ნუკლიდები ხასიათდება მათი ატომური რაოდენობით (პროტონის რაოდენობა) და ატომური მასის რაოდენობით (პროტონისა და ნეიტრონის საერთო რაოდენობა). პროტონის რაოდენობა გვკარნახობს რა ელემენტს წარმოადგენს, ხოლო პროტონისა და ნეიტრონის საერთო რაოდენობა განსაზღვრავს იზოტოპს.
რადიოიზოტოპები (რადიოაქტიური იზოტოპები) არის ატომები, რომლებსაც აქვთ არასტაბილური ბირთვი და მიდრეკილნი არიან ბირთვული დაშლისკენ. ისინი მაღალენერგეტიკულ მდგომარეობაში არიან და სურთ უფრო დაბალი ენერგიის მდგომარეობაში გადასვლა ამ ენერგიის გამოყოფით, ან სინათლის ან სხვა ნაწილაკების სახით. რადიოიზოტოპის ნახევრადგამოყოფის პერიოდი, ან რა დრო სჭირდება რადიოიზოტოპის ატომების ნახევარს, რომ დაიშალოს, ძალიან სასარგებლო საშუალებაა იმის ცოდნა.
რადიოაქტიური ელემენტები პერიოდული ცხრილის ბოლო რიგშია და იშვიათი დედამიწის ბოლო რიგში.
რადიოაქტიური დაშლა
რადიოაქტიურ იზოტოპებს აქვთ არასტაბილური ბირთვები, სადაც სავალდებულო ენერგია პროტონებისა და ნეიტრონების მჭიდროდ ჩაკეტვას ერთმანეთთან არ არის საკმარისად ძლიერი იმისთვის, რომ მუდმივად შეინახოს. წარმოიდგინეთ, ბურთი გორაკის მწვერვალზე იჯდეს; მსუბუქი შეხება გააფართოვებს მას, თითქოსდა დაბალი ენერგიის მდგომარეობაში. არასტაბილური ბირთვები შეიძლება გახდეს უფრო სტაბილური მათი გარკვეული ენერგიის გამოყოფით, ან სინათლის ან სხვა ნაწილაკების სახით, როგორიცაა პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები. ამ ენერგიის გამოყოფას რადიოაქტიური დაშლა ეწოდება.
დაშლის პროცესს შეუძლია მრავალი ფორმა მიიღოს, მაგრამ რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი ტიპებია:ალფადაშლა (ალფა ნაწილაკის / ჰელიუმის ბირთვის გამოყოფა),ბეტადაშლა (ბეტა ნაწილაკის ან ელექტრონის ხელში ჩაგდება) დაგამადაშლა (გამა სხივების ან გამა გამოსხივების გამოყოფა). ალფა და ბეტა დაშლის შედეგად რადიოიზოტოპი გადადის სხვა ნუკლიდში, რომელსაც ხშირად უწოდებენ ქალიშვილ ნუკლიდს. დაშლის სამივე პროცესი ქმნის მაიონებელ გამოსხივებას, მაღალენერგეტიკული გამოსხივების ტიპს, რომელიც ზიანს აყენებს ცოცხალ ქსოვილს.
ალფა დაშლისას, რომელსაც ალფა გამოყოფასაც უწოდებენ, რადიოიზოტოპი გამოყოფს ორ პროტონს და ორ ნეიტრონს, როგორც ჰელიუმ -4 ბირთვი (ასევე ცნობილია, როგორც ალფა ნაწილაკი). ეს იწვევს რადიოიზოტოპის მასის რაოდენობის შემცირებას ოთხით და მისი ატომური რაოდენობის შემცირებით ორით.
ბეტა დაშლა, რომელსაც ბეტა ემისია ეწოდება, არის ელექტრონის გამოყოფა რადიოიზოტოპიდან, რადგან მისი ერთ-ერთი ნეიტრონი პროტონში გადაიქცევა. ეს არ ცვლის ნუკლიდის მასის რიცხვს, მაგრამ ზრდის მის ატომურ რიცხვს ერთით. ასევე არსებობს ერთგვარი ბეტა დაშლა, რომელიც თითქმის არ არის პირველი: ნუკლიდი ასხივებს პოზიტრონს (ელექტრონის დადებითად დამუხტული საწინააღმდეგო მატერია) და მისი ერთ-ერთი პროტონი ნეიტრონად იქცევა. ეს ერთით ამცირებს ნუკლიდის ატომურ რიცხვს. როგორც პოზიტრონი, ასევე ელექტრონი ჩაითვლება ბეტა ნაწილაკებად.
ბეტა დაშლის სპეციალურ სახეობას ეწოდება ელექტრონების ხელში ჩაგდება ბეტა: ერთ-ერთი nuclide- ს შინაგანი ელექტრონი იპყრობს პროტონი ბირთვში, პროტონის ნეიტრონად გადაქცევა და ულტრა-პატარა, სუპერ-სწრაფი ნაწილაკის გამოყოფა, რომელსაც ელექტრონს უწოდებენ ნეიტრინო.
რადიოაქტივობა ჩვეულებრივ იზომება ორიდან ერთში: ბეკერელი (bq) და ქური. ბეკერელები რადიოაქტივობის სტანდარტული (SI) ერთეულია და წარმოადგენს წამში ერთი დაშლის სიჩქარეს. ქური ემყარება წამში რადიუმ-226-ის ერთი გრამი გაფუჭების რაოდენობას და მათ ასახელებენ ცნობილი რადიოაქტივობის მეცნიერის მარი კიურის სახელით. მის მიერ რადიუმის რადიოაქტივობის აღმოჩენამ გამოიწვია სამედიცინო რენტგენის პირველად გამოყენება.
რა არის ნახევარი ცხოვრება?
რადიოაქტიური იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდი არის საშუალო დრო, რაც რადიოიზოტოპის ნიმუშში ატომების დაახლოებით ნახევარს სჭირდება. სხვადასხვა რადიოიზოტოპები სხვადასხვა ტემპით იშლება და შეიძლება განსხვავდებოდეს ნახევარგამოყოფის პერიოდი; ეს ნახევარგამოყოფის პერიოდი შეიძლება იყოს მოკლე როგორც რამდენიმე მიკროწამი, მაგალითად პოლონიუმ -214-ის შემთხვევაში და რამდენიმე მილიარდი წლის განმავლობაში, მაგალითად ურანი -238.
მნიშვნელოვანი კონცეფციაა მოცემული რადიოიზოტოპის ნებაყოველთვისიმავე ტემპით იშლება. მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი თანდაყოლილი მახასიათებელია.
შეიძლება უცნაურად გამოიყურებოდეს ელემენტის დახასიათება იმით, თუ რამდენი ხანი სჭირდება მის ნახევარს გაფუჭებას; ცოტა აზრი აქვს, მაგალითად, ერთი ატომის ნახევარგამოყოფის ცხოვრებაზე საუბარი. მაგრამ ეს ღონისძიება სასარგებლოა, რადგან შეუძლებელია ზუსტად დადგინდეს რომელი ბირთვი დაიშლება და როდის - პროცესის გაგება შეიძლება მხოლოდ სტატისტიკურად, საშუალოდ, დროთა განმავლობაში.
ერთი ატომური ბირთვის შემთხვევაში, ნახევარგამოყოფის ზოგადი განმარტება შეიძლება შებრუნდეს: ამ ბირთვის დაშლის ალბათობა მის ნახევრადგამოყოფის დროზე ნაკლებია დაახლოებით 50%.
რადიოაქტიური დაშლის განტოლება
არსებობს სამი ეკვივალენტური განტოლება, რომელიც იძლევა დროის დარჩენილი ბირთვების რაოდენობასტ. პირველს იძლევა:
N (t) = N_0 (1/2) ^ {t / t_ {1/2}}
სადტ1/2იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდია. მეორე მოიცავს ცვლადსτ, რომელსაც უწოდებენ საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობას, ან დამახასიათებელ დროს:
N (t) = N_0e ^ {- t / τ}
მესამე იყენებს ცვლადსλ, ცნობილია როგორც დაშლის მუდმივი:
N (t) = N_0e ^ {- λt}
ცვლადებიტ1/2, τდაλყველა დაკავშირებულია შემდეგი განტოლებით:
t_ {1/2} = ln (2) / λ = τ × ln (2)
განტოლების რომელ ცვლადს ან ვერსიას იყენებთ, ფუნქცია არის ნეგატიური ექსპონენციალური, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის არასოდეს მიაღწევს ნულს. ყოველი ნახევარგამოყოფის პერიოდისთვის, ბირთვების რაოდენობა განახევრდება, უფრო და უფრო პატარა ხდება, მაგრამ არასდროს ქრება - მათემატიკურად ეს ხდება. პრაქტიკაში, რა თქმა უნდა, ნიმუში შედგება რადიოაქტიური ატომების სასრული რაოდენობით; მას შემდეგ, რაც ნიმუში ერთ ატომამდე მოხვდება, ეს ატომი საბოლოოდ დაიშლება და არ დატოვებს თავდაპირველი იზოტოპის ატომებს.
რადიოაქტიური დათარიღება
მეცნიერებს შეუძლიათ გამოიყენონ რადიოაქტიური დაშლის სიჩქარე ძველი საგნების ან ნივთების ასაკის დასადგენად.
მაგალითად, ნახშირბადი -14 მუდმივად ივსება ცოცხალ ორგანიზმებში. ყველა ცოცხალ არსებას აქვს იგივე ნახშირბად -12 და ნახშირბადი -14 თანაფარდობა. ეს თანაფარდობა იცვლება ორგანიზმის სიკვდილის შემდეგ, რადგან ნახშირბადი -14 იშლება, ხოლო ნახშირბადი -12 რჩება სტაბილური. ნახშირბად -14 – ის დაშლის სიჩქარის ცოდნით (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 5,730 წელია) და გაზომვით რამდენი ნახშირბადი –14 აქვს სინჯში ნახშირბად -12-ის ოდენობის მიმართ სხვა ელემენტებად გადაქცეული, მაშინ შესაძლებელია ნაშთების და მსგავსი ასაკის დადგენა. ობიექტები.
რადიოიზოტოპების ხანგრძლივად ნახევარგამოყოფის პერიოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ძველი ობიექტების დასაათარიღებლად, თუმცა უნდა არსებობდეს გარკვეული გზა იმის დასადგენად, რა იყო თავდაპირველად ამ რადიოიზოტოპში. ნახშირბადის დათარიღებას შეუძლია მხოლოდ 50,000 წელზე ნაკლები ასაკის საგნების დათარიღება, რადგან ცხრა ნახევრადგამოყოფის შემდეგ, ჩვეულებრივ, ნახშირბადოვანი 14-ის ძალიან მცირე ნაწილია დარჩენილი ზუსტი ზომების მისაღებად.
მაგალითები
თუ seaborgium-266- ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 30 წამია, და ჩვენ დავიწყებთ 6.02 × 10-ით23 ატომები, რადიოაქტიური დაშლის განტოლების გამოყენებით შეგვიძლია ვიპოვოთ, თუ რა არის დარჩენილი ხუთი წუთის შემდეგ.
რადიოაქტიური დაშლის განტოლების გამოსაყენებლად ჩავრთავთ 6.02 .02 10-ს23 ატომები ამისთვისნ0, 300 წამი ამისთვისტდა 30 წამი ამისთვისტ1/2.
(6.02 × 10^{23})(1/2)^{(300/30)} = 5.88 × 10^{20}
თუ მხოლოდ ატომების საწყისი რიცხვი, ატომების საბოლოო რაოდენობა და ნახევარგამოყოფის პერიოდი გვექნება? (ეს არის ის, რაც მეცნიერებს აქვთ, როდესაც იყენებენ რადიოაქტიულ დაშლას უძველესი ნამარხებისა და ნივთების დათარიღებისთვის.) თუ პლუტონიუმ -238-ის ნიმუში დაიწყო 6.02 .02 10-ით23 ატომები და ახლა აქვს 2.11 × 1015 რამდენი დრო გავიდა იმის გათვალისწინებით, რომ პლუტონიუმ -238-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 87,7 წელია?
განტოლება, რომელიც უნდა გადავჭრათ არის
2.11 \ ჯერ 10 ^ {15} = (6.02 \ ჯერ 10 ^ {23}) (1/2) ^ {\ frac {t} {87.7}}
და ჩვენ ეს უნდა გადავწყვიტოთტ.
ორივე მხარის დაყოფა 6.02 × 10-ზე23, მივიღებთ:
3.50 \ ჯერ 10 ^ {- 9} = (1/2) ^ {\ frac {t} {87.7}}
ამის შემდეგ შეგვიძლია ავიღოთ ორივე მხარის ჟურნალი და გამოვიყენოთ ექსპონატების წესი ჟურნალების ფუნქციებში, რომ მივიღოთ:
-19.47 = (t / 87.7) ჟურნალი (1/2)
ამის ალგებრული გადაჭრა შეგვიძლია t = 2463,43 წლის მისაღებად.