19.1: Радиоактивность и ядерные уравнения

Ядерная химия – это исследование реакций, которые связаны с изменениями в ядерной структуре. Ядро атома состоит из протонов и, кроме водорода, нейтронов. Число протонов в ядре называется атомным числом (Z) элемента, а сумма числа протонов и числа нейтронов — массовым числом (A). Атомы с одинаковым атомным номером, но разными массовыми числами являются изотопы одного и того же элемента.

Нуклид элемента имеет определенное количество протонов и нейтронов и находится в определенном состоянии ядерной энергии. Нотация для нуклида —  , где X — символ элемента, A — номер массы, а Z — атомный номер. Существует также несколько условных обозначений нуклидов, многие из которых не имеют атомного номера. Например,  Может быть записан углерод-14, C-14 или ^14C.

Если нуклид находится во временном возбужденном состоянии, обычно он обозначается звездочкой. Если он находится в более долгоживущем возбужденном состоянии, называемом метастазированием, то это обозначается добавлением «m» к массовому числу. Например, изотопный технеций-99 существует как наземное состояние  метастазы . Если для данного изотопа имеется несколько метастазирующего состояния, они нумеруются в порядке увеличения энергии. Например, изотопный тантал-180 имеет пять нуклидов: Наземное состояние  метастазирующие состояния  ,  ,  , и.  .

Ядерные реакции — это превращения одного или нескольких нуклидов в другой, которые происходят через изменения атомных чисел, массовых чисел или ядерных энергетических состояний ядер. Для описания ядерной реакции мы используем уравнение, определяющее нуклиды и частицы, участвующие в реакции. Как и в случае химических реакций, ядерные реакции подчиняются сохранению массы: Сумма массовых чисел реагенты равна сумме массовых чисел продуктов.

В ядерных реакциях может быть задействовано множество различных частиц или фотонов. Наиболее распространенными являются альфа-частицы (α или  ), которые являются ядрами гелия-4 с высокой энергией; бета-частицы (β), которые включают электроны (e^– или β^–) и позитроны (e⁺ или β⁺); гамма-лучи (γ); нейтроны (  ); и протоны (p⁺ или  ).

Некоторые нуклиды остаются нетронутыми бесконечно или стабильными, в то время как другие спонтанно превращаются в другие нуклиды или нестабильны. Самопроизвольное изменение нестабильного нуклида в другой — радиоактивный распад. Нестабильный нуклид называется родительским нуклидом, а нуклид, который является результатом распада, известен как дочерняя нуклида. Дочерняя нуклида может быть стабильной, или она может распадаться.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 21.1: Ядерная структура и стабильность и Openstax, Химия 2е изд., раздел 21.2: Ядерные уравнения.

Дополнительных источников

IUPAC. Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга»). Составлено А. д. МакНауайтом и А. Уилкинсоном. Blackwell Scientific Публикации, Оксфорд (1997). Онлайн-версия (2019-) создана S. J. Chalk. https://doi.org/10.1351/goldbook. Доступ 2021-01-10

Агентство по атомной энергии, Секция ядерных данных. Live Chart of nuclides. https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html. Доступ 2021-01-10