Общая радиохимия

1. Радиоактивность и .Свойства изотопных частиц.

Радиоактивные изотопы. Ядерные реакции. Получение новых элементов. Типы радиоактивных превращений. Альфа-распад. Бета-распад. Спонтанное деление. Изомерный переход. Правило сдвига. Закон радиоактивного распада. Радиоактивная постоянная и период полураспада.

Нейтрино и антинейтрино уносят с собой часть освобождающей­ся при р-распаде энергии. До сих пор ученые не нашли точного отве­та на вопрос, имеется или нет у нейтрино или антинейтрино масса покоя (и следовательно, остается неясным вопрос о том, можно ли рассматривать их как чрезвычайно маленькие частицы или они отно­сятся к материи волновой природы). Вместе с тем твердо устано&те-но, что электрического заряда у нейтрино и антинейтрино нет.

Можно отметить, что на первых этапах изучения радиоактив­ности широко использовали термины «ct-лучи» и «р-лучи», но после установления природы этого излучения правильно говорить и пи­сать «а-частицы» и «р-частицы».

Во многих случаях испускание ядрами а-частиц (а-распад) или р-частиц (р-распад) сопровождается испусканием у-лучей (кван­тов электромагнитного излучения). Отметим, что испускание яд­рами только у-лучей (это наблюдается при переходе ядер из воз­бужденного в основное состояние, что может происходить прак­тически одномоментно с актом распада, а может и за сравнительно большой промежуток времени — от долей секунды до нескольких часов) к радиоактивным превращениям относить не принято [3|. Примером такого превращения служит испускание у-квантов ме-тастабильными ядрами бария-137 (такой нуклид обозначают как ^|37мВа) при их превращении в ядра стабильного ¹³⁷Ва.

Испускание квантов рентгеновского и у-излучения и электро­нов наблюдается еше при одном типе р-распада — так называемом электронном захвате. Такой тип радиоактивного распада связан с захватом ядром какого-либо орбитального электрона. Попав в ядро, атектрон взаимодействует с протоном, который превращается в нейтрон (атомный номер уменьшается на 1):

Единицы радиоактивности — беккерель и кюри

Единица радиоактивности в СИ — беккерель (сокращенно Бк). I Бк — это радиоактивность (активность) такого препарата, в кото­ром за I с происходит распад одного ядра (1 распад/с). Активность в 1 Бк — очень маленькая, и на практике широко используют ее производные — I кБк (килобеккерель, т. е. 1 тыс. беккерелей),

Общехимические свойства изотопных частиц

Под общехимическим поведением изотопных частиц понимают характер и условия протекания реакций, в которых участвуют такие частицы, а также, качественный и количественный состав соединений, образующихся при определенных условиях.

Известно, что свойства элемента в целом прежде всего определяются структурой внешних и внутренних электронных оболочек. Резкое различие свойств элементов одного Общехимические свойства изотопных частиц

Под общехимическим поведением изотопных частиц понимают характер и условия протекания реакций, в которых участвуют такие частицы, а также, качественный и количественный состав соединений, образующихся при определенных условиях.

и того же периода обусловлено неодинаковым числом электронов во внешних оболочках атомов. Близкие, хотя и различающиеся свойства элементов одной и той же подгруппы данной группы периодической системы определяются неодинаковой структурой внутренних электронных оболочек. Изотопы одного и того же элемента характеризуются полной идентичностью строения как внешних, так и внутренних электронных оболочек.

     Помимо структуры электронных оболочек, свойства элемента определяются также энергетическим состоянием электронов его атома. Причиной различного энергетического состояния электронов изотопных атомов, у которых заряд ядра одинаков, может быть лишь различие масс ядер.

     Расчет энергии электронов Е для случая неподвижного ядра водородоподобного атома осуществляется с помощью уравнения Шредингера:

     ² + 2m_e/² ( E + Ze²/r ) = 0

где  - оператор Лапласа;  - волновая функция электрона, определяющая вероятность нахождения электрона в данной точке; m_e — масса электрона;  = h/2, где h—постоянная Планка; Z— эффективный заряд ядра; е — заряд электрона; r — радиус орбиты. Ядро движется вокруг общего центра тяжести системы ядро— электрон. Вокруг этого же центра движется и электрон. Известно, что рассмотрение движения системы двух частиц можно заменить рассмотрением движения одной фиктивной частицы, обладающей приведенной массой (расположенной от неподвижного центра на расстоянии, равном расстоянию между частицами):

      = Mm_e/( M + m_e )

где М—масса ядра, —приведенная масса системы ядро—электрон. С учетом движения ядра уравнение Шредингера можно записать

     ² + 2/²( E + Ze²/r ) = 0

     Решение этого уравнения имеет вид

     E = -e⁴Z²/2²n²

где n—главное квантовое число.

     Если имеется два изотопа элемента с массами M₁ и М₂ приведенные массы которых

     ₁ = M₁m_e/(M₁ + m_e) и ₂ = M₂m_e/(M₂ + m_e)

то энергии электронов на определенном электронном уровне атомов этих изотопов соответственно

     E₁ = -₁e⁴Z²/2²n² и E₂ = -₂e⁴Z²/2²n²

Отношение этих энергий

     

Для изотопов водорода с атомными массами 1 и 3 это отношение составляет 0,9996371, а для изотопов технеция (наиболее легкого радиоактивного элемента) с массовыми числами 98 и 99 оно равно 0,9999999.

Таким образом, строение электронных оболочек изотопных атомов и энергетическое состояние электронов на этих оболочках практически одинаковы. Это определяет идентичность общехимических свойств изотопов всех без исключения элементов периодической системы (в том числе и наиболее легких).