Gli isotopi sono ... isotopi radioattivi, il loro decadimento e emivita

Probabilmente non sulla terra una tale persona che non sentisse parlare di isotopi. Ma non tutti sanno cosa sia. La frase "isotopi radioattivi" suona particolarmente terrificante. Questi elementi chimici incomprensibili terrorizzano l'umanità, ma in realtà non sono così terribili come potrebbe sembrare a prima vista.

definizione

Per capire il concetto elementi radioattivi è necessario iniziare col dire che gli isotopi sono campioni dello stesso elemento chimico, ma con massa diversa. Cosa significa? Le domande scompariranno, se ricordiamo per prime la struttura dell'atomo. Consiste di elettroni, protoni e neutroni. Il numero delle prime due particelle elementari nel nucleo di un atomo è sempre costante, mentre i neutroni, aventi la propria massa, possono presentarsi nella stessa sostanza in quantità diverse. Questa circostanza crea una varietà di elementi chimici con diverse proprietà fisiche.

Ora possiamo dare una definizione scientifica del concetto in studio. Quindi, gli isotopi sono un insieme cumulativo di elementi chimici con proprietà simili, ma con diversa massa e proprietà fisiche. Secondo una terminologia più moderna, sono chiamati la pleiade di nucleotidi di un elemento chimico.

Un po 'di storia

All'inizio del secolo scorso, gli scienziati hanno scoperto che lo stesso composto chimico in condizioni diverse può esibire diverse masse di nuclei di elettroni. Da un punto di vista puramente teorico, tali elementi potrebbero essere considerati nuovi e iniziare a riempire con loro celle vuote nella tavola periodica di D. Mendeleev. Ma ci sono solo nove celle libere e gli scienziati hanno scoperto dozzine di nuovi elementi. Inoltre, i calcoli matematici hanno dimostrato che i composti rilevati non potevano essere considerati precedentemente sconosciuti, poiché le loro proprietà chimiche corrispondevano pienamente alle caratteristiche di quelle esistenti.

Dopo lunghe discussioni, si è deciso di chiamare questi isotopi di elementi e metterli nella stessa cella di quelli i cui nuclei contengono lo stesso numero di elettroni con loro. Gli scienziati sono riusciti a determinare che gli isotopi sono solo alcune variazioni degli elementi chimici. Tuttavia, le loro cause e la loro longevità sono state studiate per quasi un secolo. Anche all'inizio del 21 ° secolo, è impossibile affermare che l'umanità sa assolutamente tutto sugli isotopi.

Variazioni persistenti e instabili

Ogni elemento chimico ha diversi isotopi. A causa del fatto che ci sono neutroni liberi nei loro nuclei, non sempre entrano in legami stabili con gli altri componenti dell'atomo. Dopo un po 'di tempo, le particelle libere lasciano il nucleo, a causa del quale cambiano la sua massa e le proprietà fisiche. In questo modo si formano altri isotopi, che alla fine portano alla formazione di una sostanza con un numero uguale di protoni, neutroni ed elettroni.

Quelle sostanze che decadono molto rapidamente sono chiamate isotopi radioattivi. Rilasciano nello spazio un gran numero di neutroni, formando una potente radiazione gamma ionizzante, nota per il suo forte potere penetrante, che influisce negativamente sugli organismi viventi.

Isotopi più stabili non sono radioattivi, poiché la quantità di neutroni liberi emessi da essi non è in grado di generare radiazioni e influenzare in modo significativo altri atomi.

Per molto tempo, gli scienziati hanno stabilito un modello importante: ogni elemento chimico ha i propri isotopi, persistenti o radioattivi. È interessante notare che molti di questi sono stati ottenuti in laboratorio, e la loro presenza nella sua forma naturale è piccola e non sempre fissata dagli strumenti.

Diffuso in natura

In condizioni naturali, il più delle volte ci sono sostanze, la cui massa dell'isotopo è determinata direttamente dal suo numero ordinale nella tabella D. Mendeleev. Ad esempio, l'idrogeno, indicato dal simbolo H, ha la sequenza numero 1 e la sua massa è uguale a uno. I suoi isotopi, 2H e 3H, sono estremamente rari in natura.

Anche il corpo umano ha una certa quantità di isotopi radioattivi. Entrano attraverso il cibo sotto forma di isotopi di carbonio, che a loro volta vengono assorbiti dalle piante dal suolo o dall'aria e diventano parte di materia organica nel processo di fotosintesi. Pertanto, l'uomo, gli animali e le piante emettono un certo background di radiazioni. Solo lui è così basso da non interferire con il normale funzionamento e la crescita.

Le fonti che contribuiscono alla formazione degli isotopi sono gli strati interni del nucleo terrestre e le radiazioni dallo spazio.

Come sapete, la temperatura del pianeta dipende in gran parte dal suo nucleo caldo. Ma solo di recente è diventato chiaro che la fonte di questo calore è una complessa reazione termonucleare, in cui sono coinvolti isotopi radioattivi.

Decadimento isotopico

Poiché gli isotopi sono formazioni instabili, si può presumere che alla fine decadano in nuclei più permanenti di elementi chimici. Questa affermazione è vera perché gli scienziati non sono stati in grado di rilevare la natura di un'enorme quantità di isotopi radioattivi. Sì, e la maggior parte di quelli che sono stati estratti in laboratori, esisteva da un paio di minuti a diversi giorni, e poi di nuovo si trasformava in elementi chimici ordinari.

Ma in natura ci sono anche isotopi che sono molto resistenti alla decomposizione. Possono esistere per miliardi di anni. Tali elementi si formarono in quei tempi lontani, quando la terra si stava ancora formando, e persino la crosta solida non era sulla sua superficie.

Gli isotopi radioattivi decadono e si riformano molto rapidamente. Pertanto, al fine di facilitare la valutazione della resistenza dell'isotopo, gli scienziati hanno deciso di considerare la categoria della sua emivita.

Mezza vita

Non tutti i lettori possono immediatamente capire cosa si intende con questo concetto. Definiamolo. L'emivita di un isotopo è il tempo in cui la metà condizionale della sostanza assunta cesserà di esistere.

Ciò non significa che il resto della connessione verrà distrutto nello stesso tempo. In relazione a questa metà, è necessario considerare un'altra categoria - il periodo di tempo per il quale la seconda parte, cioè un quarto della quantità iniziale di una sostanza, scomparirà. E questa considerazione continua indefinitamente. Si può presumere che il tempo di completa disintegrazione della quantità iniziale di una sostanza sia semplicemente impossibile da contare, poiché questo processo è quasi infinito.

Tuttavia, gli scienziati, conoscendo l'emivita, possono determinare la quantità di sostanza esistente all'inizio. Questi dati sono usati con successo nelle scienze correlate.

Nel mondo scientifico moderno, il concetto di degrado totale non è praticamente usato. Per quanto riguarda ogni isotopo, è consuetudine indicare la sua emivita, che varia da pochi secondi a molti miliardi di anni. Più bassa è la semivita, maggiore è la radiazione prodotta dalla sostanza e maggiore è la sua radioattività.

Fortificazione minerale

In alcuni settori della scienza e della tecnologia, l'uso di una quantità relativamente grande di sostanze radioattive è considerato obbligatorio. Ma allo stesso tempo in condizioni naturali ce ne sono pochissimi.

È noto che gli isotopi non sono varianti comuni di elementi chimici. Il loro numero è misurato da una piccola percentuale della varietà più resistente. Ecco perché gli scienziati hanno bisogno di arricchire artificialmente i materiali fossili.

Nel corso degli anni di ricerca, è stato scoperto che il decadimento di un isotopo è accompagnato da una reazione a catena. I neutroni rilasciati di una sostanza iniziano a influenzarne un'altra. Di conseguenza, i nuclei pesanti si dividono in quelli più leggeri e si ottengono nuovi elementi chimici.

Questo fenomeno è chiamato la reazione a catena, a seguito della quale è possibile ottenere isotopi più persistenti, ma meno comuni, che vengono poi utilizzati nell'economia nazionale.

Applicazione di energia di decadimento

Inoltre, gli scienziati hanno scoperto che durante il decadimento di un isotopo radioattivo, viene rilasciata un'enorme quantità di energia libera. La sua quantità viene solitamente misurata da un'unità di Curie pari al tempo di fissione di 1 g di radon-222 per 1 secondo. Più alto è questo indicatore, più energia viene rilasciata.

Questa è stata la ragione per sviluppare modi per utilizzare l'energia libera. Quindi c'erano i reattori atomici in cui è posizionato l'isotopo radioattivo. La maggior parte dell'energia rilasciata da loro viene raccolta e trasformata in energia elettrica. Sulla base di questi reattori, sono state costruite centrali nucleari che forniscono l'elettricità più economica. Versioni ridotte di tali reattori mettono su meccanismi a propulsione autonoma. Dato il rischio di incidenti, molto spesso tali macchine sono sottomarini. In caso di guasto di un reattore, il numero di vittime su un sottomarino sarà più facile da ridurre al minimo.

Un'altra opzione molto spaventosa per l'utilizzo dell'emivita è rappresentata dalle bombe atomiche. Durante la seconda guerra mondiale, sono stati testati sull'umanità a Città giapponesi Hiroshima e Nagasaki. Le conseguenze furono molto tristi. Pertanto, il mondo ha un accordo sul non uso di queste armi pericolose. In un posto con i grandi stati, con particolare attenzione alla militarizzazione, e oggi continuano a fare ricerche in questo settore. Inoltre, molti di loro fabbricano segretamente bombe atomiche dalla comunità mondiale, che sono migliaia di volte più pericolose di quelle usate in Giappone.

Isotopi in medicina

Per scopi pacifici, il decadimento degli isotopi radioattivi è stato appreso all'uso in medicina. Dirigere le radiazioni verso l'area interessata del corpo, è possibile interrompere il decorso della malattia o aiutare il paziente a riprendersi completamente.

Ma più spesso gli isotopi radioattivi vengono utilizzati per la diagnostica. Il fatto è che il loro movimento e la natura del grappolo sono più facili da registrare dalle radiazioni che producono. Quindi, una certa quantità non pericolosa di una sostanza radioattiva viene iniettata nel corpo umano, ei medici usano gli strumenti per osservare come e dove va.

Quindi, il lavoro è diagnosticato del cervello, la natura dei tumori del cancro, in particolare il funzionamento delle ghiandole della secrezione interna ed esterna.

Applicazione in archeologia

È noto che negli organismi viventi c'è sempre carbonio radioattivo 14, l'emivita dell'isotopo di cui è 5570 anni. Inoltre, gli scienziati sanno quanto di questo elemento è contenuto nel corpo fino alla sua morte. Ciò significa che tutti gli alberi tagliati emettono la stessa quantità di radiazioni. Nel tempo, l'intensità della radiazione diminuisce.

Questo aiuta gli archeologi a determinare per quanto tempo sia morto l'albero da cui hanno costruito la cambusa o qualsiasi altra nave, e quindi il tempo di costruzione stesso. Questo metodo di ricerca è chiamato analisi del carbonio radioattivo. Grazie a lui, gli scienziati sono più facili da stabilire la cronologia degli eventi storici.