Radioactiviteit en nucleaire vergelijkingen

Het dichtste gebied van een atoom is de kern, die protonen en neutronen bevat gezamenlijk nucleonen genoemd. Het type atoom dat wordt gedefinieerd door een bepaald aantal protonen en neutronen, wordt een nuclide genoemd. De notatie voor een nuclide omvat een elementsymbool, atoomnummer en massagetal.

Een van de vele verkorte notaties voor nucliden gebruikt de elementnaam, een koppelteken en het massagetal. Nucliden met hetzelfde atoomnummer maar verschillende massagetallen worden isotopen van elkaar genoemd. Koolstof heeft dus drie isotopen die hier worden weergegeven.

Nucliden worden ook gekenmerkt door hun energietoestand. De enkele isotoop technetium-99 bestaat bijvoorbeeld in twee verschillende toestanden:de lagere energetische grondtoestand en een langlevende aangeslagen toestand die een metastabiele toestand wordt genoemd. Deze twee soorten zijn, hoewel ze hetzelfde aantal protonen en neutronen hebben, verschillende nucliden.

Interessant is dat sommige elementen in het periodiek systeem stabiele nucliden hebben, die voor onbepaalde tijd intact blijven. Daarentegen hebben sommige elementen alleen onstabiele nucliden, radionucliden genaamd. De spontane nucleaire desintegratie van uranium-238 produceert bijvoorbeeld thorium-234.

Het proces wordt radioactief verval genoemd. De dochternuclide die tijdens het verval wordt geproduceerd, kan stabiel of radioactief zijn. Het proces gaat gepaard met de emissie van kleine fragmenten of elektromagnetische straling.

Alfadeeltjes zijn gelijk aan heliumkernen. Hun emissie vermindert het atoomnummer met 2 en het massagetal met 4. Beta-deeltjes zijn equivalent aan elektronen;bij emissie neemt het atoomnummer van de dochternuclide toe met 1.

Omdat ze een negatieve lading hebben, wordt dit bèta min verval genoemd. De emissie van een positron, die dezelfde massa heeft als een elektron maar tegengestelde lading, verlaagt het atoomnummer met 1. Het wordt vaak bèta plus verval genoemd.

Gammastralen zijn hoogenergetische elektromagnetische straling, waarvan de emissie het atoomgetal noch het massagetal verandert. Protonenemissie verlaagt het massagetal en atoomnummer met 1 elk, terwijl neutronenemissie het massagetal met 1 verlaagt. Nucleaire vergelijkingen brengen het verschil tussen ouder-en dochternucliden in kaart en geven de aard van het verval aan.

Het radioactieve verval van uranium-238 tot thorium-234 gaat gepaard met de uitstoot van alfadeeltjes. Nucleaire vergelijkingen zijn net als chemische vergelijkingen in balans. De som van de massagetallen is aan elke kant van de vergelijking hetzelfde.

Omdat dit alfa-verval is, geldt dat ook voor de som van de atoomnummers.