05. Радиоактивные превращения атомных ядер (Ерюткин Е. С.)

Опыт Резерфорда и планетарная модель атома

На предыдущем уроке мы обсуждали вопрос, связанный экспериментом Резерфорда, в результате которого мы теперь знаем, что атом представляет собой планетарную модель. Модель Резерфорда так и называется – планетарная модель атома. В центре ядра находится массивное положительно заряженное ядро. А вокруг ядра обращаются по своим орбитам электроны.

Свойства альфа-частиц

Вместе с Резерфордом в опытах участие принимал Фредерик Содди. Содди – химик, поэтому свою работу он проводил именно в плане отождествления полученных элементов по их химическим свойствам. Именно Содди удалось выяснить, что же такое -частицы, поток которых попадал на золотую пластинку в опытах Резерфорда. Когда произвели измерения, то выяснилось, что масса -частицы – это 4 атомных единицы массы, а заряд a-частицы составляет 2 элементарных заряда. Сопоставляя эти вещи, накопив определенное количество -частиц, ученые выяснили, что эти частицы превратились в химический элемент – газ гелий.

Химические свойства гелия были известны, благодаря этому Содди и утверждал, что ядра, которые представляют собой -частицы, захватили извне электроны и превратились в нейтральные атомы гелия.

Превращение радия в радон

В дальнейшем основные усилия ученых были направлены на изучение ядра атома. Стало понятно, что все процессы, которые происходят при радиоактивном излучении, происходят не с электронной оболочкой, не с электронами, которые окружают ядра, а с самими ядрами. Именно в ядрах происходят какие-то преобразования, в результате чего образуются новые химические элементы.

Первую такую цепочку удалось получить для превращения элемента радия, который использовался в опытах по радиоактивности, в инертный газ радон с испусканием -частицы  ; реакция в этом случае записывается следующим образом:

Во-первых, a-частица – это 4 атомных единицы массы и двойной, удвоенный элементарный заряд, причем заряд положительный. У радия порядковый номер 88, его массовое число составляет 226, а у радона порядковый номер уже 86, массовое число 222, и появляется a-частица. Это ядро атома гелия. В данном случае мы записываем просто гелий. Порядковый номер 2, массовое число 4.

Ядерные реакции

Реакции, в результате которых образуются новые химические элементы и при этом еще образуются новые излучения и другие химические элементы, получили название ядерных реакций.

Когда стало понятно, что радиоактивные процессы протекают внутри ядра, обратились к другим элементам, не только к радию. Изучая различные химические элементы, ученые поняли, что существуют не только реакции с испусканием, излучением -частицы ядра атома гелия, но и другие ядерные реакции. Например, реакции с испусканием -частицы. Мы теперь знаем, что это электроны. В этом случае тоже образуется новый химический элемент, соответственно, новая частица, это -частица, она же – электрон. Особый интерес в данном случае представляют все химические элементы, у которых порядковый номер больше 83.

Правила смещения

Итак, можно сформулировать т.н. правила Содди, или правила смещения для радиоактивных превращений:

Альфа-распад. . При альфа-распаде происходит уменьшение порядкового номера элемента на 2 и уменьшение атомного веса на 4.

2. Бета-распад. . При бета-распаде происходит увеличение порядкового номера на 1, при этом атомный вес не меняется.

Список дополнительной литературы

1. Бронштейн М.П. Атомы и электроны. «Библиотечка “Квант”». Вып. 1. М.: Наука, 1980

2. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. М.: «Просвещение»

3. Китайгородский А.И. Физика для всех. Фотоны и ядра. Книга 4. М.: Наука

4. Мякишев Г.Я., Синякова А.З. Физика. Оптика Квантовая физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения физики. М.: Дрофа

5. Резерфорд Э. Избранные научные труды. Радиоактивность. М.: Наука

6. Резерфорд Э. Избранные научные труды. Строение атома и искусственное превращение элементов. М.: Наука