Promieniotwórczość i równania jądrowe

Chemia jądrowa to nauka o reakcjach, które obejmują zmiany w strukturze jądrowej. Jądro atomu składa się z protonów i, z wyjątkiem wodoru, neutronów. Liczba protonów w jądrze nazywana jest liczbą atomową (Z) pierwiastka, a suma liczby protonów i liczby neutronów to liczba masowa (A). Atomy o tej samej liczbie atomowej, ale różnych liczbach masowych są izotopami tego samego pierwiastka.

Nuklid pierwiastka ma określoną liczbę protonów i neutronów i znajduje się w określonym stanie energii jądrowej. Notacja nuklidu to , gdzie X jest symbolem pierwiastka, A jest liczbą masową, a Z jest liczbą atomową. Istnieje również kilka skrótów notacji nuklidów, z których wiele pomija liczbę atomową. Na przykład może być zapisane jako węgiel-14, C-14 lub ¹⁴C.

Jeśli nuklid znajduje się w tymczasowym stanie wzbudzonym, jest to zwykle oznaczane gwiazdką. Jeśli znajduje się w długotrwałym stanie wzbudzonym, zwanym stanem metastabilnym, oznacza się to dodaniem “m” do liczby masowej. Na przykład izotop technetu-99 występuje w stanie podstawowym i metastabilny . Jeśli dla danego izotopu występuje więcej niż jeden stan metastabilny, są one numerowane w rosnącej kolejności energetycznej. Na przykład izotop tantalu-180 ma pięć nuklidów: stan podstawowy i stany metastabilne , , , oraz .

Reakcje jądrowe to przemiany jednego lub więcej nuklidów w inny, które zachodzą poprzez zmiany liczb atomowych, liczb masowych lub stanów energii jądrowej jąder. Aby opisać reakcję jądrową, używamy równania, które identyfikuje nuklidy i cząstki biorące udział w reakcji. Podobnie jak w przypadku reakcji chemicznych, reakcje jądrowe podlegają zachowaniu masy: suma liczb masowych reagentów jest równa sumie liczb masowych produktów.

W reakcjach jądrowych może brać udział wiele różnych cząstek lub fotonów. Do najczęstszych należą cząstki alfa (α lub ), które są wysokoenergetycznymi jądrami helu-4; cząstki beta (β), które obejmują elektrony (e⁻ lub β⁻) i pozytony (e⁺ lub β⁺); promienie gamma (γ); neutrony ( ); i protony (p⁺ lub ).

Niektóre nuklidy pozostają nienaruszone w nieskończoność lub są stabilne, podczas gdy inne spontanicznie przekształcają się w inne nuklidy lub są niestabilne. Spontaniczna przemiana niestabilnego nuklidu w inny jest rozpadem promieniotwórczym. Niestabilny nuklid nazywany jest nuklidem macierzystym, a nuklid powstający w wyniku rozpadu jest znany jako nuklid potomny. Nuklid potomny może być stabilny lub może ulec samorozpadowi.

Ten tekst został zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 21.1: Struktura jądrowa i stabilność oraz Openstax, Chemia 2e, Sekcja 21.2: Równania jądrowe.

Dodatkowe źródła

IUPAC. Kompendium Terminologii Chemicznej, wyd. 2 (“Złota Księga”). Opracowane przez A. D. McNaughta i A. Wilkinsona. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Wersja online (2019-) stworzona przez S. J. Chalka. https://doi.org/10.1351/goldbook. dostęp 2021-01-10

Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej, Sekcja Danych Jądrowych. Wykres nuklidów na żywo. https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html. dostęp 2021-01-10