КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Елементи аналози. Видове аналогия в периодичната система на елементите




Както вече споменахме, в резултат на периодично повтаряне на подобни електронни конфигурации е наличието на агрегати елементи, подобни на различни характеристики. Тези елементи се наричат ​​връстници, и тяхната комбинация - уникални подгрупи. Симптомите, които заедно образуват подобни, както и степента на сходство аналози могат да бъдат различни; съответно изтъкната група, видове контракции, хоризонтално и диагонално аналогия.

група аналогия

Тя се проявява в елементите, които принадлежат към една и съща група на периодичната система, и е с най-широката гледна точка на аналогията. Група аналози могат да бъдат много различни както от свойствата на прости вещества, както и свойствата на съединенията от тези елементи, обаче, някои общи характеристики на всеки от тях, присъщи. От споделените елементи на групата е броят на валентните електрони, всички аналози групи се характеризират с една и съща стойност на най-високо окисляване държавата, ако тя може да бъде изпълнена. По този начин, елементите на група VI, неметален или метален характер, с изключение на кислород, проявяват висока степен на окисление на 6; кислород в степента на окисление на изкуството досега съединения не превишава четири (централната кислороден атом в озоновия молекула), въпреки че официално 6 окисление на този елемент не е забранено. Имайте предвид също, че в най-високата окисление състояние да формират елементите на сходни физични и химични свойства съединение. Сяра и хром, например, имоти значително се различават един от друг в елементарна състояние; на съединенията от окисление 4, не показват сходство и окисление 2 и +3 на не типичен на сяра, е много характеристика на хром. В същото време, на сяра съединение (VI) и Cr (VI) са доста сходни. Така че, по-високите оксиди на тези елементи на SO 3 и СгОз 3 са типични киселинни оксиди, които реагират с вода, за да образуват сярна (H 2 SO 4) и хром (H 2 СгОз 4) киселина. Както сярна и хромова киселини проявяват окислителни свойства и са склонни да образуват поликиселини (например, H 2 S 2 O 7 и H 2 Cr 2 O 7). Както сулфати или барий и олово хромати са практически неразтворими соли; относително ниска присъща разтворимост и калциев хромат сулфат, и соли с едновременно повишаване на температурата на разтворимост не се увеличава, но намалява.

Типично аналогия

Това се проявява в А-, В- и С-подгрупа на периодичната система и по-тесен оглед на аналогия, от групата. Типични аналози се характеризират със същия брой на валентните електрони разпределени на орбитите от същия тип. Разпределението на същия брой валентните електрони с типични колеги за същите орбитите тип определя сходството на този вид уникален в прости вещества, както в съединенията с тези елементи. Въпреки това, представители на различни подгрупи на сходство може да не са показани в същата степен, тъй като, както ще бъде показано по-долу, подгрупа стандартни аналози могат да включват по-фини видове аналогии.



Electronic аналогия

Тя се проявява в елементите с подобна електронна формула. Елементите, включени в подгрупата на електронни аналози, подобни в конфигурация външен електронен слой и завърши изграждането на вътрешния поднива. Посочени електронните партньори не изключват разлики в конфигурацията на благороден газ, е включена в електронен формула ([Той] 2, [Ne] 10, и т.н.); където конфигурацията на [Xe] 4е 54 14 се считат за еквивалентни благородна конфигурация газ. Провалът на електрона и не нарушава имейл аналогията. Така например, молибден ([Кр] 4D 36 5 1 4S и волфрам [Хд] 4е 14 5d 54 6S 2 4) аналози са електронни, въпреки че електронната структура на формула различава в двете външни и вътрешни електронни слоеве.

Разграничаване пълни и непълни електронни колеги. Пълен колеги имат подобни електронни конфигурации в която и окисление. Непълни електронни аналози се характеризират с подобни електронни конфигурации само в няколко степени на окисление.

Помислете за разделяне на групата на подгрупи на електронни аналози на примера на група VI. Както следва от фиг. 11, в групата на VI може да бъде разделена на три подгрупи на пълни електронни аналози, свързани с плътни линии. Първият от тях включва кислород и сяра, а вторият - селен, телур и полоний, а третият - хром, молибден и волфрам; електронна конфигурация на атомите в някой от тези подгрупи са подобни, независимо от степента на окисление. По този начин, всички елементи от подгрупите на селен в окисление -2 имат конфигурация 2 NS НП 6, в окисление +4 - 2 NS NP 2, в окисление 6 - (N-1) г 10. В същото време VI елементи група образуват две подгрупи аналози майки. Един от тях се състои от кислород, сяра, селен, телур и полоний, свързан на фиг. 11 с прекъсната линия. Тези елементи имат подобни електронни конфигурации в цялата окисляване, отколкото по-висока. Наистина, в състояние на окисляване 6 сяра отговаря електронен формула [Ne] 10 и селен - [Аг] 3D 18, 10, въпреки че всички други степени на окисление (2, 4) Електронната конфигурация на елементите, които се сравняват предполагат техните колеги. Втора подгрупа на непълни електронни аналози да се образува кислород, сяра, хром, молибден и волфрам (пунктирана линия на фиг. 11). За тази подгрупа подобни електронни конфигурации отговарят само най-висока степен на окисление на елемента: както се вижда на фиг. 11, в степен на окисление 6 всички имат благородната конфигурация на газ.

Фиг. 11. Подгрупа електронни колеги в групата VI на периодичната система (¾ пълни електронни аналози ---- аналози в по-висока окисление)

Аналогията на свиване (за свиване-аналогията)

Този вид аналогия се проявява в най-IVB-VIIIB-подгрупа на периодичната система. Тези подгрупи на първия елемент се отличава от втората, а вторият и третият са много сходни по свойства като прост вещество или техните съединения. Тези "единични елементи", посочени свиването или аналози на стягащата-аналози (от английски -. Shrink, сбръчквам).

аналози на стягащата съществуване дължат главно лантанид свиване, при което атомни радиуси подгрупа елементи, принадлежащи на V и VI подобни периоди, които произтичат от други подобни свойства. Така например, в под-ВИБ The свие аналози са молибден и волфрам, елементи много близки един до друг, но различаващи се от хром. По този начин, се окислява в хром воден водороден катиони, като волфрам и молибден са устойчиви на киселини, които са оксиданти на катиона. Хромови съединения на окисление 6 са силни окислители, най-високата хром оксид CRO 3 е активно реагира с вода за да се образува разтворим хромна киселина; молибденови съединения (VI) и (VI) волфрамови оксиданти не са trioxides те не реагират с вода, молибден и волфрам киселина - разтворими съединения. За много типично хром окисление +2 и +3; молибден и волфрам, това са редки окисление, и клъстери са съответните съединения, съдържащи единици, ковалентно свързани метални атоми.

Хоризонтална аналогия

Някои елементи, свързани с един период, и не са нито типични или електронни колеги, независимо от това, проявяват значително сходство помежду си. Хоризонтална аналогия наблюдава в D- и F-елементи с повече от половината пълни електронни поднива. Примери хоризонтални аналози могат да служат като желязо, кобалт и никел, в които различни електронни конфигурации ([Ar] 3D 18 2 6 4S, [Ar] 3d 18 2 7 4s и [Ar] 3d 8 4s 18 2) имат известна прилика.

Съществуването на хоризонтална аналогия, защото в редиците на D- и F-елементи променят свойствата с увеличаване на ядрения заряд забавя (най-малко не забравяйте, че всички D- и F-елементи са метали). Особено бавно се променя имоти през втората половина на поредицата, където кванта поднива клетки се образуват електронни двойки. От друга страна, хоризонтални аналози обикновено са предмети, които не осъзнават, най-високата си степен на окисление, съответстващи на броя на валентните електрони. Така че, за броя на желязо на валентните електрони е осем, за кобалт - девет за никел - десет. Въпреки това, всички тези елементи са най-често окисление +2 и + 3; желязо може да бъде окисление на 6, и кобалт и никел - 4: но такива съединения са сравнително редки и обикновено са нестабилни. В резултат, желязо, кобалт и никел формула основни класа на съединения от същия тип (например, МеО, Ме 3 Me (ОН) 2, Me (ОН) 3, и т.н.) и свойствата на тези съединения, както и прост вещества близки.

Подобно явление се наблюдава за платинови метали. Триадата рутений, родий, паладий, осмий, иридий, платина аналози са хоризонтални. В същото време, чифт рутений осмий, родий, иридий, паладий, платина шайба са равни. В резултат на платинови метали имат подобни свойства.

Сред лантанидни елементи подсемейство церий на (Ce-Б-г) силно се различават един от друг по своите свойства от тербия подсемейство елементи (Tb-Lu); Това явление е свързано с хоризонталната аналогия.

диагонал аналогия

Както беше отбелязано по-рано тенденцията на изменение на свойствата на елементите, противопоставящи се на периодите и подгрупи. В това отношение може да се очаква да проявят известно сходство между елементите, в периодичните вариращи диагонално. Този вид аналогия се нарича диагонал. За да се покаже диагонал аналогия изисква конкретен имот се променя, когато се движат на едно място, в периода и на едно място в групата, в същия размер като абсолютна стойност. Това условие е повече или по-малко задоволително извършва само за двойки берилий-алуминий, бор, силиций и в по-малка степен, литиево-магнезий. Диагонал аналози са нито типични или електронни колеги, те се характеризират с различна степен на окисление; Формула оксиди, получени от тях, хидроксиди, киселини, соли, хидрати и други съединения от същия тип са, обаче, някои общи характеристики са присъщи за тях. По този начин, електроотрицателност на берилий и алуминий елементи от различни групи и периоди на по същество същата (1.57 и 1.61 за Паулинг) и берилий и алуминий - лек, не корозира металите на въздух, взаимодейства с двете киселини и основи ; те образуват амфотерни оксиди и хидроксиди. Соли на берилий и алуминий са подобни на разтворимостта на двете метални хидриди - полимерни съединения са активни редуциращи агенти.

Лекции 7-8. Атомното ядро. Радиоактивност.

Разпространение на химичните елементи

елементарни частици

Атомното ядро ​​- е централна част на атома, в която голяма част от последния (около 99,9%). Ядрата на атомите са сложни структури, структурни елементи, които са елементарни частици.

В момента има повече от 350 елементарни частици, които се различават в маса, заряд, спин, стабилност и други характеристики. Те могат да бъдат класифицирани от присъщите им видове взаимодействия. Могат да бъдат разграничени четири вида взаимодействия: гравитационни, електромагнитни, слабите и силните ядрени взаимодействия. Гравитационните взаимодействия са общи за всички елементарни частици и не могат да се използват за тяхната класификация. Електромагнитни взаимодействия се извършват по всяко разстояние, и да продължат за време над 10 -16 ите. Слабото взаимодействие е около 100 пъти по-слаб от това на електромагнитната; те се характеризират с ограничен радиус на действие и времето за повече от 10 -10. Силни взаимодействия превишават слабостите е около 10 13 пъти; обхват и разбира се от време те са много малки (от порядъка на 10 -3 ч и 10 -23 и). Примери за силни и слаби взаимодействия са обобщени по-долу.

Според вида на взаимодействие на елементарни частици се разделят на три групи:

1. Photon. Единствените частици включени заедно с тежестта, само в електромагнитните взаимодействия.

2. лептони. Частиците, които участват в намотка, и слабите взаимодействия. Чрез лептони включва 6 частици: електрон, мюон, Т-лептонен и три вида неутрино, съответстващи на всяка от частиците, споменати по-горе.

3. адрони. Частиците, участващи във всички видове взаимодействия. Адрони са повече от двеста. Те са разделени в мезони с нула или цяло число завъртане (в единици за час) и бариони, частици с половин число спин. K мезони, по-специално, р-мезони, или пиони и барионите на протона и неутрона.

Всяка елементарна частица съответства античастица, която се различава от знака на заряда на частицата, или, при липса на последното, знакът на проекцията на спина на частицата в посоката на магнитното поле; в някои случаи античастици идентични частици.

Разположен в следващия раздел на структурата на теорията на атомното ядро ​​предполага познаване на елементарните частици, като например фотон, електрона и е отговорен пред него античастица позитрона, електронен неутриното и съответните antineutrinos, протон, неутрон и р-мезони.

Proton (п) - положително заредена елементарна частица с почивка маса, равна на 1.673 × 10 -27 кг (1.00782 AMU), неутрон (п) е електрически неутрална и има маса 1,675 × 10 -27 кг почивка (1, 00 867 Аму). Electron много по-лесно (масата на 9.109 × 10 -31 кг, или 0,000549 Аму почивка) и е с отрицателен заряд. Фотони, електрони, позитрони, протони, неутрино и antineutrinos са стабилни частици. А неутронна на атомното ядро ​​е нестабилно. Разпадането на неутронния поток от уравнението

п ® р + е - +

и е пример на слабо взаимодействие; средният живот на неутрон - 1040. Дори по-малко устойчиви на божури: средната продължителност на живота на P + и P - е 2.56 × 10 -8 ите, и за р 0 - 2,31 × 10 -16 ите.

Позитрони и пи-мезон минус античастици са във връзка с електрона и пи-мезон плюс, по който различни такси. Тези античастици в сблъсъци със съответните частици са подложени на унищожение; където масата на частиците е напълно превърнато в електромагнитно излъчване. По този начин, електрон и позитрон взаимодействието протича с образуването на два фотони.

д - + д + ® 2 HN

Неутрино и antineutrinos без такса на частиците е пренебрежимо малка маса, характеризиращо се със знака на проекцията на въртене на посоката на магнитното поле.

Елементарни частици са, обаче, не се считат за ограничение на делимост на материята. В момента тя успешно развива теорията за структурата на адрони. Смята се, че всички адрони са изградени от шест суб-атомни частици, наречени кварки и антикварка (М Гел-Ман и G. Цвайг, 1964). Тъй като мезони са diquarks (комбинация от кварк и антикварк), барионите - trikvarkami. В рамките на теорията на кварк, броят на "истинска" елементарни частици е ограничена от фотон, лептони и шест кварки. Имайте предвид обаче, че опитите да се изолират свободни кварки досега са били неуспешни.

Теорията на структурата на атомните ядра

В момента, стандартът е теория протон-неутронна на атомните ядра (Иваненко, Хайзенберг, 1932), които могат да бъдат сведени до следните основни правила:

1. ядрото се състои от протони и неутрони; леки елементарни частици (електрони, позитрони, мезони) може да не разполагат с всеки дълъг престой в ядрото; образуването на тези частици се веднага абсорбира или други частици, или да напусне ядрото в процеса на радиоактивното разпадане. The протона и неутрона са колективно нарича нуклон. Броят на нуклоните в атомното ядро ​​се нарича масовото число, (А). Тъй като масата на протона и неутрон в Аму близо до единство, на масовото число на ядрото е равен на атомната маса, закръглена до най-близкото цяло число. Броя на протоните в ядрото (Z) е равна на ядрен заряд, което съвпада със серийния номер на елемента в периодичната таблица, броя на неутроните може да бъде определена по следната формула:

N N = A - Z

Когато пишете формули на атомните ядра (радионуклиди) горния ляв индекс в химическия знак показва броя маса на елемента, долу вляво - броя на протоните, например, ,

Сравнението на стойностите на A, Z и N п за различните ядра ви позволява да изберете определени групи нуклиди, от които най-важните са:

а) Isobar - нуклиди, имащи същия брой маса за различни стойности на Z и N N (например, );

б) изотопи - нуклиди, които имат същия брой протони с различен брой неутрони (например, );

в) IZOTON - нуклиди, които имат същия брой неутрони (например ).

Терминът "изотопи", "isobars", "IZOTON" се отнасят за атомите, съдържащи съответното ядро.

2. протони и неутрони могат да се превръщат частици. ядра процеси непрекъснат поток от трансформация на протоните в неутрони, протони и неутрони в резултат обмен пи-Meson съгласно уравненията:

р + N ® п + р + + N ® п + р

п + р ® р + р - + ® р + п

Тези процеси предизвика стабилност по-специално атомни ядра, докато неутроните, както е описано по-горе, частиците са нестабилни. В резултат на протона и неутрона може да се счита като различни квантовата механични състояния на нуклеон. Устойчивост и пиони в ядрото не превишава 10 -23 - 10 -24 ите.

3. Между нуклоните на ядрото са сили на привличане, наречени ядрени сили. Ядрените сили се дължат на непрекъснато взаимодействие на нуклоните, състояща се от множество актове на излъчване на пиони между нуклоните и пиони усвояване на други нуклоните. Това мезони се обменят не само чифт протон - неутрони, и чифт протон - протон и неутрон - неутрони; в последния случай, участващи във взаимодействието на PI-Meson е нула. Ядрената енергия, така че не зависи от заряда на нуклоните. Ядрените сили са силни взаимодействия: техният ефект се проявява само при разстояния от порядъка на 10 -3 ч и пада много бързо с разстояние един от друг нуклоните. Ядрената енергия чудовищно голям. Так, например, сила притяжения между двумя протонами на расстоянии 10 -3 пм в 100 раз больше их электростатического отталкивания и в 10 38 раз превышает их гравитационное взаимодействие. Следствием этого являются малые размеры атомных ядер и фантастические высокая плотность ядерного вещества. Если атомы характеризуются радиусами порядка 100 пм, то радиусы ядер составляют величины порядка 10 -3 -10 -2 пм. Плотность ядерного вещества достигает 10 14 г/см 3 ; напомним, что плотность наиболее тяжелого металла осмия равна 22,5 г/см 3 .

Наряду с ядерными силами в ядре действуют также электростатические силы отталкивания одноименно заряженных протонов, понижающие устойчивость ядер, особенно имеющих высокий заряд. Элементы с порядковыми номерами 84 и выше вообще не имеют стабильных изотопов. Лишенные зарядов нейтроны стабилизируют ядра, ослабляя взаимное отталкивание протонов. С увеличением зарядов ядер отношение N:Z в них возрастает; у элементов начала периодической системы оно близко к единице и с увеличением порядкового номера повышается до 1,6 у урана.

4. Расщепление ядра на нуклоны требует преодоления ядерных сил и сопровождается поглощением энергии. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра (Е св ). Такое же количество энергии выделяется при синтезе ядра из нуклонов. Энергию связи, отнесенную к одному нуклону, называют средней (удельной) энергией связи ядра.

Значения средней энергии связи, в отличие от Е св , изменяются в относительно узких пределах, составляя для большинства ядер 6-8 мЭв на каждый нуклон. Максимальные значения <Е св > отвечают элементам середины периодической системы, достигая 8,8 мЭв, что соответствует выделению до 850 млн. кДж на моль взаимодействующих нуклонов и многократно превышает тепловые эффекты обычных химических реакций. Выделение столь значительных количеств энергии в соответствии с уравнением Эйнштейна должно ощутимо сказаться на изменении массы системы. Уменьшение массы ядра сравнительно с массой входящих в состав ядра нуклонов называется дефектом массы. Дефект массы может быть рассчитан по формуле

Dm = Z×m p + N×m n - M x

где m p и m n - массы протона и нейтрона, M x - масса синтезированного ядра. Так, например, для ядра значение М х равно разности масс атома гелия и двух электронов, входящих в этот атом.

М х = 4,00260 - 2×0,00055 = 4,0015 а.е.м.

след това

Dm = 2×1,00728 + 2×1,00867 - 4,0015 = 0,0304 а.е.м.

т.е. около 0,8% от массы ядра. Найденному дефекту массы соответствует выделение 28 мЭв энергии на каждое ядро гелия или 2,7×10 9 кДж на моль синтезированного гелия.

Атомното ядро ​​е квантов механичен обект. Въпреки това, развитието на пълно квантово-механична теория на атомните ядра срещне сериозни трудности, свързани както с ограничена информация за естеството на ядрените сили, и от чисто математически трудности. Ето защо, за да обясни свойствата на ядрата обикновено се използват моделни представителства. Един от най-подходящият модел е модел на ядрото черупки, до известна степен, се оприличи на атомното ядро ​​атом (M. Goeppert-Mayer, 1948). Моделът на обвивка се основава на предположението, че сърцевината има няколко отделни ядрени нива, капацитетът на които се определя от стойностите на ядрени квантови числа. Тези нива са пълни с нуклоните в съответствие с правилата на квантовата механика, точно както за атомна енергия нива пълни с електрони. Без да навлизаме в подробности по въпроса за квантуване от нуклоните, ние отбелязваме, че пълното запълване на нивата на ядрени енергийни съответства на броя на нуклоните равно на 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82, 126 и 184. Тези числа се нарича магия; ядрото, в които те се прилагат, се наричат ​​магически ядра. Тези ядра, до известна степен подобен на благородните атомите на газа в периодичната система. Има ядро ​​магия брой протони (например, ), Неутроните (например ) И двойни примери магия ядрото на която са , Магически ядра се характеризират с висока устойчивост и разпространение в природата, в сравнение с ядрата, енергийните нива, които не са били изпълнени.

Ядрени реакции

Ядрени реакции се наричат ​​трансформация на атомните ядра поради тяхното взаимодействие с други елементарни частици или ядра. За разлика от химични реакции, ядрени реакции са винаги придружени от промени в елементарен и изотопен състав.

Обичайния метод на ядрената реакция е методът на бомбардирането, в който материалът на целевата ядро ​​изложени на светлина на една или друга от частиците, чиято енергия е достатъчна за преодоляване на електростатично отблъскване на подобно заредените частици. За греди на частици с висока скорост и енергия, се използват различни ускорители (циклотрони и synchrotrons, линейни ускорители). Понякога се използва, за да бомбардират частици, произведени от разпадането на радиоактивни елементи.

Най-често, в ядрени реакции участват в четири частици, две частици взаимодействат, образувайки две нови частици. Много по-малко, образуването на три или повече нови частици. Размерите на маса и заряд на първоначалното и получените частици не са се променили (разбира се, без оглед на вина или нарастване на масите, отговарящи на термичния ефект конверсия).

Ядрени реакции обикновено са по схемата:

X + Y ® U ® X "+ Y"

Взаимодействие частици X и Y се слеят в един кратък живот ядро ​​на U (т.нар съединение ядрото), който след това се разпада на частици Х "и Y'.Pri запис на ядрени реакции на уравнението предприемат, за да се посочи заряд и маса от оригиналния ядрото и произведени. Често се използва съкратена форма на писане на тези уравнения; по време на запис на изходния код и в резултат на активната зона с посочване на масови числа, както и между тях в скоби, разделени със запетаи посочи символи и образи бомбардират леки частици. В тази форма на запис на ядрото е означен с А, ядрото на деутерий (Deuteron или deuteron) - символ г, електрона и позитрона - символите на б - и б +.

Ядрени реакции са класифицирани според естеството на частиците на обстрелват. Можем да различим 6 групи от ядрени реакции, свързани с употребата на неутронно бомбардиране, протони, фотони (G-лъчи), deuterons, хелиеви ядра и размножават таксуват тежки йони. По-долу са примери за тези видове ядрени реакции.

или 10 B (п, а) 7 Li

63 или Cu (р, п) Zn

27 или Al (г, п) 26 мг

или 24 Mg (г, а) 22 Na

или 14 N (а, р) O 17

или 242 Pu (22Ne, 4n) 260 Ku

Чрез ядрени реакции също са термоядрените процеси - реакцията на синтез на тежки ядра от по-леки. Термоядрен реакции съответстват на огромни температурни въздействия, но да започнат потока на такива реакции са необходими много високи температури (около 10 6 К и по-горе). Най-простият реакцията синтез е синтез на хелий ядра от протони:

Тази реакция протича в няколко етапа и източникът на енергия е много звезди, включително и на слънце. Неконтролираното синтез на реакция хелий сливане се извършва при експлозията на водородна бомба.

Радиоактивност. Видове радиоактивното разпадане

Радиоактивност - феномена на спонтанното разпадане на нестабилни атомни ядра, придружен от еритроцитите или електромагнитно излъчване.

радиоактивност феномен е бил открит от френския физик А. Бекерел през 1896 г., когато се занимават с уран и неговите съединения; фундаментално изследване на това явление е свързано с имената на Мария и Пиер Кюри, се открояват от уранова руда радиоактивни елементи полоний и радий, които са милиони пъти по-мощни източници на радиация от уран. Мария Кюри предложен и терминът радиоактивност. Свържи се с радиоактивност разпад на атомните ядра е създадена от Е. Ръдърфорд и Фредерик Соди.

Система за единица на радиоактивност е Бекерел (Bq). Бекерел е равна на активността на пробата, в които има само един акт на радиоактивния разпад в секунда; измерение Bq - ите -1. Често се използва от не-системен блок на радиоактивност е на Кюри (С), съответстващ на радиоактивността на 1 грам радий; 1 Ci = 3,700 × 10 октомври Bq.

Тъй като излагане на радиация има силен ефект върху биологични обекти, включително и човешкото тяло, помисли за единица мярка.

X - доза лъчи експозиция при което 1 cm 3 на въздух се формира от 2 х 10 9 двойки единично заредени йони.

Baer - биологичният еквивалент на рентгенови лъчи - количеството енергия, абсорбирана от еквивалентен биологична тъкан върху Ефекти 1 rengenu.

Абсорбирана доза (D абе.) - Съотношението на абсорбираната енергия на телесното тегло. Unit: Грей (Gy) - 1 J / кг, и аз се радвам - 100 ERG / 1 година

Еквивалентната доза - D екв. = K × L ССБ. Когато K - коефициент на качеството радиация. Тя се измерва в Сиверт (SV). Baer 1 = 1 × 10 -3 Св.

Има естествено и изкуствено радиоактивност. Първата характеристика на изотопите, които съществуват в природата, а второто се провежда в ядра, получени по изкуствен път. Съществуват няколко вида на радиоактивния разпад, най-важните от които са по--разпад, б-разпад, улавяне на електрони, спонтанно делене на ядрото и на изомерни преходи.

1.а-Decay. То е придружено от емисията на две протони и неутрони, за да образуват хелиеви ядра и продължава съгласно уравнението

Оформен в-разпад на енергия от ядрата на хелия са 4 - 9 MeV и разпространява със скорост от порядъка на 2 х 10 7 m / сек. а-Разпадането на специален символ за елементи с високи стойности на ядрения заряд. Всички елементи, които се намират в периодичната таблица, след бисмут изотопи са изложени на-разпад. Един пример за този тип разпад може да служи като ядра разпад на радия:

В момента има повече от двеста изотопи претърпяват-разпад.

2б-Decay. Това е съпроводено с отделянето на електрон - разпадане) или позитрон (б + разпадане) в съответствие с уравнения

или

B-енергийни частици варира в широки граници (от 0,02 до 16 MeV). Този тип на радиоактивност е присъщо на светлина, така и тежки елементи; има повече от хиляди изотопи, които се характеризират с б-разпад. В същото изотопи на същия елемент може да бъде изложен като б - -decay и б + -decay. Ако масата на радиоактивни ядра масата на стабилен изотоп на елемента, обикновено подложени на б - -decay, в противен случай - B + -decay. Например, на масата на стабилна въглероден изотоп е 12 Аму.; въглероден ядро и падне от уравненията:

3.Elektronny сцепление. Ядрото поглъща електрон намира на една от по-ниско ниво на енергия, което води до един от сърцевината да стане неутронна протони:

Най-често, улавяне на електрони се появява от най-близо до основния слой K (K-улавяне), рядко с L- или M-слой. улавяне Electron, както и б + разпад, присъщи неутронни-дефицитен изотопи. Например, K-улавяне изложени ядро

4. Спонтанно делене. Спонтанно делене на тежки ядра в два (понякога трима или четирима) на фрагмента, които са ядра на средата на периодичната система. Много малко се знае изотопи, за които спонтанно делене е единственият вид на радиоактивен разпад. Пример за такива ядра може да служи като изотоп менделевий , Обикновено, ядрото в състояние на спонтанно делене, докато изложен като a- или б-разпад, който е основният им. Когато спонтанни делене фрагменти, образувани разнообразни, но техните маси и такси често се отнасят както 3: 2.

5. изомерна прехода. Странно вид радиоактивност, че не се променя не маса, без заплащане на ядрото. Това се случва, когато ядрото се формира в възбудено състояние и излишната енергия е. Такива ядра са в състояние да се движат в спокоен глас ядрото, излъчващи електромагнитни вълни трудно (G-лъчи). Например, когато бомбардирани неутрони се образуват метастабилни развълнуван бром-80 ядро:

(Индекс "М" означава метастабилни възбудено състояние). Тогава развълнуван ядрото е освободен от излишък на енергия чрез преместване нуклоните на по-ниски нива на енергия:

полуживот m е 4.42 часа. Páry ядра като и м , Наречен ядрени изомери.

Това са най-важните видове радиоактивно разпадане. Имайте предвид, че много често един или друг изотоп присъщи не един, а няколко типа радиоактивното разпадане срещащи паралелно. Например, изотоп може да бъде предмет на А- и В-разпад.

Закони на радиоактивния разпад

процеси радиоактивен разпад има някои общи модели, най-важните от които са правото на радиоактивни постоянен и обикновено отместването.

Законът на радиоактивни константа (основен закон на радиоактивното разпадане) могат да бъдат формулирани както следва: броя на ядрата разлагащи за единица време е пропорционално на броя на наличните радиоактивни ядра. Този закон се дължи на факта, че разпадането на всяка атомното ядро ​​не зависи от поведението на другите ядра.

Нека интервал Т време за броя на радиоактивни ядра се променили от 0 до N N. В съответствие със закона на радиоактивното разпадане постоянна скорост по всяко време е пропорционално N:

LN

или

-ldt

L Коефициентът на пропорционалност се нарича радиоактивни константа или константа на радиоактивния разпад. Интегриране на лявата страна на уравнението в интервала от 0 до N N, и отдясно - от нула до Т, ние получаваме математически израз на основния закон на радиоактивното разпадане в интегралната форма:

N = N 0 д - л т

Радиоактивни постоянни стойности зависят от естеството на радиоактивен изотоп и се различават значително. Например, за радиоактивни константа е 1.36 х 10 -11 е 1, и за Образуван от-разпад на радия, - 2,10 × 10 -6 и -1.

Реципрочната стойност на радиоактивни константа, се нарича средната живот на ядро ​​Т = ,

Последствието от закона на радиоактивни постоянна обикновено е период на полуразпад: продължителността на времето, за което се разделя половина на радиоактивни ядра е константа за даден изотоп, наречен период на полуразпад (T 1/2).

Всъщност, ако Т = Т 1/2, тогава п = 1 / 2N 2 0 -1 п = 0. тук

или

Тъй като радиоактивен разпад се съпровожда от промяна в ядрената такса, формирана от разпад на нуклиди заемат в периодичната таблица на място, различно от първоначалното ядро. За характеризиране на тези движения е удобно да се използва така наречения компенсира правилото (C. От фаянс, Ф. Соди, 1913 г.): п uklid резултат от разпадане, промени в периодичната система на две клетки от ляво и нуклид, произтичащи от б - гниене - една клетка надясно на радионуклида родител.

От това правило, можете да добавите, че позитрон гниене и улавяне на електрони измести ядро ​​една клетка наляво, и изомерни преходите не изместват ядрото. В същото време емисията на A-частици променя масата на ядрото и масовото число от четири блока, докато В-разпад от теглото на сърцевината не е засегната. Да предположим, например, ядрото е дал на разстояние 3 а-частици и един електрон. В съответствие с Правилника за смяна на нуклиден пристрастия в периодичната система на пет клетки отляво на оригиналния ядрото, както и неговите масови намалява с 12 единици. Така, ядрото е реакционният продукт на ,

Природната радиоактивност. Decay верига. радиоактивни равновесие

Естествените радиоизотопи са достатъчно на брой и са намерени в различни природни обекти (скали, минерали, атмосферата, хидросферата, космическите тела). Те включват всички изотопи на елементите, номер на последователност, по-големи от 83, както и някои изотопи на редица елементи, подредени в периодичната система на уран и основно представени със стабилни изотопи.

От тежки естествени радионуклиди особено впечатление относително чести в кората на уранови и ториеви изотопи ( ). В резултат на непрекъснато тече разпад на тези изотопи Земята получава значително количество енергия - около 5,7 × 10 октомври кДж / сек (стойност, съизмерима с количеството топлина, излъчвана в космоса). Поради тази енергия повишава температурата на вдлъбнатината в недрата на земята.

В разпад на уран и торий изотопи взема поредица от последователни ядрени реакции, в който се формира на нуклид на определен етап, тя се превръща в изходен ядрото за следващата стъпка. Събирането на генетично свързана нуклиди последователно генерира един от друг, наречен радиоактивни серия. Радиоактивни серия започва прародител серия - нуклиден с период на полуразпад е достатъчно, за да направи този изотоп не е изчезнал по време на съществуването на земната кора (T 1/2> 10 8 години); брой завършени всеки стабилен изотоп. В момента има три естествени радиоактивни серия, в която има само А- и В - формация транс. Всички съществуващи в кората на изотопите на тежки радиоактивни елементи са членове на тези серии.

1. брой на уран. Основателят на редица полуживот 4,47 × 10 9 години; завършва серия от стабилен изотоп на олово , Превръщането се извършва в 14 етапа (8 по-разпад, 6b - се разпада). Част брой радиоактивни уран е показано по-долу:

(4.47 × 10 9 години), (24.1 дни) (6.7 часа) (стабилна)

Тъй като промяната в масата редица условия се наблюдава само когато номер на разпадане, за всяка серия нуклеиди имат формулата А = 4п + 2, където А - броя маса на изотопа, п - цяло число. Някаква форма на изотопи на елементи като протактиний, радий, радон, астат, полоний, бисмут, олово и талий.

2. брой на торий. Отваря изотоп 1/2 = 1,40 х 10 10 г.). Гамата включва 10 етапа (6а и - разпада) и завършва с изотоп , Мащабна номера на членове на серията имат формула A = 4п.

3. Редица actinouranium. Actinouranium - едно от имената на изотопа (T 1/2 = 7,04 × 10 8 години). 11 В резултат на ядрена трансформация (7а, 4Ь -) ядрен заряд се намалява с 10 единици, и броя маса - 28, който води до стабилна олово изотоп , Масивната броя отношение съответства на формула A = 4п +3.

В момента тя успя да изкуствено пресъздаде четвърти радиоактивни серия, образуван от изотопите, за които A = 4n + 1. Тази серия започва изотоп на нептуний полуживот 2,14 × 10 6 години, а тя включва 7a-4b - краища трансформация и стабилен изотоп , Възможно е, че след като серията е реализирана в природата, но поради дългия полуживот не е достатъчно последните са изчерпани.

В светлината на понятията за радиоактивни серия става ясно защо на природни образувания могат да открият радиоизотопи с малки полуживот (напр полоний изотопи, чиито полуживот не превишават 102 години, или радон, за най-стабилната изотоп е полу-живота на 2,8 дни) докато някои изотопи на разпад пъти от порядъка на стотици хиляди или милиони години в природата отсъства (например ). Наистина, полоний изотоп ядро, радон, актиния, които са членове на радиоактивни серия непрекъснато се формира от разпад на уран и торий, докато броят на ядрата на нептуний, основател на поредицата, може само да се намали.

Нека пробата претърпява радиоактивния разпад на чист уран-238. В съответствие с по-горе схема за разпад на ядрата ядро ще се формира И след това съгласно уравненията

В съответствие със закона на радиоактивни постоянна при първоначалното време на скоростта на реакцията ще бъде равна на нула, тъй като ядрото при липса на система. Тъй като образуването на ядра процес ще се увеличи скоростта до времето, когато броят на ядрата формира торий става равен на броя на ядрата разпадащи торий:

п мод (Th) = N разпадания (Th)

Но броят на ядрата, образувани торий е равен на броя на уран-238 ядра разлагащото:

п мод (Th) = N разпадания (U)

тук

н разпадания (U) = N разпадания (TH)

т.е. за единица време се разделя на един и същ номер на уран и торий.

Подобно заключение може да се направи за всички членове на радиоактивни серия, в допълнение към стабилен изотоп, крайният брой ( ). По този начин системата идва в държава, където скоростта на разпад на изотопи на радиоактивни серия са едни и същи. Това състояние се нарича радиоактивно равновесие. За равновесие закон радиоактивни държи F. Соди: сред радиоактивни елементи при определяне на размера на радиоактивни равновесие трансформира атоми на всички изотопи на един брой на секунда е постоянна.

Скоростта на радиоактивния разпад, в съответствие със закона на радиоактивни константа, пропорционално на броя на радиоактивни ядра

V = LN

Следователно в радиоактивно равновесие за номер, който съдържа членове N, на които последният е стабилен, следното уравнение притежава:

L 1 N 1 N 2 = L = 2 L N-1, N N-1 = конст

или

По този начин, по-стабилен изотоп, по-голямата броя на ядрата, че съдържа държавна система в радиоактивно равновесие.

Това уравнение може да се използва за определяне на полу-живота периоди на относително стабилни ядра. Например, полуживот Измерено в милиарди години, е трудно да се определи директно. Въпреки това, той може да бъде определен от познаването на полуживот на редица член и съдържание на изотопа в системата, например, (T 1/2 = 1,61 × март 10 години). съответно

В uraninite, природен уран минерална, за които може да се счита за установено радиоактивно равновесие, съотношението на уран и радий ядра е равен според анализа на 2.8 х 10 юни тук

T 1/2 ( ) = 1,61 × 10 март × 2,8 × 10 юни = 4,5 × 10 9 години

Природната радиоактивност и някои присъщи елементи имат стабилни изотопи. Примери за такива елементи могат да бъдат калий, който присъства в земната кора заедно със стабилна , Radiolabeled ; съдържание на последния е равно на 0,012% от общия брой на ядра на изотопи на калий. Това изотоп разпада съгласно уравнението

полуживот - 1,25 × 10 9 години.

Изкуствена радиоактивност. радиоактивен изотоп

Наречен изкуствени радиоактивни нуклиди разпад процеси на спонтанни ядра произведени изкуствено от ядрени реакции.

Феноменът на изкуствена радиоактивност е открита от Irene Кюри и Фредерик през 1934 г. в проучването на бомбардировките на леки елементи (алуминий, магнезий, бор) A-частици.

Ако целта на алуминий, за да изложи ядрата на хелия, целта започва да излъчва неутрони и позитрони. Когато премахнете източника на хелий на емисиите ядра неутрон се спира, и позитронна емисионна спасен, но нейната интензивност пада, като намалява с наполовина на всеки 2,5 минути. Това явление се обяснява с появата на две ядрени реакции:

изотоп За разлика от стабилна Е радиоактивна нуклеиди, изложи б + -decay. Други радиоизотопи са получени за всички химични елементи; броят вече възлиза на около 1,300.

Изкуствени радионуклиди има всички видове радиоактивно разпадане, но често те са изложени на б-разпад (електрони, така и позитрони).

Химически радиоизотопи почти идентични стабилни изотопи, но поради присъщата им радиоактивност могат да бъдат намерени в пренебрежимо малки количества - модерни устройства позволяват запис на почти всеки акт на радиоактивен разпад. Затова радионуклиди често се използва в промишлени и научни изследвания практика за различни обекти от Tracer.

Tracer вещество, наречено изотопен състав се различава от естествения, така че те могат да бъдат използвани като белязани съединения в изследването на голямо разнообразие от процеси и явления. Като изотопен маркер може да се използва като обичайна стабилни изотопи (например, 18 г) и на радиоактивни нуклиди; предпочитание обикновено се дава радиоактивни изотопи, тъй като те са известни на всички елементи и те са много лесно да се открие. Непрекъснато гниене на радионуклиди може да наблюдава съответния елемент в сложни химически и физически процеси в различни системи, включително живи организми.

Методът на радиоактивни дисплей директно определяне на разтворимостта на слабо разтворими прости и сложни вещества, парното налягане на ниско летливи съединения, изследване на дифузионни процеси, адсорбция, разпределение на вещества между фазите. От особен интерес е използването на радиоактивни изотопи в изследването на химическата структура и механизми за химическа реакция.

Помислете за няколко примера за използването на радиоактивни индикация за решаване на химични проблеми.

K 2 [HgBr 4] - С пълна идентичност на връзки, образувани при механизмите за обмен и донор-акцептор например tetrabromomerkurata (II) калиев бе доказано с помощта на радиоактивни индикации. В комплекс анион [HgBr 4] 2, получен от уравнението

HgBr 2 + 2Br - = [HgBr 4] 2-

две Hg-Br облигации се образуват при обмяната, и две - на механизма за донор-акцептор. Съединение К 2 [HgBr 4] се синтезира izbromida живак, не съдържащ радиоактивни изотопи, калиев бромид и радиомаркирани След което реакционният продукт се разлага чрез нагряване на живак и калиев бромид. Установено е, че маркери бром равномерно разпределени между 2 и HgBr KBr, което показва, че всички връзки в еквивалентност [HgBr 4] 2.

Използването на радиоизотоп възможно да се докаже, неравенството на серен атом в натриев тиосулфат. Натриев тиосулфат се синтезира от кипящ разтвор на натриев сулфит с елементарна сяра, радиоизотоп белязан S * и получената razlazhili тиосулфат и сулфит до сяра. Оказа се, че когато на етикета S * напълно остана в елементарна сяра:

Na 2 SS * О = 3, Na 2 SO 3 + S *

Ако тиосулфатния серни атоми са равностойни, изотопа Това ще бъдат равномерно разпределени между сулфит и сяра.

метод Tracer оставя да реши редица биохимични и биологични проблеми. По-специално, по този начин е доказано, че кислородът освободен по време на фотосинтеза се формира от водните молекули, вместо въглероден диоксид се абсорбира от растенията. Tracer е широко използван в изследване на действието на биологично активни вещества и лекарства.