Radioaktywność i równania jądrowe

Najgęstszym obszarem atomu jest jądro, zawierające protony i neutrony – zbiorczo nazywane nukleonami.

Rodzaj atomu zdefiniowany przez określoną liczbę protonów i neutronów jest określany jako nuklid. Notacja nuklidu składa się z symbolu pierwiastka, liczby atomowej i liczby masowej.

Jedna z kilku skróconych notacji nuklidów używa nazwy pierwiastka, łącznika i liczby masowej.

Nuklidy o tej samej liczbie atomowej, ale różnych liczbach masowych nazywane są wzajemnymi izotopami. Tak więc węgiel ma trzy pokazane tutaj izotopy.

Nuklidy charakteryzują się również stanem energetycznym. Na przykład pojedynczy izotop technetu-99 występuje w dwóch różnych stanach: stanie podstawowym o niższej energii i długożyciowym stanie wzbudzonym zwanym stanem metastabilnym. Te dwa gatunki, mimo że mają taką samą liczbę protonów i neutronów, są różnymi nuklidami.

Co ciekawe, niektóre pierwiastki w układzie okresowym mają stabilne nuklidy, które pozostają nienaruszone w nieskończoność. Natomiast niektóre pierwiastki mają tylko niestabilne nuklidy, zwane radionuklidami. Na przykład spontaniczny rozpad jądrowy uranu-238 wytwarza tor-234. Proces ten określa się mianem rozpadu promieniotwórczego.

Nuklid potomny wytwarzany podczas rozpadu może być stabilny lub radioaktywny. Procesowi temu towarzyszy emisja drobnych fragmentów lub promieniowania elektromagnetycznego.

Cząstki alfa są odpowiednikiem jąder helu. Ich emisja zmniejsza liczbę atomową o 2, a liczbę masową o 4.

Cząstki beta są równoważne elektronom; po wyemitowaniu liczba atomowa nuklidu potomnego wzrasta o 1. Ponieważ przenoszą one ładunek ujemny, nazywa się to promieniowaniem beta-minus.

Emisja pozytonu, który ma taką samą masę jak elektron, ale przeciwny ładunek, zmniejsza liczbę atomową o 1. Często określa się ją mianem emisji beta-plus.

Promienie gamma to wysokoenergetyczne promieniowanie elektromagnetyczne, którego emisja nie zmienia ani liczby atomowej, ani masowej.

Emisja protonów zmniejsza liczbę masową i liczbę atomową o 1 każdy, podczas gdy emisja neutronów zmniejsza liczbę masową o 1.

Równania jądrowe odwzorowują różnicę między nuklidami macierzystymi i potomnymi oraz wskazują naturę rozpadu.

Rozpadowi promieniotwórczemu uranu-238 do toru-234 towarzyszy emisja cząstek alfa.

Równania jądrowe są zrównoważone, tak samo jak równania chemiczne. Suma liczb masowych jest taka sama po każdej stronie równania. Ponieważ jest to rozpad alfa, tak samo jest z sumą liczb atomowych.