Γιατί εμφανίζεται ραδιενεργός αποσύνθεση;

Η ραδιενεργή διάσπαση είναι η αυθόρμητη διαδικασία μέσω της οποίας μια ασταθής ατομικό πυρήνα διασπάται σε μικρότερα, πιο σταθερά θραύσματα. Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί κάποιοι πυρήνες αποσυντίθενται, ενώ άλλοι δεν το κάνουν;

Είναι βασικά θέμα θερμοδυναμικής. Κάθε άτομο επιδιώκει να είναι όσο το δυνατόν πιο σταθερό. Στην περίπτωση της ραδιενεργούς αποσύνθεσης, η αστάθεια συμβαίνει όταν υπάρχει μια ανισορροπία στον αριθμό των πρωτόνια και νετρόνια στον ατομικό πυρήνα. Βασικά, υπάρχει πολύ περισσότερη ενέργεια μέσα στον πυρήνα για να κρατηθούν όλοι οι πυρήνες μαζί. Η κατάσταση του τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου δεν έχει σημασία για φθορά, παρόλο που και αυτοί έχουν τον δικό τους τρόπο να βρουν σταθερότητα. Εάν ο πυρήνας ενός ατόμου είναι ασταθής, τελικά θα διαλυθεί για να χάσει τουλάχιστον μερικά από τα σωματίδια που το καθιστούν ασταθές. Ο αρχικός πυρήνας ονομάζεται γονέας, ενώ ο πυρήνας ή οι πυρήνες που προκύπτουν ονομάζονται κόρη ή κόρες. Οι κόρες θα μπορούσαν ακόμα να είναι ραδιενεργός, ενδεχομένως να σπάσουν σε περισσότερα μέρη ή να είναι σταθερά.

Υπάρχουν τρεις μορφές ραδιενεργού αποσύνθεσης: ποιο από αυτά υφίσταται ένας ατομικός πυρήνας εξαρτάται από τη φύση της εσωτερικής αστάθειας. Ορισμένα ισότοπα μπορούν να αποσυντεθούν μέσω περισσοτέρων μονοπατιών.

Στην άλφα αποσύνθεση, ο πυρήνας εκβάλλει ένα άλφα σωματίδιο, το οποίο είναι ουσιαστικά ένας πυρήνας ηλίου (δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια), μειώνοντας τον ατομικό αριθμό του γονέα κατά δύο και τον αριθμό μάζας κατά τέσσερα.

Στην καταστροφή βήτα, ένα ρεύμα ηλεκτρονίων, που ονομάζεται σωματίδια βήτα, εκτοξεύεται από τον γονέα και ένα νετρόνιο στον πυρήνα μετατρέπεται σε ένα πρωτόνιο. Ο αριθμός μάζας του νέου πυρήνα είναι ο ίδιος, αλλά ο ατομικός αριθμός αυξάνεται κατά ένα.

Στην αποσύνθεση γάμμα, ο ατομικός πυρήνας απελευθερώνει την πλεονάζουσα ενέργεια με τη μορφή φωτονίων υψηλής ενέργειας (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία). Ο ατομικός αριθμός και ο αριθμός μάζας παραμένουν οι ίδιοι, αλλά ο προκύπτων πυρήνας αναλαμβάνει μια πιο σταθερή κατάσταση ενέργειας.

ΕΝΑ ραδιενεργό ισότοπο είναι εκείνη που υφίσταται ραδιενεργή αποσύνθεση. Ο όρος "σταθερός" είναι πιο διφορούμενος, καθώς ισχύει για στοιχεία που δεν διαχωρίζονται, για πρακτικούς σκοπούς, για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό σημαίνει ότι τα σταθερά ισότοπα περιλαμβάνουν εκείνα που ποτέ δεν σπάνε, όπως το αντίum (αποτελείται από ένα πρωτόνιο, οπότε δεν υπάρχει τίποτα που χάνει) και ραδιενεργά ισότοπα, όπως το τελλούριο -128, το οποίο έχει μια ημιζωή από 7,7 χ 10²⁴ χρόνια. Τα ραδιοϊσότοπα με βραχεία ημιζωή καλούνται ασταθή ραδιοϊσότοπα.

Μπορεί να υποθέσετε ότι ένας πυρήνας σε σταθερή διαμόρφωση θα είχε τον ίδιο αριθμό πρωτονίων με τα νετρόνια. Για πολλά ελαφρύτερα στοιχεία, αυτό ισχύει. Για παράδειγμα, ο άνθρακας απαντάται συνήθως με τρεις διαμορφώσεις πρωτονίων και νετρονίων, που ονομάζονται ισότοπα. Ο αριθμός των πρωτονίων δεν αλλάζει, καθώς αυτό καθορίζει το στοιχείο, αλλά ο αριθμός των νετρονίων κάνει: Το Carbon-12 έχει έξι πρωτόνια και έξι νετρόνια και είναι σταθερό. ο άνθρακας-13 έχει επίσης έξι πρωτόνια, αλλά έχει επτά νετρόνια. ο άνθρακας-13 είναι επίσης σταθερός. Ωστόσο, ο άνθρακας-14, με έξι πρωτόνια και οκτώ νετρόνια, είναι ασταθής ή ραδιενεργός. Ο αριθμός των νετρονίων για έναν πυρήνα άνθρακα-14 είναι πολύ υψηλός για την ισχυρή ελκυστική δύναμη να κρατηθεί μαζί επ 'αόριστον.

Αλλά, καθώς μετακινείτε σε άτομα που περιέχουν περισσότερα πρωτόνια, τα ισότοπα είναι όλο και πιο σταθερά με μια περίσσεια νετρονίων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα νουκλεόνια (πρωτόνια και νετρόνια) δεν είναι σταθερά στη θέση τους στον πυρήνα, αλλά κινούνται γύρω, και τα πρωτόνια αποκλίνουν το ένα το άλλο επειδή όλα φέρουν ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο. Τα νετρόνια αυτού του μεγαλύτερου πυρήνα δρουν να μονώσουν τα πρωτόνια από τις επιδράσεις του άλλου.

Ο λόγος των νετρονίων προς τα πρωτόνια, ή ο λόγος N: Z, είναι ο πρωταρχικός παράγοντας που καθορίζει εάν ο ατομικός πυρήνας είναι σταθερός ή όχι. Τα ελαφρύτερα στοιχεία (Z <20) προτιμούν να έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και νετρονίων ή N: Z = 1. Τα βαρύτερα στοιχεία (Z = 20 έως 83) προτιμούν μια αναλογία Ν: Ζ 1,5, επειδή χρειάζονται περισσότερα νετρόνια για την απομόνωση έναντι της απωθητικής δύναμης μεταξύ των πρωτονίων.

Υπάρχουν επίσης και αυτοί που ονομάζονται μαγικοί αριθμοί, οι οποίοι είναι αριθμοί νουκλεονίων (είτε πρωτονίων είτε νετρονίων) που είναι ιδιαίτερα σταθεροί. Αν και ο αριθμός των πρωτονίων και των νετρονίων έχει αυτές τις τιμές, η κατάσταση ονομάζεται διπλός μαγικός αριθμός. Μπορείτε να το θεωρήσετε ως τον πυρήνα που είναι ισοδύναμος με τον οκτάτου κανόνα που διέπουν τη σταθερότητα των ηλεκτρονίων. Οι μαγικοί αριθμοί είναι ελαφρώς διαφορετικοί για πρωτόνια και νετρόνια:

• Πρωτόνια: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
• Ουδερόνια: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184

Για να περιπλέξουμε ακόμα περισσότερο τη σταθερότητα, υπάρχουν πιο σταθερά ισότοπα με ομοιόμορφα Ζ: Ν (162 ισότοπα) από τα ίσα προς περιττό (53 ισότοπα), από ό, τι περίσσεια έως ισοδύναμα (50) (4).

Μια τελευταία σημείωση: Οποιοσδήποτε πυρήνας υφίσταται αποσύνθεση ή όχι είναι ένα εντελώς τυχαίο γεγονός. Ο χρόνος ημιζωής ενός ισότοπου είναι η καλύτερη πρόβλεψη για ένα αρκετά μεγάλο δείγμα των στοιχείων. Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κάνει κανενός είδους πρόβλεψη για τη συμπεριφορά ενός πυρήνα ή μερικών πυρήνων.

Μπορείτε να περάσετε ένα κουίζ σχετικά με τη ραδιενέργεια?