Radioaktiver Zerfall
Die Summe der Massenzahlen der Produkte (234 + 4) gleich die Massenzahl des Mutter-Nuklid (238) und die Summe der Ladungen auf den Produkten (90 + 2) ist gleich die Ladung auf der Mutter Nuklid.
Electron (./em> -) -Emission ist buchstäblich das Verfahren, bei dem ein Elektron ausgestoßen wird, oder von dem Kern emittiert. Wenn dies geschieht, erhöht sich die Ladung auf dem Kern nach dem anderen. Electron (./i> -) Emitter sind in der gesamten Periodensystems, von den leichtesten Elemente (3 H) bis zum schwersten (255 Es) gefunden. Das Produkt von ./i> - -Emission kann vorhergesagt werden unter der Annahme, dass sowohl Massenzahl und Ladung in Kernreaktionen konserviert sind. Wenn 40 K a ./i> ist - -Emitter, zum Beispiel, muss das Produkt dieser Reaktion 40 Ca. sein
Wieder einmal ist die Summe der Massenzahlen der Produkte ist gleich die Massenzahl des Ausgangsnuklids und die Summe der Ladung der Produkte ist gleich die Ladung auf dem Ausgangsnuklids.
Das Elektron durch den Kern in dieser Reaktion eingefangen ist in der Regel ein 1s Elektron, weil Elektronen in dieser Orbital in der Nähe von dem Kern sind.
Positronen haben eine sehr kurze Lebensdauer. Sie verlieren schnell ihre kinetische Energie, wie sie durch die Materie bestehen. Sobald sie zur Ruhe kommen, verbinden sie sich mit einem Elektron in einer Materie-Antimaterie Vernichtung Reaktion zwei -ray Photonen zu bilden.
Der metastabile 60m Co Nuklid hat eine Halbwertszeit von 10,5 Minuten. Da elektromagnetische Strahlung weder Ladung noch Masse trägt, ist das Produkt der -Strahlen Emission von 60m Co 60 Co.
Predict die Produkte der folgenden Kernreaktionen:
(A) Elektronenemission durch 14 C (b) von Positronen-Emissions-8 B
(C) Elektroneneinfang durch 125 I (d), alpha-Emission um 210 Rn
(E) Gammastrahlenemission von 56m Ni
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Neutronenreichen Versus neutronen Schlechte Nuklide
Eine graphische Darstellung der Anzahl der Neutronen gegenüber der Anzahl der Protonen für alle der natürlich vorkommenden stabilen Isotopen ist in der Figur unten gezeigt. Mehrere Schlussfolgerungen lassen sich aus diesem Diagramm gezeichnet werden.
Eine grafische Darstellung der Anzahl der Neutronen im Vergleich zu der Anzahl der Protonen für alle stabilen natürlich vorkommenden Kerne. Nuclei, die rechts von dieser Band der Stabilität liegen, sind Neutronen schlecht; Kern links von der Band ist neutronenreichen. Die durchgezogene Linie stellt ein Neutron proton-Verhältnis von 1: 1.
- Die stabilen Nukliden liegen in einer sehr schmalen Band von Neutronen zu Protonen-Verhältnissen.
- Das Verhältnis von Neutronen zu Protonen in stabilen Nuklide allmählich zunimmt, wenn die Anzahl der Protonen im Kern ansteigt.
- Licht Nuklide, wie 12 C, enthält etwa die gleiche Anzahl von Protonen und Neutronen. Schwere Nuklide wie 238 U, enthalten bis zu 1,6-mal so viele Neutronen wie Protonen.
- Es gibt keine stabilen Nuklide mit den Ordnungszahlen größer als 83.
- Diese schmale Band von stabilen Kernen ist von einem Meer der Instabilität umgeben.
- Nuclei, die oberhalb dieser Linie liegen zu viele Neutronen und sind daher neutronenreichen.
- Nuclei, die unterhalb dieser Linie liegen nicht genügend Neutronen haben und sind daher neutronen schlecht.
Elektroneneinfang ist häufiger bei schweren Nuklide wie 125 I, da die 1s Elektronen näher an den Kern eines Atoms als Ladung auf dem Kern erhöht gehalten werden.
Die Differenz zwischen der Masse eines Atoms und der Summe der Massen der Protonen, Neutronen, Elektronen und wird der Massendefekt genannt. Der Massendefekt eines Atoms spiegelt die Stabilität des Kerns. Es ist gleich die Energie freigesetzt wird, wenn der Kern aus seinen Protonen und Neutronen gebildet wird. Der Massendefekt wird daher auch als die Bindungsenergie des Kerns bekannt.
Die Bindungsenergie dient dazu, die gleiche Funktion für Kernreaktionen wie H für eine chemische Reaktion. Er misst die Differenz zwischen der Stabilität der Produkte der Reaktion und den Ausgangsmaterialien. Je größer die Bindungsenergie, desto stabiler ist der Kern. Die Bindungsenergie kann auch als die Energiemenge betrachtet werden, den Kern in Anspruch nehmen würde zerreißen isoliert Neutronen und Protonen zu bilden. Es ist deshalb buchstäblich die Energie, die die Neutronen und Protonen im Kern zusammenhält.
Die Bindungsenergie eines Nuklids aus seinem Massendefekt mit Einstein-Gleichung berechnet werden, die Masse und Energie bezieht.
Wir fanden den Massendefekt von He 0.0303769 amu sein. Um die Bindungsenergie in Einheiten von Joules zu erhalten, müssen wir den Massendefekt von atomaren Masseneinheiten in Kilogramm umrechnen.
Multipliziert man den Massendefekt in Kilogramm durch das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit in Einheiten von Metern pro Sekunde ergibt eine Bindungsenergie für ein einzelnes Heliumatom von 4,53358 x 10 -12 Joules.
Multiplizieren des Ergebnisses dieser Berechnung durch die Anzahl von Atomen in einem Mol ergibt eine Bindungsenergie für Helium von 2,730 x 10 12 Joule pro Mol oder 2,730 Milliarden Kilojoule pro Mol.
Diese Berechnung hilft uns, die Faszination von Kernreaktionen zu verstehen. Die freigesetzte Energie bei Erdgas verbrannt wird, beträgt etwa 800 kJ / mol. Die Synthese eines Mol Helium freigibt 3,4 Millionen Mal so viel Energie.
Da die meisten Kernreaktionen auf sehr kleine Materialproben durchgeführt werden, ist der Maulwurf nicht eine vernünftige Grundlage der Messung. Die Bindungsenergien sind in der Regel in Einheiten von Elektronenvolt (eV) oder Millionen Elektronenvolt (MeV) pro Atom ausgedrückt.
Die Bindungsenergie von Helium ist 28,3 x 10 6 eV / Atom oder 28,3 MeV / Atom.
Berechnungen der Bindungsenergie kann unter Verwendung des folgenden Umrechnungsfaktor zwischen dem Massendefekt in atomaren Masseneinheiten und die Bindungsenergie in Millionen Elektronenvolt vereinfacht werden.
Berechnen der Bindungsenergie von 235 U, wenn die Masse dieses Nuklid 235,0349 amu ist.
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Die Bindungsenergien erhöhen nach und nach mit der Ordnungszahl, obwohl sie dazu neigen, in der Nähe des Ende des Periodensystems einpendeln. Eine nützlichere Menge wird berechnet, indem die Bindungsenergie für ein Nuklid durch die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen enthält, erhalten. Diese Menge wird als die Bindungsenergie pro Nukleon bekannt.
Die Bindungsenergie pro Nukleon im Bereich von etwa 7,5 bis 8,8 MeV für die meisten Kerne, wie unten in der Figur gezeigt. Es erreicht ein Maximum, jedoch bei einer Atommasse von etwa 60 amu. Die größte Bindungsenergie pro Nukleon wird für 56 Fe, beobachtet, welche die stabilste Nuklid im Periodensystem ist.
Die graphische Darstellung der Energie pro Nukleon im Vergleich zu Atommasse Bindung erklärt, warum Energie freigesetzt wird, wenn relativ kleine Kerne größere Kerne in Fusionsreaktionen bilden kombinieren.
Es erklärt auch, warum Energie freigesetzt wird, wenn relativ schwerer Kern gespalten in Spaltung (wörtlich „zu spalten oder spalten“) Reaktionen.
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Berechnen der Fraktion von 14 C, die nach acht Halbwertszeit in einer Probe verbleibt.
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Die Halbwertszeit eines Nuklid kann die Menge eines radioaktiven Isotops nach einer bestimmten Anzahl von Halbwertzeit von links nach abzuschätzen. Für komplexere Berechnungen, ist es einfacher, die Halbwertszeit des Nuklids in eine Geschwindigkeit konstant zu konvertieren und dann verwenden, um die integrierte Form des Geschwindigkeitsgesetzes erste Ordnung in dem kinetischen Abschnitt beschrieben.
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Die Erde wird durch kosmische Strahlung emittiert von der Sonne ständig bombardiert. Die Gesamtenergie in Form von kosmischen Strahlen empfangen ist klein nicht mehr als die Energie, die durch den Planeten von Sternenlicht empfangen. Aber die Energie eines einzelnen kosmischen Strahlung ist sehr groß, in der Größenordnung von mehreren Milliarden Elektronenvolt (0 200 Millionen kJ / mol). Diese hochenergetischen Strahlen reagieren mit Atomen in der Atmosphäre Neutronen zu erzeugen, die dann mit Stickstoffatomen in der Atmosphäre reagieren, 14 C zu erzeugen
Kurz nach dem Zweiten Weltkrieg schlug Willard F. Libby eine Möglichkeit, diese Reaktionen zu verwenden, das Alter von kohlenstoffhaltigen Substanzen zu schätzen. Die 14 C-Dating-Technik, für die Libby den Nobelpreis erhalten wurden folgende Annahmen zugrunde gelegt.
Somit wird durch die Aktivität einer Probe mit der Aktivität von lebendem Gewebe zu vergleichen können wir abschätzen, wie lange es seit dem Organismus gestorben.
Die natürliche Häufigkeit von 14 C ist etwa 1 Teil in 10 12 und die durchschnittliche Aktivität des lebenden Gewebes beträgt 15,3 Zerfälle pro Minute pro Gramm Kohlenstoff. Die Proben für die 14 C-Datierung verwendet wird, können Kohle, Holz, Stoff, Papier, Muscheln, Kalkstein, Fleisch, Haar, Erde, Torf und Knochen umfassen. Da die meisten Eisenproben auch Kohlenstoff enthalten, ist es möglich, die Zeit zu schätzen, da Eisen zuletzt durch die Analyse von 14 C gebrannt wurde
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Wir wissen jetzt, dass einer von Libbys Annahmen ist fraglich: Die Menge von 14 C in der Atmosphäre hat sich mit der Zeit nicht konstant. Aufgrund von Änderungen in der Sonnenaktivität und das Magnetfeld der Erde, hat es um nicht weniger als 5% variiert. In jüngerer Zeit hat mich in der Menge an radioaktivem Kohlenstoff in der Atmosphäre bedeutende Veränderungen Kontamination aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen und der Prüfung von Kernwaffen verursacht. Radiokarbondaten werden daher in den Jahren vor der heutigen Zeit (Kp) berichtet. Vereinbarungsgemäß wird die heutige Zeit angenommen im Jahr 1950 beginnen, wenn 14 C Datierung eingeführt wurde.