Защо възниква радиоактивно гниене?

Радиоактивно разложение спонтанен процес, през който нестабилен атомно ядро разбива се на по-малки, по-стабилни фрагменти. Замисляли ли сте се защо някои ядра се разпадат, а други не?

По същество това е въпрос на термодинамика. Всеки атом се стреми да бъде възможно най-стабилен. В случай на радиоактивен разпад, нестабилността възниква, когато има дисбаланс в броя на протони и неутрони в атомното ядро. По принцип вътре в ядрото има твърде много енергия, за да задържат всички нуклеони заедно. Статутът на електроните на атом няма значение за разпад, въпреки че и те имат свой начин да намерят стабилност. Ако ядрото на атом е нестабилно, в крайна сметка то ще се разпадне, за да загуби поне част от частиците, които го правят нестабилен. Първоначалното ядро ​​се нарича родител, докато полученото ядро ​​или ядра се наричат ​​дъщеря или дъщери. Дъщерите може би все още бъдете радиоактивни, в крайна сметка се разпада на повече части или може да са стабилни.

Има три форми на радиоактивно разпад: на коя от тях се подлага атомното ядро, зависи от естеството на вътрешната нестабилност. Някои изотопи могат да се разпадат по повече от един път.

При алфа разпад ядрото изхвърля алфа частица, която по същество е хелиево ядро ​​(две протони и два неутрона), намалявайки атомния номер на родителя с два и масовото число с четири.

При бета-разпад поток от електрони, наречени бета частици, се изхвърля от родителя и неутрон в ядрото се превръща в протон. Масовото число на новото ядро ​​е същото, но атомното число се увеличава с едно.

При разпадане на гама атомното ядро ​​освобождава излишната енергия под формата на високоенергийни фотони (електромагнитно излъчване). Атомното число и масовото число остават същите, но полученото ядро ​​приема по-стабилно енергийно състояние.

А радиоактивен изотоп е този, който претърпява радиоактивен разпад. Терминът "стабилен" е по-двусмислен, тъй като се прилага за елементи, които не се разпадат, за практически цели, за дълъг период от време. Това означава, че стабилните изотопи включват тези, които никога не се разрушават, като protium (състои се от един протон, така че няма какво да се губи), и радиоактивни изотопи, като телур -128, който има полуживот от 7,7 x 10²⁴ години. Радиоизотопите с кратък полуживот се наричат ​​нестабилни радиоизотопи.

Може да предположите, че ядро ​​в стабилна конфигурация би имало същия брой протони като неутроните. За много по-леки елементи това е вярно. Например, въглеродът обикновено се намира с три конфигурации на протони и неутрони, наречени изотопи. Броят на протоните не се променя, тъй като това определя елемента, но броят на неутроните прави: Въглерод-12 има шест протона и шест неутрона и е стабилен; въглерод-13 също има шест протона, но има седем неутрона; въглерод-13 също е стабилен. Въпреки това, въглерод-14, с шест протона и осем неутрона, е нестабилен или радиоактивен. Броят на неутроните за ядро ​​въглерод-14 е твърде висок, за да може силната атрактивна сила да я държи заедно за неопределено време.

Но с преминаването към атоми, които съдържат повече протони, изотопите стават все по-стабилни с излишък от неутрони. Това е така, защото нуклеоните (протони и неутрони) не са фиксирани на мястото си в ядрото, а се движат наоколо и протоните се отблъскват един друг, защото всички те носят положителен електрически заряд. Неутроните на това по-голямо ядро ​​действат, за да изолират протоните от въздействието един на друг.

Съотношението неутрони към протони или N: Z е основният фактор, който определя дали атомното ядро ​​е стабилно или не. По-леките елементи (Z <20) предпочитат да имат еднакъв брой протони и неутрони или N: Z = 1. По-тежките елементи (Z = 20 до 83) предпочитат съотношение N: Z от 1,5, тъй като са необходими повече неутрони, за да се изолират срещу отблъскващата сила между протоните.

Съществуват също така наречените магически числа, които са числа от нуклони (или протони, или неутрони), които са особено стабилни. Ако както броят на протоните, така и неутроните имат тези стойности, ситуацията се нарича двойни магически числа. Можете да мислите за това като за ядрото, еквивалентно на правило за октет управляващи стабилността на електронната обвивка. Магическите числа са малко различни за протоните и неутроните:

• Протони: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
• Неутрони: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184

За допълнително усложняване на стабилността има по-стабилни изотопи с четни до четни Z: N (162 изотопа), отколкото четни (нечетни) (53 изотопа), от нечетни до четни (50), отколкото нечетни или нечетни стойности (4).

Една последна забележка: Независимо дали едно ядро ​​претърпява разпад или не, е напълно случайно събитие. Полуживотът на изотоп е най-доброто прогнозиране за достатъчно голяма извадка от елементите. Не може да се използва за предсказване на поведението на едно ядро ​​или няколко ядра.

Може ли да минеш викторина за радиоактивността?