После открытия радиоактивности некоторых химических элементов началось изучение механизма этого явления. Выяснилось, что радиоактивные образцы вещества медленно самопроизвольно превращаются в совсем другие вещества, которых не существовало в образце ранее. Кратко поговорим о радиоактивных превращениях атомных ядер.
Вскоре после открытия радиоактивности урана П. Кюри обнаружил радиоактивность тория, а потом еще два радиоактивных вещества с гораздо большей радиоактивностью, чем у чистого урана, — полоний и радий. Выяснилось, что радиоактивные вещества не только испускают невидимые лучи — они постоянно выделяют тепловую энергию.
1 г. чистого радия ежечасно выделяет около 0,5 кДж тепловой энергии. С помощью этой энергии можно нагреть 1 г воды от нулевой температуры до точки кипения.
Радиоактивность сохранялась неизменной в течение долгого времени, и было ясно, что в веществе происходят какие-то важные процессы, которые обеспечивают энергию радиоактивности. Эти процессы изучались в ходе опытов Ф. Содди и Э. Резерфорда. Например, активность тория оставалась постоянной в запаянной ампуле. Однако, если ампулу вскрыть, активность тория быстро уменьшается. Предположили, что в ампуле с торием образуется газ, являющийся радиоактивным, который обладает большей радиоактивностью, чем торий.
Предположение подтвердилось. Из воздуха ампулы удалось выделить газ, впоследствии названный радоном, радиоактивность которого была больше, чем у тория, но быстро уменьшалась со временем. Через 10–15 минут она полностью исчезала. То же самое выяснилось при исследовании других радиоактивных веществ.
Все это позволило Э. Резерфорду сделать вывод, что атомы радиоактивных веществ самопроизвольно превращаются в атомы других веществ, при этом выделяется энергия, гораздо большая по сравнению с энергией химических реакций.
Позже оказалось, что радиоактивными являются все элементы с порядковым номером больше 82.
Виды радиоактивных превращений
Изучение радиоактивных превращений выявило, что основными видами являются два.
- При альфа-распаде номер элемента уменьшается на две единицы, а массовое число — на четыре. При этом ядро испускает альфа-частицу (ядро гелия). Альфа-распаду подвержены большинство тяжелых ядер.
- При бета-распаде номер элемента увеличивается на единицу, а массовое число — остается прежним. Бета-распаду подвержены в основном ядра, в которых имеется избыток нейтронов, поскольку при этом нейтроны теряют устойчивость.
При обоих видах распада часто происходит также испускание гамма-квантов — электромагнитного излучения высокой энергии.
Радиоактивные ряды
Поскольку при радиоактивном распаде номер элемента уменьшается максимум на две единицы, а существуют элементы с номерами гораздо больше 82, получается, что после радиоактивного распада ядро всё равно остается радиоактивным и тоже подвержено распаду.
В результате элементы можно выстроить в целые радиоактивные ряды, в каждом из которых происходят цепочки превращений одних веществ в другие. И поскольку во время распада массовое число может измениться только на четыре единицы, существует четыре радиоактивных ряда, в которых список элементов различен:
Что мы узнали?
Радиоактивное превращение — это самопроизвольное превращение ядра тяжелого элемента в ядро другого, более легкого элемента. Наиболее частыми являются альфа- и бета- радиоактивность. Поскольку продукт радиоактивного распада нередко сам радиоактивен, можно составить целые цепочки радиоактивных превращений.
