9.1:
Радиоактивность и ядерные уравнения
9.1:
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