Miksi radioaktiivista hajoamista tapahtuu?

Radioaktiivinen hajoaminen on spontaani prosessi, jonka läpi epävakaa atomin ydin hajoaa pienempiin, vakaampiin palasiksi. Oletko koskaan miettinyt, miksi jotkut ytimet rappeutuvat, kun taas toiset eivät?

Kyse on periaatteessa termodynamiikasta. Jokainen atomi pyrkii olemaan mahdollisimman vakaa. Radioaktiivisen hajoamisen tapauksessa epävakaus tapahtuu, kun niiden lukumäärä on epätasapainossa protoneja ja neutronit atomiytimessä. Pohjimmiltaan ytimen sisällä on liikaa energiaa kaikkien nukleonien pitämiseksi yhdessä. - tilan elektronit atomin atomilla ei ole hajoamisen merkitystä, vaikka myös heillä on oma tapa löytää vakautta. Jos atomin ydin on epävakaa, lopulta se hajoaa ja menettää ainakin osan hiukkasista, jotka tekevät siitä epävakaan. Alkuperäistä ydintä kutsutaan vanhemmaksi, kun taas syntynyttä ydintä tai ytimiä kutsutaan tytärksi. Tytärit saattavat vielä olla radioaktiivinen, lopulta murtautuen useampiin osiin, tai ne saattavat olla vakaita.

Radioaktiivista hajoamista on kolme muotoa: kumpi näistä atomin ytimistä käy läpi, riippuu sisäisen epävakauden luonteesta. Jotkut isotoopit voivat hajoa useamman kuin yhden reitin kautta.

Alfahajoamisessa ydin työntää alfahiukkasen, joka on olennaisesti heliumytuma (kaksi tuumaa) protonit ja kaksi neutronia), vähentämällä kantajan atomin lukumäärää kahdella ja massaa lukumäärällä neljä.

Beetahajoamisessa emästä poistuu elektronivirta, jota kutsutaan beetahiukkasiksi, ja ytimen neutroni muuttuu protoniksi. Uuden ytimen massa on sama, mutta atomiluku kasvaa yhdellä.

Gammahajoamisessa atomiydin vapauttaa ylimääräistä energiaa korkeaenergisten fotonien (sähkömagneettinen säteily) muodossa. Atomi- ja massaluku pysyvät ennallaan, mutta syntyvällä ytimellä on vakaampi energiatila.

radioaktiivinen isotooppi on sellainen, joka käy läpi radioaktiivisen hajoamisen. Termi "vakaa" on epäselvämpi, koska sitä sovelletaan elementteihin, jotka eivät hajoa käytännöllisissä tarkoituksissa pitkän ajan kuluessa. Tämä tarkoittaa, että stabiileihin isotooppeihin kuuluvat ne, jotka eivät koskaan hajoa, kuten protium (koostuu yhdestä protonista, joten mitään ei ole menetettävää) ja radioaktiiviset isotoopit, kuten telluuri -128, jolla on puoliintumisaika 7,7 x 10²⁴ vuotta. Radioisotooppeja, joilla on lyhyt puoliintumisaika, kutsutaan epästabiiliksi radioisotoopeiksi.

Voit olettaa, että vakaassa konfiguraatiossa olevassa ytimessä olisi sama määrä protoneja kuin neutroneissa. Tämä on totta monille vaaleammille elementeille. Esimerkiksi hiiltä löytyy yleisesti protonien ja neutronien kolmesta konfiguraatiosta, joita kutsutaan isotoopeiksi. Protonien lukumäärä ei muutu, koska se määrää alkuaineen, mutta neutronien lukumäärä muuttuu: Hiili-12 sisältää kuusi protonia ja kuusi neutronia ja on vakaa; hiili-13: lla on myös kuusi protonia, mutta siinä on seitsemän neutronia; hiili-13 on myös vakaa. Hiili-14, jossa on kuusi protonia ja kahdeksan neutronia, on kuitenkin epävakaa tai radioaktiivinen. Hiili-14-ytimen neutronien lukumäärä on liian suuri voimakkaalle houkuttelevalle voimalle pitämään sitä yhdessä määräämättömän ajan.

Mutta kun siirryt atomiin, joka sisältää enemmän protoneja, isotoopit ovat entistä stabiileja ylimääräisten neutronien kanssa. Tämä johtuu siitä, että nukleoneja (protoneja ja neutroneja) ei ole kiinnitetty paikoilleen ytimessä, vaan ne liikkuvat ja protonit hylkivät toisiaan, koska niissä kaikissa on positiivinen sähkövaraus. Tämän suuremman ytimen neutronit eristävät protonit toistensa vaikutuksista.

Neutronien ja protonien suhde tai N: Z-suhde on primaaritekijä, joka määrittää, onko atomituma stabiili vai ei. Kevyemmillä elementeillä (Z <20) on mieluummin sama määrä protoneja ja neutroneja tai N: Z = 1. Raskaammat elementit (Z = 20 - 83) mieluummin N: Z-suhteena ovat 1,5, koska tarvitaan enemmän neutroneja eristykseen protonien välistä heijastusvoimaa vastaan.

On myös niin kutsuttuja taikuuslukuja, jotka ovat erityisen vakaita nukleoneja (joko protoneja tai neutroneja). Jos sekä protonien että neutronien lukumäärällä on nämä arvot, tilannetta kutsutaan kaksoisiksi maagilukuiksi. Voit ajatella tätä olevan ydin, joka vastaa oktettisääntö säätelevä elektronikuoren stabiilisuus. Maagiset numerot eroavat hiukan protoneista ja neutroneista:

• Protonit: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
• Neutronit: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184

Stabiilisuuden vaikeuttamiseksi edelleen on vakaampia isotooppeja, joissa on parillinen - parillinen Z: N (162 isotooppi) kuin parillinen - pariton (53 - isotoopit) kuin pariton - parillinen (50) kuin parittomat - parittomat (4).

Viimeinen huomautus: Onko jokin ydin rappeutumassa vai ei, on täysin satunnainen tapahtuma. Isotoopin puoliintumisaika on paras ennuste riittävän suurelle näytteelle elementtejä. Sitä ei voida käyttää minkäänlaisiin ennusteisiin yhden tai muutaman ytimen käyttäytymisestä.

Voitko kulkea a tietovisa radioaktiivisuudesta?