.

Калий-аргонное датирование

Отношение концентрации 40K к концентрации его продукта распада 40Ar используется для определения абсолютного возраста объектов методом так называемого калий-аргонного датирования. Суть этого метода состоит в следующем:

  • При помощи известных постоянных β-распада и е-захвата считается относительная доля атомов 40K, превратившихся в 40Ar:
  • Если 40K0 — изначальное количество атомов калия-40, а t — искомый возраст образца, то современное количество атомов 40K в измеряемом образце определяется формулой:
  • Суммарное количество атомов 40Ar и 40Ca, образовавшихся за время t равно:
  • Из соотношения же между постоянными распада следует, что:
  • Сравнивая два последних уравнения, получаем связь между количеством атомов 40Ar и 40K в исследуемом образце:
  • Решая получившееся уравнение относительно искомого времени t получаем формулу для определения возраста образца:

См. также

  • Банановый эквивалент

Примечания

  1. 1 2 3 4 G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
  2. 1 2 3 4 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.

калий 40, калий 401, калий 401k, калий 402, калий 404, калий 405, калий 407, калий 408, калий 40th


Калий-40 Информацию О




Калий-40 Комментарии

Калий-40
Калий-40
Калий-40 Вы просматриваете субъект

Калий-40 что, Калий-40 кто, Калий-40 описание

There are excerpts from wikipedia on this article and video

Общие сведения
Название, символ Калий-40, 40K
Нейтронов 21
Протонов 19
Свойства нуклида
Атомная масса 39,96399848(21) а. е. м.
Избыток массы −33 535,20(19) кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон) 8 538,083(5) кэВ
Изотопная распространённость 0,0117(1) %
Период полураспада 1,248·109 лет
Продукты распада 40Ar, 40Ca
Спин и чётность ядра 4−
Канал распада Энергия распада
β−-распад (~89,28 %) 1,31107(11) МэВ
EC (~10,72 %) 1,50469(19) МэВ

% PDF-1.4 % 479 0 объект > endobj Xref 479 58 0000000016 00000 н. 0000002307 00000 н. 0000002466 00000 н. 0000003041 00000 н. 0000003530 00000 н. 0000003943 00000 н. 0000004591 00000 н. 0000005214 00000 п. 0000005802 00000 н. 0000006326 00000 н. 0000006416 00000 н. 0000006840 00000 н. 0000007206 00000 н. 0000007522 00000 н. 0000007549 00000 н. 0000007661 00000 н. 0000007775 00000 н. 0000007906 00000 н. 0000008320 00000 н. 0000008758 00000 п. 0000009533 00000 п. 0000010202 00000 п. 0000011304 00000 п. 0000011747 00000 п. 0000012008 00000 п. 0000012454 00000 п. 0000012936 00000 п. 0000013905 00000 п. 0000014554 00000 п. 0000015641 00000 п. 0000016833 00000 п. 0000017050 00000 п. 0000017230 00000 п. 0000017408 00000 п. 0000017587 00000 п. 0000018819 00000 п. 0000020097 00000 п. 0000021205 00000 п. 0000029118 00000 п. 0000031989 00000 п. 0000040668 00000 п. 0000040843 00000 п. 0000046228 00000 п. 0000046489 00000 н. 0000049725 00000 п. 0000073813 00000 п. 0000073900 00000 п. 0000073970 00000 п. 0000074089 00000 п. 0000075686 00000 п. 0000076015 00000 п. 0000076386 00000 п. 0000080739 00000 п. 0000081022 00000 п. 0000118736 00000 н. 0000118775 00000 н. 0000002121 00000 п. 0000001456 00000 н. прицеп ] / Назад 214673 / XRefStm 2121 >> startxref 0 %% EOF 536 0 объект > поток hb```b``d`c``gd @

.

5.7: Расчет периода полураспада - Chemistry LibreTexts

Скорость радиоактивного распада

Во время естественного радиоактивного распада не все атомы элемента мгновенно превращаются в атомы другого элемента. Процесс распада требует времени, и есть ценность в возможности выразить скорость, с которой происходит процесс. Полезная концепция - период полураспада (символ \ (t_ {1/2} \)) , то есть время, необходимое для изменения или распада половины исходного материала. Период полураспада может быть рассчитан на основе измерений изменения массы нуклида и времени, которое требуется для его возникновения.Единственное, что мы знаем, это то, что за время полураспада этого вещества половина исходных ядер распадется. Хотя химические изменения ускорялись или замедлялись из-за изменения таких факторов, как температура, концентрация и т. Д., Эти факторы не влияют на период полураспада. Каждый радиоактивный изотоп будет иметь свой уникальный период полураспада, не зависящий от любого из этих факторов.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Для кобальта-60, который имеет период полураспада 5,27 года, 50% остается после 5,27 года (один период полураспада), 25% остается после 10.54 года (два периода полураспада), 12,5% остается после 15,81 года (три периода полураспада) и так далее. (CC-BY 4.0; OpenStax).

Периоды полураспада многих радиоактивных изотопов были определены, и было обнаружено, что они варьируются от чрезвычайно длинных периодов полураспада в 10 миллиардов лет до чрезвычайно коротких периодов полураспада в доли секунды. В таблице ниже показаны периоды полураспада для выбранных элементов. Кроме того, конечный элементарный продукт указывается после процесса декали. Знание того, как распадается элемент (альфа, бета, гамма), может позволить человеку надлежащим образом защитить свое тело от избыточного излучения.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Таблица выбранных периодов полураспада
Элемент Массовое число (A) Период полураспада Элемент Массовое число (A) Период полураспада
Уран 238 4.5 миллиардов лет Калифорний 251 800 лет
Нептуний 240 1 час Нобелий 254 3 секунды
Плутоний 243 5 часов Карбон 14 5730 лет
Америций 245 25 минут Карбон 16 740 миллисекунд

Количество радиоактивных ядер в любой момент времени уменьшится вдвое за один период полураспада.Например, если бы было \ (100 \: \ text {g} \) of \ (\ ce {Cf} \) - 251 в выборке в какой-то момент, через 800 лет было бы \ (50 \: \ текст {g} \) из \ (\ ce {Cf} \) - осталось 251. Еще через 800 лет (всего 1600 лет) останется только \ (25 \: \ text {g} \).

Помните, период полураспада - это время, необходимое для того, чтобы половина вашего образца, независимо от того, сколько у вас осталось, осталась. Каждый период полураспада будет следовать той же общей схеме, что и \ (\ ce {Cf} \) - 251. Единственная разница - это время, необходимое для распада половины образца.

Интерактивное моделирование: визуализация Half-Life

Нажмите на эту интерактивную симуляцию, чтобы визуализировать, что происходит с радиоизотопом при его распаде. и узнайте о различных типах радиометрического датирования, например, о датировании по радиоуглероду. Понять, как работают распад и период полураспада, чтобы сделать возможным радиометрическое датирование. Сыграйте в игру, которая проверяет вашу способность соотносить процентное соотношение элемента датировки с возрастом объекта.

Мы будем решать два типа задач полураспада.4} (60 \, \ text {grams}) \ nonumber \]

Через 4 часа только \ (3.75 \: \ text {g} \) нашего исходного образца \ (60 \: \ text {g} \) останется радиоактивным изотопом \ (\ ce {Np} \) - 240 ,

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Образец \ (\ ce {Ac} \) - 225 изначально содержал \ (8.0 \, \, ug \). Через 720 часов, сколько осталось от первоначального \ (\ ce {Ac} \) - 225? Период полураспада этого изотопа составляет 10 дней.

Решение

Чтобы определить количество периодов полураспада (n), обе единицы времени должны быть одинаковыми.3} (8.0 \, мкг) \ nonumber \]

Через 720 часов остается 1,0 мкг материала как \ (\ ce {Ac} \) - 225

Радиоактивное датирование

Радиоактивное датирование - это процесс, с помощью которого определяется приблизительный возраст объекта с использованием определенных радиоактивных нуклидов . Например, углерод-14 имеет период полураспада 5730 лет и используется для измерения возраста органического материала. Отношение углерода-14 к углероду-12 в живых организмах остается постоянным, пока организм жив, потому что свежий углерод-14 поступает в организм всякий раз, когда он потребляет питательные вещества.Когда организм умирает, это потребление прекращается, и новый углерод-14 не добавляется в организм. Со временем соотношение углерода-14 и углерода-12 в организме постепенно снижается, потому что углерод-14 радиоактивно распадается, в то время как углерод-12 остается стабильным. Анализ этого соотношения позволяет археологам оценить возраст организмов, которые были живы много тысяч лет назад.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Наряду со стабильным углеродом-12, радиоактивный углерод-14 поглощается растениями и животными и остается в них на постоянном уровне, пока они живы.После смерти C-14 распадается, и соотношение C-14: C-12 в останках уменьшается. Сравнение этого соотношения с соотношением C-14: C-12 в живых организмах позволяет нам определить, как давно этот организм жил (и умер). (CC-BY 4.0; OpenStax). У датировки

C-14 есть ограничения. Например, образец может быть датирован C-14, если ему приблизительно от 100 до 50 000 лет. До или после этого диапазона

.

Период полураспада

15.2 Период полураспада

Цели обучения

  1. Определите период полураспада .
  2. Определите количество радиоактивного вещества, остающегося после заданного числа периодов полураспада.

Является ли данный изотоп радиоактивным, является характеристикой этого конкретного изотопа. Некоторые изотопы стабильны бесконечно, в то время как другие радиоактивны и распадаются посредством характерной формы излучения.Со временем будет присутствовать все меньше и меньше радиоактивного изотопа, и уровень радиоактивности будет снижаться. Интересным и полезным аспектом радиоактивного распада является период полураспада, то есть время, необходимое для распада половины радиоактивного изотопа, то есть время, необходимое для распада половины радиоактивного изотопа. Период полураспада конкретного радиоактивного изотопа постоянен; он не зависит от условий и от начального количества этого изотопа.

Рассмотрим следующий пример.Предположим, у нас есть 100,0 г трития (радиоактивный изотоп водорода). Его период полураспада составляет 12,3 года. Через 12,3 года половина образца распадется с водорода-3 на гелий-3 с испусканием бета-частицы, так что останется только 50,0 г исходного трития. Еще через 12,3 года - что в сумме составляет 24,6 года - распадется другая половина оставшегося трития, в результате чего останется 25,0 г трития. Еще через 12,3 года - теперь всего 36,9 года - другая половина оставшегося трития распадется, останется 12.5 г. Эта последовательность событий проиллюстрирована на рисунке 15.1 «Радиоактивный распад».

Рисунок 15.1 Радиоактивный распад

В течение каждого следующего периода полураспада половина первоначального количества будет радиоактивно распадаться.

Мы можем определить количество радиоактивного изотопа, остающегося после заданного числа периодов полураспада, используя следующее выражение:

количество оставшегося = начальное количество × (12) п

, где n - количество периодов полураспада.Это выражение работает, даже если количество периодов полураспада не является целым числом.

Пример 3

Период полураспада фтора-20 составляет 11,0 с. Если образец изначально содержит 5,00 г фтора-20, сколько остается после 44,0 с?

Решение

Если мы сравним время, которое прошло до периода полураспада изотопа, мы заметим, что 44,0 с - это ровно 4 периода полураспада, поэтому, используя предыдущее выражение, n = 4. Подстановка и решение результатов в следующем:

количество оставшегося = 5.00 г × (12) 4amount остальные = 5,00 г × 116amount оставшиеся = 0,313 г

Остается менее одной трети грамма фтора-20.

Проверьте себя

Период полураспада титана-44 60,0 лет. В пробе титана содержится 0,600 г титана-44. Сколько осталось через 240,0 г.?

Ответ

0,0375 г

Период полураспада изотопов составляет от долей микросекунды до миллиардов лет.В таблице 15.2 «Периоды полураспада различных изотопов» перечислены периоды полураспада некоторых изотопов.

Таблица 15.2 Период полураспада различных изотопов

Изотоп Период полураспада
3 H 12,3 года
14 С 5730 y
40 К 1.26 × 10 9 y
51 Кр 27,70 г
90 Sr 29,1 года
131 I 8,04 г
222 Rn 3.823 d
235 U 7.04 × 10 8 y
238 U 4,47 × 10 9 y
241 Am 432,7 года
248 Bk 23,7 ч
260 Sg 4 мс

Химия везде: радиоактивные элементы в организме

Вы можете не думать о себе как о радиоактивном, но это так.Небольшая часть определенных элементов в организме человека радиоактивна и постоянно разрушается. В следующей таблице приведены сводные данные по радиоактивности в нормальном человеческом теле.

Радиоактивный изотоп Период полураспада (у) Масса изотопа в теле (г) Активность в организме (распадов / с)
40 К 1.26 × 10 9 0,0164 4,340
14 С 5,730 1,6 × 10 −8 3 080
87 руб. 4,9 × 10 10 0.19 600
210 Pb 22,3 5,4 × 10 −10 15
3 H 12,3 2 × 10 −14 7
238 U 4.47 × 10 9 1 × 10 −4 5
228 Ra 5,76 4,6 × 10 −14 5
226 Ra 1,620 3,6 × 10 −11 3

В среднем человеческое тело испытывает около 8000 радиоактивных распадов в секунду.

Большая часть радиоактивности в организме человека происходит из калия-40 и углерода-14. Калий и углерод - два элемента, без которых мы абсолютно не можем жить, поэтому, если мы не сможем удалить все радиоактивные изотопы этих элементов, невозможно избежать хотя бы некоторой радиоактивности. Ведутся споры о том, какой радиоактивный элемент более проблематичен. В организме больше калия-40, чем углерода-14, и у него гораздо более длительный период полураспада. Калий-40 также распадается с примерно в 10 раз большей энергией, чем углерод-14, что делает каждый распад потенциально более проблематичным.Однако углерод является элементом, составляющим основу большинства живых молекул, что увеличивает вероятность присутствия углерода-14 вокруг важных молекул, таких как белки и молекулы ДНК. Большинство экспертов сходятся во мнении, что, хотя ожидать полного отсутствия радиоактивного излучения - безрассудство, мы можем и должны минимизировать воздействие избыточной радиоактивности.

Что, если прошедшее время не является точным числом периодов полураспада? Мы все еще можем подсчитать количество материала, который у нас остался, но уравнение более сложное.Уравнение

количество оставшегося = (сумма изначально) × электронной 0.693t / t1 / 2

, где e - основание натурального логарифма (2,71828182…), t - прошедшее время, а t 1/2 - период полураспада радиоактивного изотопа. Переменные t и t 1/2 должны иметь одни и те же единицы времени, и вам может потребоваться убедиться, что вы знаете, как вычислять степень натурального логарифма на вашем калькуляторе (для многих калькуляторов есть значок « обратный логарифм », которую вы можете использовать; проконсультируйтесь со своим инструктором, если вы не знаете, как пользоваться калькулятором).Хотя это более сложная формула, время t не обязательно должно быть точным кратным периодам полураспада.

Пример 4

Период полураспада фтора-20 составляет 11,0 с. Если образец изначально содержит 5,00 г фтора-20, сколько его остается через 60,0 с?

Решение

Хотя это похоже на пример 3, количество времени не является точным кратным периоду полураспада. Здесь мы определяем начальное количество как 5,00 г, т, = 60.0 с, а т 1/2 = 11,0 с. Подставляем в уравнение:

оставшееся количество = (5,00 г) × e - (0,693) (60,0 с) / 11,0 с

Вычисляя экспоненту (и отмечая, что с единиц отменяют), мы получаем

оставшееся количество = (5,00 г) × e −3,78

Растворяется, осталось 0,114 г. (Вы можете проверить этот ответ, чтобы убедиться, что вы правильно используете свой калькулятор.)

Проверьте себя

Период полураспада титана-44 60,0 лет. В пробе титана содержится 0,600 г титана-44. Сколько осталось через 100,0 года?

Ответ

0,189 г

Ключевые выводы

  • Естественные радиоактивные процессы характеризуются периодом полураспада - временем, за которое половина материала радиоактивно распадается.
  • Количество материала, оставшегося после определенного периода полураспада, можно легко подсчитать.

Упражнения

  1. У всех изотопов есть период полураспада? Поясните свой ответ.

  2. Что более радиоактивно - изотоп с большим периодом полураспада или изотоп с коротким периодом полураспада?

  3. Сколько времени длится 1.00 г палладия-103 разлагается до 0,125 г, если его период полураспада составляет 17,0 дней?

.

расчетов периода полураспада ядер - химия

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • астрономия
  • астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
.

Смотрите также