Радиоактивный изотоп калия в результате бета распада


Радиоактивный изотоп калия 40/19K в результате бета-распада превращается в изотоп кальция 40/20Са.

Радиоактивный изотоп калия 40/19K в результате бета-распада превращается в изотоп кальция 40/20Са. | Сноровка
  • Главная
  • Физика
  • Радиоактивный изотоп калия 40 19 K в результате бета-распада превращается в изотоп кальция 40/20Са. Период полураспада изотопа калия 40/19K равен 1,24 млрд лет. Сколько ядер калия (в процентах) превратится в ядра кальция за 5 млрд лет?

You cannot print contents of this website.

Adblock
detector

Во что превращается калий-40 после радиоактивного распада?

Биология
Наука
  • Анатомия и физиология
  • Астрономия
  • Астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
  • Наука об окружающей среде
  • Органическая химия
  • Физика
.

17.3: Типы радиоактивности: альфа, бета и гамма-распад

Многие ядра радиоактивны; то есть они разлагаются, испуская частицы, и при этом становятся другим ядром. В наших исследованиях до этого момента атомы одного элемента не могли превращаться в разные элементы. Это потому, что во всех других типах изменений, о которых мы говорили, менялись только электроны. В этих изменениях изменяется ядро, содержащее протоны, определяющие, каким элементом является атом.Все ядра с 84 или более протонами радиоактивны, а элементы с менее чем 84 протонами имеют как стабильные, так и нестабильные изотопы. Все эти элементы могут претерпевать ядерные изменения и превращаться в разные элементы.

При естественном радиоактивном распаде происходят три типичных выброса. Когда эти выбросы наблюдались первоначально, ученые не смогли идентифицировать их как некоторые уже известные частицы и поэтому назвали их

, используя первые три буквы греческого алфавита. Некоторое время спустя альфа-частицы были идентифицированы как ядра гелия-4, бета-частицы были идентифицированы как электроны, а гамма-лучи - как форма электромагнитного излучения, такого как рентгеновские лучи, за исключением того, что они намного выше по энергии и даже более опасны для живых систем.

Ионизирующая и проникающая способность излучения

Со всем излучением от естественных и искусственных источников мы вполне обоснованно должны беспокоиться о том, как все излучения могут повлиять на наше здоровье. Ущерб живым системам наносится радиоактивными выбросами, когда частицы или лучи поражают ткани, клетки или молекулы и изменяют их. Эти взаимодействия могут изменять молекулярную структуру и функцию; клетки больше не выполняют своих должных функций, а молекулы, такие как ДНК, больше не несут соответствующую информацию.Большое количество радиации очень опасно, даже смертельно. В большинстве случаев радиация повреждает одну (или очень небольшое количество) клеток, разрушая клеточную стенку или иным образом препятствуя размножению клетки.

Способность излучения повреждать молекулы анализируется с точки зрения так называемой ионизирующей силы . Когда частица излучения взаимодействует с атомами, это взаимодействие может привести к тому, что атом потеряет электроны и, таким образом, станет ионизированным. Ионизирующая сила излучения увеличивает вероятность того, что повреждение произойдет в результате взаимодействия.

Большая часть угрозы радиации связана с легкостью или трудностью защиты от частиц. Какой толщиной стены вам нужно спрятаться, чтобы быть в безопасности? Способность каждого типа излучения проходить через вещество выражается в проникающей способности . Чем больше материала может пройти через излучение, тем выше проникающая способность и тем опаснее они. Как правило, чем больше масса, тем больше ионизирующая способность и меньше проникающая способность.

Если сравнивать только три распространенных типа ионизирующего излучения, альфа-частицы имеют наибольшую массу. Альфа-частицы примерно в четыре раза больше массы протона или нейтрона и примерно в 8000 раз больше массы бета-частицы. Из-за большой массы альфа-частицы она обладает самой высокой ионизирующей способностью и самой большой способностью повреждать ткани. Однако тот же самый большой размер альфа-частиц делает их менее способными проникать в вещество. При столкновении с веществом они очень быстро сталкиваются с молекулами, присоединяют два электрона и становятся безвредным атомом гелия.Альфа-частицы обладают наименьшей проникающей способностью, и их можно остановить толстым листом бумаги или даже слоем одежды. Их также останавливает внешний слой омертвевшей кожи людей. Может показаться, что это устраняет угрозу от альфа-частиц, но только от внешних источников. В такой ситуации, как ядерный взрыв или какая-то ядерная авария, когда радиоактивные излучатели распространяются в окружающей среде, их можно вдохнуть или принять вместе с пищей или водой, и как только альфа-излучатель окажется внутри вас, у вас вообще нет защиты .

Бета-частицы намного меньше альфа-частиц и, следовательно, имеют гораздо меньшую ионизирующую способность (меньшую способность повреждать ткани), но их небольшой размер дает им гораздо большую проникающую способность. Большинство ресурсов говорят, что бета-частицы можно остановить с помощью листа алюминия толщиной в четверть дюйма. Еще раз, однако, самая большая опасность возникает, когда источник бета-излучения попадает внутрь вас.

Гамма-лучи - это не частицы, а высокоэнергетическая форма электромагнитного излучения (например, рентгеновские лучи, за исключением более мощных).Гамма-лучи - это энергия, не имеющая массы или заряда. Гамма-лучи обладают огромной проникающей способностью и требуют нескольких дюймов плотного материала (например, свинца) для их защиты. Гамма-лучи могут проходить через человеческое тело, ничего не задевая. Считается, что они имеют наименьшую ионизирующую способность и наибольшую проникающую способность.

Самое безопасное количество радиации для человеческого тела - ноль. Невозможно подвергнуться воздействию ионизирующего излучения, поэтому следующая лучшая цель - как можно меньше подвергаться воздействию.4He} \). Откуда у альфа-частицы этот символ? Нижнее число в символе ядра - это количество протонов. Это означает, что в альфа-частице есть два протона, которые были потеряны атомом урана. Два протона также имеют заряд \ (+ 2 \). Верхнее число, 4, представляет собой массовое число или общее количество протонов и нейтронов в частице. Поскольку у альфа-частицы 2 протона, а всего 4 протона и нейтрона, у альфа-частицы также должно быть два нейтрона. Альфа-частицы всегда имеют один и тот же состав: два протона и два нейтрона.{230} Th} \ rightarrow

.

Радиоактивный распад


Количественные концепции: экспоненциальный рост и распад, вероятность
создано Дженнифер М. Веннер, геологический факультет Университета Висконсин-Ошкош
Перейти к: Изотопы | Период полураспада | Изотопные системы | Углерод-14 | Примеры и упражнения

Основные понятия

Как правило, есть четыре основных понятия, с которыми сталкиваются студенты, размышляя о радиоактивном распаде:

  1. спонтанность (или случайность) радиоактивного распада,
  2. причина важности изотопов
  3. - понятие периода полураспада, а
  4. -
  5. зная, какая система подходит

Радиоактивность: устойчивый, но непредсказуемый (спонтанный) процесс

Радиоактивность и радиоактивный распад - спонтанные процессы.Студенты часто борются с этой концепцией; поэтому следует подчеркнуть, что невозможно точно знать, когда каждый из радиоактивных элементов в породе распадется. Статистическая вероятность - это единственное, что мы можем знать точно. Часто ученики увязли в том, что они не «понимают», как и почему радиоактивные элементы распадаются, и упускают из виду весь смысл этого упражнения. Если они смогут начать понимать, что это случайность и спонтанность, они в конечном итоге будут меньше нервничать по поводу всего этого.

Радиоактивный распад включает самопроизвольное превращение одного элемента в другой. Единственный способ сделать это - изменить количество протонов в ядре (элемент определяется количеством протонов). Это может произойти несколькими способами, и когда это произойдет, атом навсегда изменится. Назад дороги нет - процесс необратим.

Это очень похоже на приготовление попкорна. Когда мы наливаем наши ядра попкорна в попкорн, невозможно узнать, какое из них лопнет первым.И как только это первое ядро ​​появится, оно уже никогда не будет ядром ... оно навсегда изменится! (И, кстати, намного вкуснее!)

Пример обучения с использованием попкорна для обучения радиоактивному распаду

Изотопы: один и тот же элемент, разная атомная масса

Часто студенты борются с концепцией изотопов. Оксфордский словарь английского языка определяет изотоп как:
"Разновидность химического элемента (строго одного конкретного элемента), который отличается от других разновидностей элемента другим массовым числом, но имеет тот же атомный номер и химические свойства (и поэтому занимает одинаковое положение в таблица Менделеева)."
Это определение может для них ничего не значить. Они могут спросить: «В чем разница между изотопом и атомом?» Другой способ объяснить это: когда геологи говорят об изотопах, они говорят об одном элементе разной массы. Изотопы элемента - это атомы, которые имеют одинаковый атомный номер (или количество протонов в ядре), но разные атомные массы (следовательно, разное количество нейтронов в ядре). Например, все атомы кислорода имеют в ядре 8 протонов и, следовательно, имеют атомный номер 8.Однако атомы кислорода могут иметь от 8 до 10 нейтронов в ядре, и поэтому изотопы кислорода имеют атомные массы 16, 17 и 18 а.е.м. (и ни один из них не является радиоактивным!). Самарий (Sm) содержит 7 изотопов природного происхождения (3 из них радиоактивны). Напомните им, что геологи используют только определенные радиоактивные изотопы для датирования горных пород.

Атомы, участвующие в радиоактивном распаде, называются изотопами. На самом деле каждый атом - это изотоп того или иного элемента. Однако мы обычно ссылаемся на изотопы определенного элемента (например,г., Рубидий-87 ( 87 Rb) или Свинец-206 ( 206 Pb)). Число, связанное с изотопом, - это его атомная масса (т.е. протоны плюс нейтроны). Сам элемент определяется атомным номером (то есть числом протонов).

Только некоторые изотопы являются радиоактивными, и не все радиоактивные изотопы подходят для геологических применений - мы должны выбирать с умом. Те, что распадаются, называются радиоактивными (или родительскими) изотопами; те, которые образуются при распаде, называются радиогенными (или дочерними) изотопами.Единица, которую мы используем для измерения времени, называется периодом полураспада, и она связана со временем, которое требуется для распада половины радиоактивных изотопов (см. Ниже).

Период полураспада: полезный способ определения геологического времени

Half-Life - очень важное и относительно сложное понятие для студентов. Математически период полураспада может быть представлен экспоненциальной функцией, концепция, с которой студенты начального уровня могут не иметь большого опыта и, следовательно, могут иметь слабое представление об этом.

Я обнаружил, что студенты начального уровня на моих курсах зацикливаются на термине «период полураспада». Даже если им было дано определение, они интерпретируют термин как означающий половину срока службы системы. Вместо этого на самом деле это время жизни из половина изотопов, присутствующих в системе в любой момент времени.

Решение проблем в науках о Земле навсегда изменилось с открытием радиоактивности. Радиоактивные элементы можно использовать для определения численного возраста геологических материалов во временных масштабах, равных (и даже превышающих) возраст Земли.Чтобы определить возраст геологического материала, мы должны понимать концепцию периода полураспада.

Период полураспада - это термин, описывающий время. Определение таково:

Время, необходимое для распада половины радиоактивных (родительских) изотопов в образце до радиогенных (дочерних) изотопов. - модифицировано из Третьего международного словаря Вебстера, Несокращенный

Другими словами, это время жизни из половина радиоактивных изотопов в системе.Единицами полураспада всегда является время (секунды, минуты, годы и т. Д.). Если мы знаем период полураспада изотопа (и можем измерить его с помощью специального оборудования), мы можем использовать количество радиогенных изотопов, которые были образованы в породе с момента ее образования, для определения возраста образования. Радиометрическое датирование - это метод определения возраста породы путем измерения относительного содержания радиоактивных и радиогенных изотопов.

Использование демонстраций периода полураспада, таких как подбрасывание монеты для больших классов или демонстрация M&M для небольших классов, может помочь учащимся лучше понять, что происходит.Построение графика результатов этих демонстраций приводит к кривой экспоненциальной функции затухания. Отображение этого графика и задание им вопросов о форме и изменениях количества изотопов с течением времени может помочь учащимся развить некоторую интуицию о периоде полураспада. Хотя большинство вводных студентов могут не быть готовы к уравнению экспоненциального распада, обсуждение периодов полураспада и радиоактивного распада подготавливает студентов начального уровня к введению более математического обсуждения экспоненциального роста и распада в классах старших классов.

Так много систем, как выбрать?

Большинство студентов действительно не знают, как изотопы используются для определения возраста. В частности, им трудно понять, что разные системы подходят для разных типов радиометрического датирования и почему. Чтобы избежать путаницы при разговоре о различных системах, можно выделить несколько важных моментов: У геологов есть множество вариантов расчета возраста породы с использованием больших и сложных систем.Ознакомьтесь с этой таблицей изотопных систем и периодов полураспада (Excel 18kB Jun24 04); все они используются для датирования горных пород или отложений!

Что делать со всеми этими системами? Геологи используют ряд критериев, чтобы решить, какую из систем использовать:

Циркон, полезный минерал для датирования U-Pb. Детали
  1. Подходит ли период полураспада системы для породы, которую вы пытаетесь датировать? Большинство геологов имеют представление о возрасте породы (если возраст составляет менее 6 периодов полураспада, это сработает).
  2. Есть ли в породе минералы, которые можно использовать для изотопной системы, которую вы хотите использовать? В вашей породе должны быть минералы, содержащие элементы, которые вы хотите использовать.
  3. Какое событие вы хотите назначить? Некоторые системы очень хороши для датировки магматических событий, другие очень хороши для датировки метаморфических событий. (Помните, что осадочные минералы невозможно датировать, потому что они образовались из вулканических или метаморфических пород.)
Вместе ответы на эти вопросы помогают геологам решить, какую систему им следует использовать.

А что насчет углерода-14?

Большинство студентов слышали о углероде-14; тем не менее, его нет в таблице изотопов, используемой для датировки горных пород и минералов. Почему нет? Углерод-14 не подходит для горных пород, потому что он должен содержать органический углерод. Камни состоят из минералов, которые по определению являются неорганическими. Обсуждение 14 C ниже - отличный способ проиллюстрировать важные моменты выбора системы. Углерод-14 особенный по двум причинам.
  1. С 14 C, мы можем только вычислить возраст чего-то, что когда-то было живым (содержит органический углерод).Поскольку (большинство) камней никогда не было живыми, мы не можем использовать это для датировки камня.
  2. Период полураспада 14 C с геологической точки зрения невелик - 5730 лет - и поэтому не подходит для материалов старше 35000 лет. Это более 4 миллиардов лет геологической истории, которых мы не можем коснуться.
Итак, то, что геологи и археологи датируют, используя 14 C, - это смерть органической формы жизни. Большинство геологов хотят знать возраст кристаллизации или метаморфизма горных пород, которым миллионы или миллиарды лет - 14 C для этого не подойдет.

Обучающие примеры и упражнения

.

Если калий-40 подвергается радиоактивному распаду, теряя электрон, то какой дочерний изотоп?

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • Астрономия
  • Астрофизика
  • Биология
  • Химия
.

Смотрите также