Regola di parzialità nel decadimento radioattivo

La regola di polarizzazione per il decadimento radioattivo in radiochimica e fisica nucleare, che è anche nota come legge Soddy-Faience, è la regola che determina la trasformazione di un elemento in un altro durante il decadimento radioattivo. Fu esposto nel 1913 in modo indipendente da due scienziati: il radiochimico inglese Frederick Soddy e il fisico-chimico americano con radici polacche Casimir Fayans.

I risultati di Frederick Soddy nel campo della radioattività

Soddy, insieme a Rutherford, è in prima linea nella scoperta delle trasformazioni atomiche radioattive. Così, nel 1903, Soddy scoprì che il radio emette nuclei di elio durante il suo decadimento. Questo scienziato ha anche dimostrato che gli atomi dello stesso elemento chimico possono avere diverse masse, il che lo ha portato a sviluppare il concetto di isotopi. Soddy stabilì le regole per la rimozione di elementi chimici durante i decadimenti radioattivi alfa e beta, che fu un passo importante nella comprensione della relazione tra famiglie di elementi radioattivi.

Nel 1921 fu premiato Frederick Soddy Premio Nobel per la chimica per importanti scoperte nella fisica degli elementi radioattivi e per indagare sulla natura degli isotopi.

Opere di Casimir Fayans

Questo scienziato ha condotto importanti studi sulla radioattività di vari isotopi e ha sviluppato una teoria quantistica della struttura elettronica delle molecole. Nel 1913, in contemporanea con Frederick Soddy e indipendentemente da lui, i Fayan scoprirono le regole dello spostamento, che regolano la conversione di alcuni elementi chimici in altri nel processo dei decadimenti radioattivi. I Fayan hanno anche scoperto un nuovo elemento chimico, il protaktinium.

Il concetto di radioattività

Prima di considerare le leggi del decadimento radioattivo e le regole di spostamento, è necessario comprendere il concetto di radioattività. In fisica, questa parola significa la capacità dei nuclei di alcuni elementi chimici di emettere radiazioni, che ha le seguenti proprietà:

• capacità di penetrare nei tessuti umani, avere un effetto distruttivo;
• capacità di ionizzare i gas;
• stimolazione del processo di fluorescenza;
• passaggio attraverso vari corpi solidi e liquidi.

A causa di queste capacità, questa radiazione viene solitamente chiamata ionizzante. La natura della radiazione può essere o elettromagnetica, per esempio, Raggi X o radiazione gamma, o per avere un carattere corpuscolare, l'emissione di nuclei di elio, protoni, elettroni, positroni e altre particelle elementari.

Quindi, la radioattività è un fenomeno osservato in nuclei atomici instabili, che sono spontaneamente in grado di trasformarsi in nuclei di elementi più stabili. In termini semplici, un atomo instabile emette radiazioni radioattive per diventare stabile.

Isotopi atomici instabili

Gli isotopi instabili, cioè gli atomi dello stesso elemento chimico che hanno differenti masse atomiche, sono in uno stato eccitato. Questo suggerisce che hanno aumentato l'energia, che si sforzano di dare per andare in uno stato di equilibrio. Dato che tutte le energie di un atomo sono quantizzate, cioè hanno valori discreti, allora il decadimento radioattivo si verifica a causa della perdita di energia cinetica specifica.

L'isotopo instabile nel processo di decadimento radioattivo diventa più stabile, ma ciò non significa che il nucleo appena formato non abbia radioattività, ma potrebbe anche decadere. Un esempio lampante di questo processo è il nucleo dell'uranio-238, che per diversi secoli ha subito una serie di decadimenti, trasformandosi, infine, in un atomo di piombo. Si noti che, a seconda del tipo di isotopo, può decadere spontaneamente, sia in milionesimi di secondo che in miliardi di anni, ad esempio, lo stesso uranio-238 ha un'emivita (tempo per cui metà del decadimento nuclei) pari a 4.468 miliardi di anni, allo stesso tempo, per l'isotopo di potassio-35, questo periodo è di 178 millisecondi.

Diversi tipi di radioattività

L'applicazione di una particolare regola di polarizzazione radioattiva dipende dal tipo di decadimento radioattivo che un particolare elemento sta vivendo. In generale, si distinguono i seguenti tipi di radioattività:

• decadimento alfa;
• decadimento beta;
• decadimento gamma;
• decadimento con emissione di neutroni liberi.

Tutti questi tipi di decadimento radioattivo (ad eccezione dell'emissione di neutroni liberi) sono stati stabiliti da un fisico neozelandese. Ernest Rutherford indietro all'inizio del 20 ° secolo.

Tipi corpuscoli di decadimento

Il decadimento alfa è associato all'emissione di nuclei di elio-4, cioè è una questione di radiazione corpuscolare, le cui particelle sono costituite da due protoni e due neutroni. Ciò significa che la massa di queste particelle è 4 in unità di massa atomica (AEM) e la carica elettrica è +2 in unità di carica elettrica elementare (1 carica elementare nel sistema SI è uguale a 1,602 * 10-19 C). Il nucleo di elio emesso prima del decadimento faceva parte del nucleo di isotopo instabile.

La natura del decadimento beta è l'emissione di elettroni che hanno una massa di 1/1800 AEM e carica -1. A causa del negativo carica di elettroni questo decadimento si chiama beta-negativo. A differenza della particella alfa, l'elettrone non esisteva prima del decadimento nel nucleo atomico, ma era formato come risultato della conversione di un neutrone in un protone. Quest'ultimo è rimasto nel nucleo dopo il decadimento e l'elettrone ha lasciato il nucleo atomico.

Successivamente, è stato scoperto il decadimento beta-positivo, che consiste nell'emettere una antiparticella positronica di un elettrone. Il positrone radioattivo è formato come risultato della reazione inversa rispetto all'elettrone, cioè il protone nel nucleo si trasforma in un neutrone, perdendo la sua carica positiva.

In una serie di trasformazioni radioattive di un nucleo in un altro, vengono emessi neutroni di diverse energie. Come un protone, un neutrone ha una massa di 1 AEM (per essere più precisi, un neutrone è dello 0,137% più pesante di un protone) e ha una carica elettrica zero. Quindi, con questo tipo di decadimento, il nucleo genitore perde solo 1 unità della sua massa.

Decadimento gamma

Il decadimento gamma, a differenza dei precedenti tipi di decadimento, ha una natura elettromagnetica, cioè questa radiazione è simile alla luce a raggi X o visibile, tuttavia, la lunghezza d'onda della radiazione gamma è molto inferiore a quella di qualsiasi altra onda elettromagnetica. I raggi gamma non hanno una massa di riposo e carica. In realtà, i raggi gamma - questa è l'energia extra che esisteva prima del collasso nel nucleo dell'atomo, causandone l'instabilità. L'elemento chimico mantiene la sua posizione nella tavola periodica. D.I. Mendeleev con decadimento gamma.

Radio Shift Rules

Usando queste regole, puoi facilmente determinare quale elemento chimico dovrebbe essere ottenuto da un dato isotopo genitore con un certo tipo di decadimento radioattivo. Spieghiamo queste distorsioni delle regole in fisica:

• Con il decadimento alfa, poiché il nucleo perde 4 masse AEM e +2 unità di carica, si forma un elemento chimico, che è 2 posizioni a sinistra nella tavola periodica di Mendeleev. Ad esempio, ₉₂ U ²³⁸ = ₉₀ Th ²³⁴ , qui il pedice è la carica, quella superiore è la massa del nucleo.
• Nel caso del decadimento beta-negativo, la carica del nucleo genitore aumenta di 1 unità, mentre la massa rimane invariata (la massa dell'elettrone emesso durante questo decadimento è solo dello 0,06% della massa del protone). In questo caso, la regola dello spostamento di equilibrio dice che un isotopo di un elemento chimico dovrebbe essere formato in piedi una cella a destra dell'elemento materno nella tabella DI Mendeleev. Ad esempio, ₈₂ Pb ²¹² = ₈₃ Bi ²¹² .
• La regola dello spostamento durante il decadimento beta-positivo (radiazione di un positrone) afferma che come risultato di questo processo si forma un elemento chimico, che è 1 posizione a sinistra dell'elemento genitore, e ha la stessa massa del nucleo di esso. Ad esempio, ₇ N ¹³ = ₆ C ¹³ .