Радиоактивті ыдырау кезіндегі ядролардың өзгеруі. Радиоактивті ыдыраудың атом ядроларының өзгеруі. Радиацияның адам ағзасына әсері. Радиацияның әсері

Сұрақтар.

1. α ыдырауы нәтижесінде радиймен не болады?

Радий Ra (металл) ыдырағанда, α-бөлшектердің шығарылуымен радон Ra (газ) -ға айналады.

2. α- немесе β- ыдырау нәтижесінде радиоактивті химиялық элементтермен не болады?

α- және β-ыдырау кезінде бір химиялық элементтің екіншісіне айналуы жүреді.

3. Радиоактивті ыдырау кезінде атомның қай бөлігі – ядро ​​немесе электронды қабат өзгерістерге ұшырайды? Неге бұлай ойлайсыз?

Радиоактивті түрлену кезінде атом ядросы өзгеріске ұшырайды, өйткені Бұл атомның химиялық қасиеттерін анықтайтын ядросы.

4. Радийдің α-ыдырау реакциясын жазып, осы белгілеудегі әрбір таңбаның нені білдіретінін түсіндіріңіз.

5. Элементтің әріптік белгісінің алдында келетін жоғарғы және төменгі сандар қалай аталады?

Олар массалар мен заряд сандары деп аталады.

6. Массалық сан дегеніміз не? төлем нөмірі?

Масса саны берілген атомның атомдық массалық бірліктерінің бүтін санына тең.
Заряд саны берілген атом ядросының элементар электр зарядтарының санына тең.

7. Радийдің а-ыдырау реакциясына мысал келтіріп, зарядтың (заряд саны) және массалық санның сақталу заңдары қандай екенін түсіндіріңіз.

Масса саны мен зарядтардың сақталу заңы радиоактивті түрленулер кезінде атомдардың массалық сандарының қосындысының мәні мен түрлендіруге қатысатын барлық бөлшектердің зарядтарының қосындысының мәні тұрақты шама болатынын айтады.

8. Резерфорд пен Содди ашқан жаңалықтан қандай қорытынды шықты?

Атомдардың ядролары күрделі құрамға ие деген қорытынды жасалды.

9. Радиоактивтілік дегеніміз не?

Радиоактивтілік – кейбір атом ядроларының бөлшектер шығару арқылы өздігінен басқа ядроларға айналу қабілеті.

Жаттығулар.

1. Мына элементтер атомдарының ядроларының массасын (амумен натурал сандармен) және зарядын (элементар зарядтармен) анықтаңыз: көміртегі 12 6 С; литий 6 3 Li; кальций 40 20 Ca.

2. Алдыңғы есепте келтірілген химиялық элементтердің әрқайсысының атомдарында қанша электрон бар?

3. 6 3 Li литий атомының ядросының массасы 1 1 H сутегі атомының ядросының массасынан неше есе артық екенін (натурал сандар шегінде) анықтаңыз.

4. Бериллий атомының ядросы үшін 9 4 Be анықтаңыз: а) массалық сан; б) а-дағы ядроның массасы. e.m (бүтін сандарға дейін дәл); в) ядроның массасы көміртегі атомының 1/12 массасынан неше есе артық 12 6 С (натурал сандарға дейін дәл): г) заряд саны; д) элементар электр зарядтарындағы ядролық заряд; f) элементар электр зарядтарындағы атомдағы барлық электрондардың толық заряды; ж) атомдағы электрондар саны.

5. Масса саны мен зарядының сақталу заңдарын пайдалана отырып, келесі β-ыдырау реакциясы нәтижесінде түзілген Х химиялық элементінің ядросының массалық саны мен зарядын анықтаңыз:

14 6 C → X + 0 -1 e,

мұндағы 0 -1 e - β-бөлшек (электрон). Бұл элементті оқулықтағы Д.И.Менделеев кестесінен табыңыз. Ол не деп аталады?

1. РАДИОАКТИВТІ ТРАНСФОРМАЦИЯЛАР

Эрнест Рутерфорд Жаңа Зеландияда ағылшын отбасында дүниеге келген. Жаңа Зеландияда ол жоғары білім алды, содан кейін 1895 жылы Кембриджге келіп, Томсонның ассистенті ретінде ғылыми жұмысқа кіріседі. 1898 жылы Рутерфорд Монреальдағы МакГилл университетінің (Канада) физика кафедрасына шақырылып, Кембриджде басталған радиоактивтілік туралы зерттеулерін жалғастырды.

1899 жылы Монреальда Рутерфордтың әріптесі Оунес оған торийдің радиоактивтілігі ауа ағындарына сезімтал екенін хабарлады. Бұл бақылау қызық болып көрінді, Резерфорд қызығушылық танытып, торий қосылыстарының радиоактивтілігі, егер торий жабық ампулада болса, қарқындылығы тұрақты болып қалатынын, ал эксперимент ашық ауада жүргізілсе, ол тез төмендейтінін, тіпті әлсіз екенін анықтады. ауа ағындары нәтижелерге әсер етеді. Сонымен қатар, торий қосылыстарына жақын жерде орналасқан денелер біраз уақыттан кейін өздері де радиоактивті сияқты сәуле шығара бастайды. Резерфорд бұл қасиетті «қоздырғыш белсенділік» деп атады.

Резерфорд көп ұзамай торий қосылыстары альфа-бөлшектерден басқа, өз кезегінде радиоактивті болып табылатын басқа бөлшектерді шығарады деп есептесек, бұл құбылыстардың барлығын оңай түсіндіруге болатынын түсінді. Ол осы бөлшектерден тұратын затты «эманация» деп атады және оны радиоактивті газға ұқсас деп санады, ол осы эманацияны шығаратын торийдің жанында орналасқан денелерде көрінбейтін жұқа қабатта орналасқан, бұл денелерге айқын радиоактивтілік береді. Осы болжамды басшылыққа ала отырып, Резерфорд торий препаратымен жанасқан ауаны жай ғана алу, содан кейін оны ионизациялау камерасына енгізу арқылы осы радиоактивті газды ажырата алды, осылайша оның белсенділігі мен негізгі физикалық қасиеттерін анықтады. Атап айтқанда, Резерфорд эманацияның радиоактивтілігінің дәрежесі (кейінірек торон деп аталды, дәл солай радий мен актиний шығаратын радиоактивті газдар радон және актинон деп аталды) уақытқа байланысты экспоненциалды түрде өте тез төмендейтінін көрсетті: әр минут сайын белсенділік екі есе азаяды. он минутта ол мүлдем байқалмайды.

Сонымен қатар, Кюрилер радийдің жақын маңдағы денелердің белсенділігін қоздыру қабілеті бар екенін көрсетті. Радиоактивті ерітінділердің шөгінділерінің радиоактивтілігін түсіндіру үшін олар Беккерель ұсынған теорияны қабылдап, бұл жаңа құбылысты «индукцияланған радиоактивтілік» деп атады. Кюрилер индукцияланған радиоактивтілікті радий шығаратын сәулелер арқылы денелердің кейбір ерекше қозуынан туындайды деп есептеді: олар бұл құбылысты тікелей салыстырған фосфоресценцияға ұқсас нәрсе. Алайда, Резерфорд «қозған белсенділік» туралы айта отырып, бастапқыда 19 ғасыр физикасы қабылдауға әбден дайын болған индукция құбылысын да еске алған болуы керек. Бірақ Резерфорд Кюрилерден де көп нәрсені бұрыннан білетін: ол қозу немесе индукция торий әсерінің тікелей салдары емес, эманация әрекетінің нәтижесі екенін білді. Ол кезде Кюрилер радийдің шығуын әлі ашқан жоқ, оны Латер мен Дорн 1900 жылы Резерфорд ториймен бұрын жүргізген радийді зерттеуді қайталағаннан кейін алған.

1900 жылдың көктемінде өзінің жаңалығын жариялаған Резерфорд зерттеуін тоқтатып, үйлену тойы өтетін Жаңа Зеландияға оралды. Сол жылы Монреальға қайтып келгенде, ол 1898 жылы Оксфордта химия факультетін бітірген және Монреальға жақында келген Фредерик Соддимен (1877-1956) кездесті. Бұл екі жастың кездесуі физика тарихы үшін қуанышты оқиға болды. Резерфорд Соддиге өзінің ашқан жаңалығы туралы айтып, ол торонды оқшаулай алғанын айтты, осында ашылып жатқан зерттеулердің кең өрісін атап өтті және оны торий қосылысын бірлескен химиялық және физикалық зерттеу үшін топтастыруға шақырды. Содди келісті.

Бұл зерттеу жас ғалымдарға екі жылға созылды. Содди, атап айтқанда, торийдің шығуының химиялық табиғатын зерттеді. Ол өз зерттеулерінің нәтижесінде жаңа газдың белгілі химиялық реакцияларға мүлдем түспейтінін көрсетті. Сондықтан оны инертті газдар санына жатқызу керек болды, атап айтқанда (Содди 1901 жылдың басында анық көрсеткендей) жаңа газ өзінің химиялық қасиеттері бойынша аргонға ұқсас (бұл оның бірі екені қазір белгілі. изотоптары), 1894 жылы Рэйлей мен Рэмсей ауада ашқан

Екі жас ғалымның қажырлы еңбегі жаңа маңызды жаңалықпен аяқталды: олардың препараттарында ториймен бірге химиялық қасиеттері бойынша торийден ерекшеленетін, торийден кем дегенде бірнеше мың есе белсендірек болатын тағы бір элемент ашылды. Бұл элемент торийден аммиакпен тұндыру арқылы химиялық жолмен бөлінген. 1900 жылы уран уранынан алған радиоактивті элементті Х деп атаған Уильям Крукстың үлгісіне сүйене отырып, жас ғалымдар жаңа радиоактивті элементті торий Х деп атады. Бұл жаңа элементтің белсенділігі төрт күн ішінде екі есе азаяды; егжей-тегжейлі зерттеу үшін бұл уақыт жеткілікті болды. Зерттеулер бұлтартпас қорытынды жасауға мүмкіндік берді: торийдің эманациясы, көрінгендей, торийден мүлде алынбайды, ал торий X. Егер торийдің белгілі бір үлгісінде Х торийден бөлінген болса, онда оның қарқындылығы торий сәулеленуі бөлінуден бұрынғыдан әлдеқайда аз болды, бірақ жаңа радиоактивті заттың үнемі түзілуіне байланысты экспоненциалды заңға сәйкес уақыт өте келе біртіндеп өсті.

1902 жылғы бірінші еңбекте ғалымдар осы құбылыстардың барлығын түсіндіре отырып, мынадай қорытындыға келді:

«...радиоактивтілік – химиялық өзгерістермен жүретін атомдық құбылыс, онда заттардың жаңа түрлері пайда болады. Бұл өзгерістер атомның ішінде болуы керек, ал радиоактивті элементтер атомдардың өздігінен өзгерулері болуы керек... Сондықтан радиоактивтілікті атом ішілік химиялық процестің көрінісі ретінде қарастыру керек». (Философиялық журнал, (6), 4, 395 (1902)).

Келесі жылы олар нақтырақ жазды:

«Радиоактивті элементтер барлық басқа элементтер арасында ең жоғары атомдық массаға ие. Бұл, шын мәнінде, олардың жалғыз ортақ химиялық қасиеті. Атомдық ыдырау және массасы сутегі атомының массасымен бірдей ауыр зарядталған бөлшектердің лақтырылуы нәтижесінде бастапқыдан жеңіл, физикалық және химиялық қасиеттері бұрынғыдан мүлдем басқаша жаңа жүйе қалады. бастапқы элемент. Ыдырау процесі бір рет басталып, белгілі бір жылдамдықпен бір кезеңнен екінші кезеңге ауысады, бұл өте өлшенетін. Әрбір кезеңде бір немесе бірнеше α бөлшектері α бөлшектері немесе электрондары шығарылған соңғы кезеңдерге жеткенше шығарылады. Бөлшек шығарылғаннан кейін бастапқы атомнан алынған және белгілі бір уақыт аралығында ғана өмір сүретін, үнемі әрі қарай өзгерістерге ұшырайтын атомдардың жаңа фрагменттеріне және жаңа атомдарға арнайы атаулар берген жөн сияқты. Олардың ерекше қасиеті - тұрақсыздық. Олардың жинақталатын мөлшері өте аз, сондықтан оларды қарапайым әдістермен зерттеу мүмкін емес. Тұрақсыздық және соған байланысты сәуле шығару бізге оларды зерттеуге мүмкіндік береді. Сондықтан біз атомдардың бұл фрагменттерін «метаболондар» деп атауды ұсынамыз». (Философиялық журнал, (6), 5, 536 (1903)).

Ұсынылған термин сақталмады, өйткені теорияны тұжырымдаудың бұл алғашқы сақтық әрекетін көп ұзамай авторлардың өздері түзетіп, оқырманның өзі атап өткен бірқатар түсініксіз тармақтарда нақтыланды. Өзінің түзетілген түрінде теория жаңа терминді қажет етпеді және он жылдан кейін осы уақытқа дейін әлемге әйгілі ғалым және физика бойынша Нобель сыйлығының лауреаты атанған жас ғалымдардың бірі былайша білдірді:

«Радиоактивті заттың атомдары өздігінен модификацияға ұшырайды. Әр сәтте атомдардың жалпы санының шағын бөлігі тұрақсыз болып, жарылғыш түрде ыдырайды. Жағдайлардың басым көпшілігінде атомның фрагменті – α-бөлшегі – орасан зор жылдамдықпен шығарылады, кейбір басқа жағдайларда жарылыс жылдам электронның лақтырылуымен және рентген сәулелерінің пайда болуымен бірге жүреді; үлкен ену күші және γ-сәулелену ретінде белгілі. Радиация атомдардың түрленуімен бірге жүреді және олардың ыдырау дәрежесін анықтайтын өлшем ретінде қызмет етеді. Атомдық түрлену нәтижесінде физикалық және химиялық қасиеттері бойынша бастапқы заттан мүлде басқа заттың мүлде жаңа түрі түзілетіні анықталды. Бұл жаңа зат, алайда, өзі де тұрақсыз болып табылады және тән радиоактивті сәуле шығарумен түрлендіруге ұшырайды...

Осылайша, кейбір элементтердің атомдары кәдімгі молекулалық модификациялар кезінде бөлінетін энергиямен салыстырғанда орасан зор мөлшерде энергияның шығарылуымен бірге өздігінен ыдырауға ұшырайтыны нақты анықталған» ( Э.Резерфорд, Атомның құрылымы, Scientia, 16, 339 (1914)).

1903 жылы келтірілген мақалада Рутерфорд пен Содди «метаболондар» кестесін құрастырды, олар өздерінің теориясына сәйкес, өздерінің тәжірибелері мен басқа ғалымдардың тәжірибесіне сәйкес ыдырау өнімдері ретінде қалыптасады:

Бұл радиоактивті заттардың алғашқы «әулет ағаштары». Табиғи радиоактивті элементтердің осы тұқымдастарында бірте-бірте басқа заттар орын алды және мұндай тек үш отбасы бар екені анықталды, олардың екеуінде уран, ал үшіншісі торий бар. Бірінші отбасында 14 «ұрпағы» бар, яғни бірізді ыдырау нәтижесінде бір-бірінен пайда болған 14 элемент, екіншісі - 10, үшінші - 11; кез келген заманауи физика оқулығында сіз осы «отбасылық ағаштардың» толық сипаттамасын таба аласыз.

Бір ескерту жасайық. Енді Резерфорд пен Содди өз тәжірибелерінің нәтижесінде келді деген қорытынды өзінен-өзі түсінікті болып көрінуі мүмкін. Негізінде, біз не туралы сөйлестік? Біраз уақыттан кейін бастапқыда таза торийдің құрамында жаңа элементтің қоспасы болғаны, ол өз кезегінде радиоактивті болған газдың пайда болғаны. Жаңа элементтердің қалыптасуын анық көруге болады. Көрнекі түрде, бірақ көп емес. Жаңа элементтердің пайда болған мөлшерлері сол кездегі ең дәл химиялық талдау үшін қажетті ең төменгі дозалардан өте алыс екенін есте ұстаған жөн. Біз радиоактивті әдістермен, фотосуретпен және ионизациямен ғана анықталатын әрең байқалатын іздер туралы айттық. Бірақ бұл әсерлердің барлығын басқа жолмен түсіндіруге болады (индукция, бастапқы препараттарда жаңа элементтердің басынан бастап болуы, радийдің ашылуы кезіндегідей және т.б.). Крукс та, Кюри де осыған ұқсас құбылыстарды байқағанымен, ыдыраудың соншалықты айқын емес екендігі анық. Атомизм салтанат құрған 1903 жылы элементтердің өзгеруі туралы айту үлкен батылдықты қажет еткені туралы да үнсіз қалу мүмкін емес. Бұл гипотеза ешбір жағдайда сынның барлық түрінен қорғалған емес және, мүмкін, егер Резерфорд пен Содди оны бірнеше онжылдықтар бойы таңғажайып табандылықпен қорғап, жаңа дәлелдерге жүгінбесе, тұрмас еді, ол туралы кейінірек айтатын боламыз.

Радиоактивті емес элементтердегі радиоактивтіліктің әрбір көрінісімен жаңа радиоактивті элементтерді іздеудегі күш-жігердің шашырауына жол бермей, радиоактивті индукция теориясы да ғылымға үлкен қызмет еткенін осы жерде қосу орынды сияқты.

2. α-БӨЛШЕКТЕРДІҢ ТАБИҒАТЫ

Радиоактивті ыдырау теориясының өте маңызды сәті, біз осы уақытқа дейін өткен болатынбыз, бірақ ұсынудың қарапайымдылығы үшін үнсіздікте, радиоактивті заттар шығаратын α-бөлшектердің табиғаты, оларға қатысты гипотеза. Корпускулярлық қасиеттер Резерфорд пен Содди теориясы үшін шешуші мәнге ие.

Алғашында α-бөлшектер – затпен оңай жұтылатын сәулеленудің баяу құрамдас бөлігі – оларды Резерфорд ашқаннан кейін олар негізінен жылдам β-сәулелерге қызығушылық танытқан физиктердің назарын аударған жоқ. α-бөлшектер.

Резерфордтың α бөлшектерінің радиоактивті процестерді түсіндірудегі маңыздылығын алдын ала болжауы және оларды зерттеуге көп жылдарды арнауы Резерфорд данышпанының айқын бір көрінісі және оның жұмысының табыстылығын анықтайтын негізгі факторлардың бірі болып табылады.

1900 жылы Роберт Рэйли (Роберт Стрет, Джон Уильям Рэйлейдің ұлы) және оған тәуелсіз Крукс α бөлшектерінің оң зарядты алып жүретіндігі туралы эксперименттік дәлелдермен расталмаған гипотезаны алға тартты. Бүгін біз α-бөлшектерді эксперименттік зерттеу жолында тұрған қиындықтарды жақсы түсінеміз. Бұл қиындықтар екі жақты: біріншіден, α бөлшектері β бөлшектерге қарағанда әлдеқайда ауыр, сондықтан олар электр және магнит өрістерінің әсерінен аздап ауытқиды, және, әрине, айтарлықтай ауытқуды тудыру үшін қарапайым магнит жеткіліксіз болды; екіншіден, α-бөлшектер ауамен тез сіңеді, бұл оларды бақылауды одан да қиындатады.

Резерфорд екі жыл бойы альфа бөлшектерін магнит өрісінде бұрмалауға тырысты, бірақ барлық уақытта ол белгісіз нәтижелерге қол жеткізді. Ақырында, 1902 жылдың аяғында, Пьер Кюридің мейірімді делдалдық арқасында, ол жеткілікті мөлшерде радий ала алды, ол көрсетілген құрылғының көмегімен магниттік және электрлік өрістердегі α бөлшектерінің ауытқуын сенімді түрде анықтай алды. 364-бетте.

Ол байқаған ауытқу α бөлшектің оң зарядты алып жүргенін анықтауға мүмкіндік берді; ауытқудың табиғаты бойынша Резерфорд сонымен қатар α бөлшектерінің жылдамдығы шамамен жарық жылдамдығының жартысына тең екенін анықтады (кейінгі нақтылаулар жылдамдықты жарық жылдамдығының шамамен оннан біріне дейін азайтты); e/m қатынасы шамамен 6000 электромагниттік бірлік болды. Бұдан шығатыны, егер α-бөлшек элементар зарядты алып жүрсе, онда оның массасы сутегі атомының массасынан екі есе көп болуы керек. Резерфорд бұл деректердің барлығы өте жуық екенін білді, бірақ олар әлі де бір сапалы қорытынды жасауға мүмкіндік берді: α-бөлшектердің массасы атомдық массалармен бірдей ретті, сондықтан Голдштейн байқаған арналық сәулелерге ұқсас, бірақ бар айтарлықтай жоғары жылдамдық. Алынған нәтижелер, дейді Резерфорд, «радиактивті процестерді жарықтандырады», және біз бұл жарықтың шағылысқанын Рутерфорд пен Соддидің еңбектерінен үзінділерден көрдік.

1903 жылы Мари Кюри қазір барлық физика оқулықтарында сипатталған қондырғының көмегімен Резерфордтың ашылуын растады, онда радий шығаратын барлық сәулелер тудыратын сцинтилляцияның арқасында α-бөлшектердің қарама-қарсы ауытқуларын бір уақытта байқауға болады. және β-сәулелері және γ-сәулеленудің электр және магнит өрістеріне иммунитеті.

Радиоактивті ыдырау теориясы Резерфорд пен Соддиді элементтердің радиоактивті түрленуінің нәтижесінде пайда болатын барлық тұрақты заттар радиоактивті рудаларда болуы керек деген идеяға әкелді, бұл өзгерістер мыңдаған жылдар бойы болып келеді. Рамсей мен Траверс уран кенінен табылған гелийді радиоактивті ыдырау өнімі деп санау керек емес пе?

1903 жылдың басынан бастап радиоактивтілікті зерттеу Гизельдің («Хининфабрик» компаниясы, Брауншвейг) құрамында 50% таза элементі бар радий бромиді гидраты сияқты таза радий қосылыстарын салыстырмалы түрде шығаруының арқасында күтпеген жаңа серпін алды. қолайлы бағалар. Бұрын таза элементтің ең көбі 0,1% құрайтын қосылыстармен жұмыс істеу керек еді!

Сол кезде Содди Лондонға қайтып оралып, сол кездегі осындай зерттеулерді жүргізуге болатын әлемдегі жалғыз зертхана болған Рэмси химиялық зертханасында эманацияның қасиеттерін зерттеуді жалғастырды. Ол сатылымға шыққан 30 мг препаратты сатып алды және бұл сома оған сол 1903 жылы Рэмсимен бірге бірнеше айлық радийде гелий бар екенін және гелийдің ыдырау кезінде түзілетінін дәлелдеуге жеткілікті болды. эманация туралы.

Бірақ гелий радиоактивті түрленулер кестесінде қандай орынды иеленді? Бұл радийдің түрленуінің соңғы өнімі ме, әлде оның эволюциясының қандай да бір кезеңінің өнімі ме? Резерфорд көп ұзамай гелийдің радий шығаратын α-бөлшектерден пайда болатынын, әрбір α-бөлшегі екі оң зарядты гелий атомы екенін түсінді. Бірақ мұны дәлелдеу үшін көптеген жылдар қажет болды. Дәлел Резерфорд пен Гейгер α-бөлшектерді санауыш ойлап тапқан кезде ғана алынды, оны біз тарауда қарастырдық. 13. Жеке α бөлшектің зарядын өлшеу және e/m қатынасын анықтау бірден оның массасына m гелий атомының массасына тең мән берді.

Бірақ бұл зерттеулер мен есептеулердің барлығы α-бөлшектердің гелий иондарымен бірдей екендігін әлі нақты дәлелдеген жоқ. Шындығында, егер, айталық, α-бөлшектің лақтырылуымен бір мезгілде гелий атомы шығарылса, онда барлық тәжірибелер мен есептеулер жарамды болып қала береді, бірақ α-бөлшек сутегі атомы немесе басқа да белгісіз зат болуы мүмкін. Резерфорд мұндай сынның мүмкіндігін жақсы түсінді және оны жоққа шығару үшін 1908 жылы Ройдспен бірге жоғарыдағы суретте схемалық түрде бейнеленген қондырғыны пайдалана отырып, өз гипотезасын шешуші дәлелдеді: радон шығаратын α-бөлшектер жиналады және спектроскопиялық талдау үшін түтікте жинақталған; бұл жағдайда гелийдің тән спектрі байқалады.

Осылайша, 1908 жылдан бастап α бөлшектерінің гелий иондары екендігіне және гелийдің табиғи радиоактивті заттардың құрамдас бөлігі екендігіне күмәнданбады.

Басқа сұраққа көшпес бұрын, уран рудаларында гелий ашылғаннан кейін бірнеше жыл өткен соң американдық химик Болтвуд құрамында уран мен торий бар рудаларды зерттей келе, келесі кезектегі серияның соңғы радиоактивті емес өнімі деген қорытындыға келгенін қосайық. уранның трансформациясы қорғасын болып табылады және оған қоса радий мен актинийдің өзі уранның ыдырау өнімдері болып табылады. Сондықтан Резерфорд пен Соддидің «метаболондар» кестесі айтарлықтай өзгеріске ұшыраған болуы керек.

Атомдық ыдырау теориясы тағы бір жаңа қызықты нәтижеге әкелді. Радиоактивті түрлендірулер сол кезде белгілі (1930 ж.) ешбір физикалық фактормен өзгерте алмайтын тұрақты жылдамдықпен жүретіндіктен, уран рудасындағы уран, қорғасын және гелий мөлшерінің қатынасымен, руданың өзі жасы анықтауға болады, яғни Жердің жасы. Бірінші есеп бір миллиард сегіз жүз миллион жылды көрсетті, бірақ бұл салада маңызды зерттеулер жүргізген Джон Джоли (1857-1933) мен Роберт Рэйли (1875-1947) бұл болжамды өте дұрыс емес деп санады. Қазір уран кендерінің жасы шамамен бір жарым миллиард жыл деп есептеледі, бұл бастапқы бағалаудан айтарлықтай ерекшеленбейді.

3. РАДИОАКТИВТІЛІКТІҢ НЕГІЗГІ ЗАҢЫ

Резерфорд торийдің шығарылу белсенділігінің уақыт бойынша төмендеуінің экспоненциалды заңын тәжірибе жүзінде бекіткенін жоғарыда айттық: белсенділік шамамен бір минут ішінде екі есе азаяды. Резерфорд және басқалары зерттеген барлық радиоактивті заттар сапалық жағынан бірдей заңға бағынды, бірақ олардың әрқайсысының өз жартылай ыдырау периоды болды. Бұл эксперименттік факт қарапайым формуламен өрнектеледі ( Бұл формула ұқсайды

мұндағы λ – жартылай ыдырау кезеңінің тұрақтысы, ал оның кері мәні – элементтің орташа өмір сүру уақыты. Атомдар санының екі есе азаюына қажетті уақыт жартылай ыдырау периоды деп аталады. Жоғарыда айтқанымыздай, A элементтен элементке айтарлықтай өзгереді, демек, оған тәуелді барлық басқа шамалар да өзгереді. Мысалы, I уранның орташа өмір сүру ұзақтығы 6 миллиард 600 миллион жыл, ал актиний А секундтың үш мыңнан үш бөлігін құрайды), бұл бастапқы сәтте радиоактивті атомдардың N 0 саны мен радиоактивті атомдардың саны арасындағы байланысты анықтайды. әлі ыдыраған сәтте t. Бұл заңды басқаша көрсетуге болады: белгілі бір уақыт аралығында ыдырайтын атомдардың үлесі элементті сипаттайтын тұрақты шама болып табылады және радиоактивті ыдырау константасы деп аталады, ал оның кері мәні орташа өмір сүру уақыты деп аталады.

1930 жылға дейін бұл құбылыстың табиғи жылдамдығына аз да болса әсер ететін фактор белгілі болған жоқ. 1902 жылдан бастап Резерфорд пен Содди, содан кейін көптеген басқа физиктер радиоактивті денелерді әртүрлі физикалық жағдайларға орналастырды, бірақ ешқашан радиоактивті ыдырау константасының ең кішкентай өзгерісін алмады.

«Радиоактивтілік, - деп жазды Резерфорд пен Содди, - ол туралы біздің қазіргі білімімізге сәйкес, біз білетін және басқаратын күштердің әрекет ету аясынан толығымен тыс қалатын процестің нәтижесі ретінде қарастырылуы керек; оны құруға да, өзгертуге де, тоқтатуға да болмайды». (Философиялық журнал, (6), 5, 582 (1903).).

Элементтің орташа өмір сүру уақыты әрбір элемент үшін өзгермейтін, нақты анықталған тұрақты шама, бірақ берілген элементтің жеке атомының жеке өмір сүру уақыты мүлдем белгісіз. Орташа өмір сүру уақыты уақыт өткен сайын қысқармайды: жаңадан пайда болған атомдар тобы үшін де, ерте геологиялық дәуірлерде қалыптасқан атомдар тобы үшін де бірдей. Қысқасы, антропоморфтық салыстыруды пайдалана отырып, радиоактивті элементтердің атомдары өледі, бірақ қартамайды деп айта аламыз. Жалпы, радиоактивтiлiктiң негiзгi заңы әуел бастан-ақ мүлде түсiнiксiз болып көрiндi, бүгiнгi күнге дейiн сақталып келедi.

Осы айтылғандардың барлығынан радиоактивтілік заңының ықтималдық заңы екені анық және бірден анық болды. Ол атомның белгілі бір сәтте ыдырау мүмкіндігі бар барлық радиоактивті атомдар үшін бірдей деп дәлелдейді. Осылайша біз статистикалық заң туралы айтып отырмыз, ол қарастырылатын атомдар саны неғұрлым көп болса, соғұрлым айқынырақ болады. Егер радиоактивтілік құбылысына сыртқы себептер әсер еткен болса, онда бұл заңның түсіндірмесі өте қарапайым болар еді: бұл жағдайда белгілі бір сәтте ыдырайтын атомдар сыртқы әсер етуші факторларға қатысты ерекше қолайлы жағдайда болатын атомдар болады. себеп. Атомның ыдырауына әкелетін бұл ерекше жағдайларды, мысалы, атомдардың жылулық қозуымен түсіндіруге болады. Басқаша айтқанда, радиоактивтіліктің статистикалық заңы сол кезде классикалық физиканың статистикалық заңдарымен бірдей мағынаға ие болар еді, олар белгілі бір динамикалық заңдардың синтезі ретінде қарастырылады, олардың көптігіне байланысты статистикалық тұрғыдан қарастыруға ыңғайлы.

Бірақ эксперименттік деректер бұл статистикалық заңды сыртқы себептермен анықталған белгілі бір заңдардың қосындысына дейін қысқартуды мүлдем мүмкін етпеді. Сыртқы себептерді жоққа шығара отырып, олар атомның өзгеруінің себептерін атомның өзінде іздей бастады.

«Өйткені, - деп жазды Мари Кюри, - атомдардың үлкен санының жиынтығында олардың кейбіреулері бірден жойылады, ал басқалары өте ұзақ уақыт өмір сүре береді, енді бір атомның барлық атомдарын қарастыру мүмкін емес. қарапайым субстанция толығымен бірдей, бірақ олардың тағдырындағы айырмашылық жеке айырмашылықтармен анықталатынын мойындау керек. Бірақ содан кейін жаңа қиындық туындайды. Біз назарға алғымыз келетін айырмашылықтар заттың «қартаюын» анықтамауы керек. Олар атомның белгілі бір уақыт ішінде өмір сүру ықтималдығы оның бұрыннан бар уақытына байланысты болмайтындай болуы керек. Атомдар құрылымының кез келген теориясы, егер ол жоғарыда айтылған ойларға негізделген болса, бұл талапты қанағаттандыруы керек». (Conseil Solvay және Bruxelles бойынша баяндамалар мен талқылаулар 1913 жылғы 27 және 30 сәуір, Париж, 1921, б. 68-69).

Мари Кюридің көзқарасын оның шәкірті Дебьер де бөлісті, ол әрбір радиоактивті атомның белгілі бір орташа күйін өзгеріссіз және сыртқы жағдайларға тәуелсіз сақтай отырып, көптеген әртүрлі күйлерден үздіксіз жылдам өтеді деген болжамды алға тартты. Бұдан шығатыны, орташа алғанда бір текті атомдардың барлығы бірдей қасиеттерге ие және атом мезгіл-мезгіл өтетін тұрақсыз күйге байланысты ыдырау ықтималдығы бірдей. Бірақ атомның ыдырауының тұрақты ықтималдығының болуы оның өте күрделілігін білдіреді, өйткені ол кездейсоқ қозғалыстарға ұшырайтын көптеген элементтерден тұруы керек. Атомның орталық бөлігімен шектелген бұл атомішілік қозу атомның сыртқы температурасынан айтарлықтай жоғары ішкі температурасын енгізу қажеттілігіне әкелуі мүмкін.

Мари Кюри мен Дебьердің бұл ойлары, бірақ ешқандай эксперименттік деректермен расталмаған және ешқандай нақты салдарға әкелмеген, физиктер арасында жауап таппады. Біз оларды есте сақтаймыз, өйткені радиоактивті ыдырау заңын классикалық түсіндірудің сәтсіз әрекеті жеке объектілердің жеке мінез-құлық заңдарынан шығуға болмайтын статистикалық заңның алғашқы немесе кем дегенде ең сенімді мысалы болды. Статистикалық заңның жаңа концепциясы тұтастықты құрайтын жеке объектілердің мінез-құлқын есепке алмай, тікелей берілген. Мұндай концепция Кюри мен Дебьерннің сәтсіз талпыныстарынан кейін он жылдан кейін ғана белгілі болады.

4. РАДИОАКТИВТІ ИЗОТОПТАР

Өткен ғасырдың бірінші жартысында кейбір химиктер, атап айтқанда, Жан Батист Дюма (1800-1884) элементтердің атомдық салмағы мен олардың химиялық және физикалық қасиеттері арасында белгілі бір байланысты байқады. Бұл бақылауларды Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) аяқтады, ол 1868 жылы химиядағы ең терең жалпылаулардың бірі элементтердің периодтық жүйесі туралы өзінің тапқыр теориясын жариялады. Менделеев сол кездегі белгілі элементтерді атомдық массасының өсу ретімен орналастырды. Міне, олардың біріншісі, сол кездегі деректер бойынша олардың атомдық салмағын көрсетеді:

7Li; 9.4Ве; 11B; 12С; 14N; 160; 19F;

23Na; 24 мг; 27,3Al; 28Si; 31P; 32S; 35,50Кл.

Менделеев элементтердің химиялық және физикалық қасиеттері атом салмағының периодтық функциялары екенін атап өтті. Мысалы, жазылған элементтердің бірінші қатарында тығыздық атомдық салмақтың артуымен жүйелі түрде артады, қатардың ортасында максимумға жетеді, содан кейін азаяды; бірдей кезеңділік, онша айқын болмаса да, бірінші және екінші қатардағы элементтердің басқа химиялық және физикалық қасиеттеріне (балқу температурасы, кеңею коэффициенті, өткізгіштік, тотығу және т.б.) қатысты да көрінеді. Бұл өзгерістер екі қатарда да бір заң бойынша жүреді, сондықтан бір бағанда орналасқан элементтер (Li және Na, Be және Mg, т.б.) ұқсас химиялық қасиеттерге ие болады. Бұл екі қатар периодтар деп аталады. Осылайша, барлық элементтерді қасиеттеріне сәйкес периодтарға бөлуге болады. Бұдан Менделеев заңы шығады: элементтердің қасиеттері олардың атомдық салмағына периодты түрде тәуелді.

Мерзімдік жіктеу тудырған қызу пікірталастарды, оның ғылымның дамуына көрсеткен баға жетпес қызметтері арқылы оның біртіндеп орнығуын осы жермен байланыстыратын жер емес. Тек өткен ғасырдың соңына қарай оны барлық дерлік химиктер қабылдап, оны теориялық тұрғыдан түсіндіруге тырысқан барлық әрекеттердің түкке тұрғысыз екеніне көз жеткізіп, эксперименттік факт ретінде қабылдағанын атап өту жеткілікті.

20 ғасырдың басында Цейлонда асыл тастарды өңдеу кезінде жаңа минерал ашылды - торианит, ол қазір белгілі болғандай торий-уран минералы болып табылады. Торианиттің біраз бөлігі Англияға талдау үшін жіберілді. Алайда, бірінші талдауда Содди атақты немістің аналитикалық химия жұмысына жатқызған қатеге байланысты торий циркониймен шатастырылды, осыған байланысты уран кені деп есептелетін зерттелетін зат Кюри әдісіне ұшырады. радийді уран рудасынан бөледі. 1905 жылы осы әдісті қолдана отырып, Вильгельм Рэмси мен Отто Хан (соңғысы отыз жылдан кейін уранның бөліну реакциясын ашу арқылы өз атын мәңгілікке қалдырды) химиялық талдау торий деп анықталған, бірақ одан әлдеқайда қарқынды радиоактивтілігімен ерекшеленетін зат алды. . Торий сияқты, оның ыдырауы нәтижесінде торий Х түзілді; торон және басқа радиоактивті элементтер. Қарқынды радиоактивтілік нәтижесінде пайда болған затта әлі химиялық анықталмаған жаңа радиоактивті элементтің болуын көрсетті. Ол радиоторий деп аталды. Көп ұзамай оның торийдің ыдырау сериясының элементі екені, ол Резерфорд пен Соддидің алдыңғы талдауларынан өтіп, торий мен торий X арасына салынуы керек екені белгілі болды. Радиоторийдің орташа өмір сүру ұзақтығы шамамен екі жыл екені анықталды. . Бұл радиоторий үшін зертханалардағы қымбат радийді ауыстыру үшін жеткілікті ұзақ кезең. Таза ғылыми қызығушылықтан басқа, бұл экономикалық себеп көптеген химиктерді оны оқшаулауға талпындырды, бірақ барлық әрекеттер сәтсіз болды. Оны торийден ешбір химиялық процесс арқылы ажырату мүмкін болмады, оның үстіне 1907 жылы Хан торийден бөлінбейтін радиоторийді тудыратын мезоторийді ашқандықтан, мәселе одан да күрделене түскендей болды. Америкалық химиктер Маккой мен Росс сәтсіздікке ұшырай отырып, оны және басқа экспериментаторлардың сәтсіздіктерін бөлудің түбегейлі мүмкін еместігімен түсіндіруге батылдық танытты, бірақ олардың замандастарына мұндай түсініктеме тек қолайлы сылтау болып көрінді. Сонымен қатар, 1907-1910 жж. Кейбір радиоактивті элементтерді басқалардан бөлуге болмайтын басқа да жағдайлар болды. Ең көп таралған мысалдар торий мен ионий, мезоторий I және радий, радий D және қорғасын болды.

Кейбір химиктер жаңа радиоэлементтердің бөлінбейтіндігін химия 19 ғасырда кездескен сирек жер элементтерімен салыстырды. Алғашында сирек жерлердің ұқсас химиялық қасиеттері бұл элементтердің қасиеттерін бірдей деп есептеуге мүмкіндік берді, ал кейін ғана химиялық әдістер жетілдірілген сайын оларды бірте-бірте бөлуге мүмкіндік туды. Дегенмен, Содди бұл ұқсастықты қисынсыз деп есептеді: сирек кездесетін жер жағдайында қиындық элементтерді бөлуде емес, олардың бөліну фактісін анықтауда болды. Керісінше, радиоактивті элементтерде екі элементтің айырмашылығы әуел бастан анық, бірақ оларды ажырату мүмкін емес.

1911 жылы Содди құрамында радий бар мезоторийдің коммерциялық препаратын жүйелі зерттеу жүргізді және бұл екі элементтің кез келгенінің салыстырмалы мазмұнын тіпті қайталанатын фракциялық кристалдану арқылы көбейтуге болмайтынын анықтады. Содди екі элементтің әртүрлі радиоактивті қасиеттері болуы мүмкін деген қорытындыға келді, бірақ басқа химиялық және физикалық қасиеттері соншалықты ұқсас, оларды қарапайым химиялық процестермен бөлуге болмайды. Егер осындай екі элементтің химиялық қасиеттері бірдей болса, оларды элементтердің периодтық жүйесінде бір орында орналастыру керек; сондықтан ол оларды изотоптар деп атады.

Осы негізгі идеядан Содди «радиактивті түрлендірулердегі орын ауыстыру ережесін» тұжырымдау арқылы теориялық түсініктеме беруге тырысты: бір альфа-бөлшектің сәулеленуі элементтің периодтық жүйеде екі орын солға жылжуын тудырады. Бірақ өзгерген элемент кейіннен екі β бөлшектердің шығарылуымен периодтық жүйенің бір ұяшығына оралуы мүмкін, нәтижесінде екі элемент әртүрлі атомдық салмақтарға қарамастан бірдей химиялық қасиеттерге ие болады. 1911 жылы β-сәулелерін шығаратын және әдетте өте қысқа өмір сүретін радиоактивті элементтердің химиялық қасиеттері әлі аз белгілі болды, сондықтан бұл түсініктемені қабылдамас бұрын, β сәуле шығаратын элементтердің қасиеттерін жақсы түсіну керек болды. - сәулелер. Содди бұл жұмысты көмекшісі Флекке сеніп тапсырды. Жұмыс көп уақытты алды, оған Резерфордтың екі көмекшісі де Рессель мен Хевеси қатысты; Кейінірек бұл тапсырманы Фаянс та қолға алды.

1913 жылдың көктемінде жұмыс аяқталып, Содди ережесі ешбір ерекшеліксіз бекітілді. Оны өте қарапайым тұжырымдауға болады: альфа-бөлшектің сәулеленуі берілген элементтің атомдық салмағын 4 бірлікке азайтады және элементті периодтық жүйеде екі орынға солға жылжытады; β-бөлшектің сәулеленуі элементтің атомдық салмағын айтарлықтай өзгертпейді, бірақ оны периодтық жүйеде бір орынға оңға жылжытады. Демек, егер α бөлшектің сәулеленуінен туындаған түрлендіру β бөлшектердің эмиссиясымен екі түрлендірумен жалғасатын болса, онда үш түрлендіруден кейін элемент кестедегі бастапқы орнына оралады және бастапқы элемент сияқты химиялық қасиеттерге ие болады, бірақ атомдық салмағы 4 бірлікке аз. Бұдан екі түрлі элементтің изотоптарының атомдық салмағы бірдей, бірақ химиялық қасиеттері әртүрлі болуы мүмкін екендігі де анық шығады. Стюарт оларды изобарлар деп атады. 371-бетте 1913 жылы Содди берген пішінде радиоактивті түрлендірулер кезінде орын ауыстыру ережесін суреттейтін диаграмма шығарылған. Енді біз, әрине, 1913 жылы Содди білгеннен әлдеқайда көп радиоактивті изотоптарды білеміз. Бірақ бізге барлығын қадағалаудың қажеті жоқ шығар. бұл кейінгі техникалық жетістіктер. Ең бастысын тағы бір рет атап өту маңыздырақ: α-бөлшектер екі оң зарядты, ал β-бөлшектер бір теріс зарядты алып жүреді; осы бөлшектердің кез келгенінің сәулеленуі элементтің химиялық қасиеттерін өзгертеді. Сондықтан Содди ережесінің терең мағынасы мынада: элементтердің химиялық қасиеттері немесе кем дегенде радиоактивті элементтер бұл ереже одан әрі кеңейтілгенге дейін классикалық химия бекіткендей атомдық салмақпен емес, атом ішіндегі электр зарядымен байланысты.

Радиоактивті түрленулер

1903 жылы Пьер Кюри уран тұздары үздіксіз және уақыт өте келе көзге көрінбейтін азаюсыз жылу энергиясын бөлетінін анықтады, ол массаның бірлігіне шаққанда ең қуатты химиялық реакциялардың энергиясымен салыстырғанда орасан зор болып көрінді. Радиум одан да көп жылу бөледі - 1 г таза затқа шамамен сағатына 107 Дж. Жер шарының тереңдігінде бар радиоактивті элементтер магманы еріту үшін жеткілікті (шектеулі жылу алу жағдайында) екені белгілі болды.

Бұл таусылмайтындай көрінетін энергияның қайнар көзі? Мари Кюри 19 ғасырдың аяғында ұсынды. екі гипотеза. Олардың бірі (лорд Келвин бөлісті ) радиоактивті заттар ғарыштық сәулеленудің қандай да бір түрін ұстап, қажетті энергияны сақтайды. Екінші болжамға сәйкес, сәулелену атомдардың өзіндегі кейбір өзгерістермен бірге жүреді, олар бір уақытта шығарылатын энергияны жоғалтады. Екі гипотеза да бірдей керемет болып көрінді, бірақ бірте-бірте екіншісінің пайдасына көбірек дәлелдер жиналды.

Эрнест Резерфорд радиоактивті заттармен не болатынын түсінуге үлкен үлес қосты. Сонау 1895 жылы ауада аргонның ашылуымен танымал болған ағылшын химигі Уильям Рамсей клевейт минералынан тағы бір асыл газ – гелийді тапты. Кейіннен гелийдің айтарлықтай мөлшері басқа минералдардан табылды - тек уран мен торий барлар ғана. Бұл таңқаларлық және оғаш көрінді - сирек кездесетін газ минералдарда қайдан пайда болуы мүмкін? Резерфорд радиоактивті минералдар шығаратын альфа-бөлшектердің табиғатын зерттей бастағанда, гелийдің радиоактивті ыдырау өнімі екені белгілі болды ( см.РАДИОАКТИВТІЛІК). Бұл кейбір химиялық элементтер басқаларды «генерациялауға» қабілетті екенін білдіреді - бұл химиктердің бірнеше ұрпағы жинақтаған барлық тәжірибеге қайшы келеді.

Дегенмен, уран мен торийдің гелийге айналуы мұнымен шектелмеді. 1899 жылы Рутерфордтың зертханасында тағы бір оғаш құбылыс байқалды (ол кезде ол Монреальда жұмыс істейтін): жабық ампулада торий элементінің препараттары тұрақты белсенділікті сақтады, бірақ ашық ауада олардың белсенділігі тәуелді болды. Нобайлар. Резерфорд торийдің радиоактивті газ бөлетінін тез түсінді (оны ториум эманациясы - латын тілінен emanatio - шығу, немесе торон деп атады), бұл газдың белсенділігі өте тез төмендеді: шамамен бір минутта екі есеге (қазіргі деректер бойынша - 55,6 с ішінде) төмендеді. ). Ұқсас газды «эманация» радийде де табылды (оның белсенділігі әлдеқайда баяу төмендеді) - бұл радий эманациясы немесе радон деп аталды. Актинийдің бірнеше секундта жоғалып кететін өзіндік «эманациясы» бар екені анықталды; Кейіннен бұл «эманациялардың» барлығы бірдей химиялық элементтің - радонның изотоптары екені белгілі болды ( см.ХИМИЯЛЫҚ ЭЛЕМЕНТТЕР).

Серияның әрбір мүшесін белгілі химиялық элементтердің изотоптарының біріне жатқызғаннан кейін уран қатары уран-238-ден басталатыны белгілі болды ( Т 1/2 = 4,47 млрд жыл) және тұрақты қорғасынмен аяқталады-206; бұл қатардың бір мүшесі өте маңызды элемент радий болғандықтан), бұл қатар уран-радий қатары деп те аталады. Актиний қатары (басқа атауы - актинуран сериясы) да табиғи ураннан шыққан, бірақ оның басқа изотопынан - 235 U ( Т 1/2 = 794 миллион жыл). Торий қатары 232 Th нуклидінен басталады ( Т 1/2 = 14 миллиард жыл). Ақырында, табиғатта жоқ нептуний қатары жасанды жолмен алынған нептунийдің ең ұзақ өмір сүретін изотопынан басталады: 237 Np 233 Pa 233 U 229 Th 225 Ra 225 Ac 221 Fr 217 At 213 Bi 213 Po  209b . Бұл серияда «шанышқы» да бар: 2% ықтималдықпен 213 Bi 209 Тл-ға айналуы мүмкін, ол қазірдің өзінде 209 Pb айналады. Нептуний сериясының қызықты ерекшелігі - газ тәрізді «эманациялардың» болмауы, ал серияның соңғы мүшесі қорғасынның орнына висмут болып табылады. Бұл жасанды қатардың ата-бабасының жартылай ыдырау периоды «бар болғаны» 2,14 миллион жыл, сондықтан нептуний, тіпті Күн жүйесінің пайда болуы кезінде болғанның өзінде, бүгінгі күнге дейін «өмір сүре» алмады, өйткені Жердің жасы 4,6 миллиард жыл деп бағаланады және осы уақыт ішінде (2000-нан астам жартылай ыдырау кезеңі) нептунийдің бірде-бір атомы қалмайды.

Мысал ретінде, Резерфорд радийдің түрлену тізбегіндегі оқиғалардың күрделі түйінін ашты (радий-226 уран-238 радиоактивті қатарының алтыншы мүшесі). Диаграммада Резерфорд уақытының символдары да, нуклидтердің қазіргі таңбалары да, сондай-ақ ыдырау түрі және жартылай ыдырау кезеңдері туралы қазіргі деректер көрсетілген; жоғарыда аталған қатарда кішігірім «айыр» бар: 0,04% ықтималдығы бар RaC RaC"" (210 Tl) айнала алады, содан кейін ол бірдей RaD-ға айналады ( Т 1/2 = 1,3 мин). Бұл радиоактивті қорғасынның жартылай ыдырау периоды өте ұзақ, сондықтан эксперимент кезінде оның одан әрі өзгеруін жиі елемеуге болады.

Осы серияның соңғы мүшесі қорғасын-206 (RaG) тұрақты; табиғи қорғасында 24,1% құрайды. Торий қатары тұрақты қорғасын-208 (оның «қарапайым» қорғасындағы мөлшері 52,4%), актиний қатары қорғасын-207 (оның қорғасындағы мөлшері 22,1%) әкеледі. Осы қорғасын изотоптарының қазіргі жер қыртысындағы қатынасы, әрине, негізгі нуклидтердің жартылай ыдырау периодымен де, олардың Жер пайда болған материалдағы бастапқы қатынасымен де байланысты. Ал «қарапайым», радиогенді емес, қорғасын жер қыртысында небәрі 1,4% құрайды. Сонымен, егер бастапқыда Жерде уран мен торий болмаса, ондағы қорғасын 1,6 × 10 -3% емес (шамамен кобальтпен бірдей), бірақ 70 есе аз болар еді (мысалы, индий және индий сияқты сирек металдар сияқты). тулий!). Екінші жағынан, біздің планетамызға бірнеше миллиард жыл бұрын ұшқан қияли химик одан әлдеқайда аз қорғасын және одан да көп уран мен торий тапқан болар еді...

1915 жылы Ф.Содди торийдің Цейлон минералды торитінен (ThSiO 4) ыдырауынан түзілген қорғасынды оқшаулағанда, оның атомдық массасы 207,77-ге тең болды, яғни «қарапайым» қорғасыннан (207,2) артық болды. Бұл «теориялық» (208) айырмашылығы, бұл торитте қорғасын-206 шығаратын біраз уранның болуымен түсіндіріледі. Атомдық массаларды өлшеу саласындағы беделді американ химигі Теодор Уильям Ричардс құрамында торий жоқ кейбір уран минералдарынан қорғасынды бөліп алғанда, оның атомдық массасы тура 206-ға жуық болды. Бұл қорғасынның тығыздығы сәл аз болды, және ол есептелгенге сәйкес болды: ( Pb)  206/207,2 = 0,994(Pb), мұндағы (Pb) = 11,34 г/см 3 . Бұл нәтижелер қорғасын үшін, басқа да бірқатар элементтер сияқты, атомдық массаны өте жоғары дәлдікпен өлшеудің қажеті жоқ екенін анық көрсетеді: әртүрлі жерлерде алынған үлгілер сәл басқаша нәтиже береді ( см.КӨМІРТЕК БІРЛІГІ).

Табиғатта диаграммаларда көрсетілген түрлендірулер тізбектері үздіксіз орын алады. Нәтижесінде кейбір химиялық элементтер (радиоактивті) басқаларға айналады және мұндай өзгерістер Жердің бүкіл өмір сүру кезеңінде болды. Радиоактивті қатарлардың бастапқы мүшелері (оларды ана деп атайды) ең ұзақ өмір сүреді: уран-238 жартылай ыдырау периоды 4,47 миллиард жыл, торий-232 14,05 миллиард жыл, уран-235 («актинуран» деп те аталады). актиний қатарының арғы атасы ) – 703,8 млн. Осы ұзын тізбектің барлық кейінгі («қызы») мүшелері айтарлықтай қысқа өмір сүреді. Бұл жағдайда радиохимиктер «радиоактивті тепе-теңдік» деп атайтын жағдай туындайды: негізгі ураннан, торийден немесе актинийден аралық радионуклидтің түзілу жылдамдығы (бұл көрсеткіш өте төмен) осы нуклидтің ыдырау жылдамдығына тең. Осы жылдамдықтардың теңдігі нәтижесінде берілген радионуклидтің құрамы тұрақты және тек оның жартылай ыдырау периодына ғана тәуелді: радиоактивті қатардың қысқа өмір сүретін мүшелерінің концентрациясы аз, ал ұзақ өмір сүретін мүшелерінің концентрациясы. үлкенірек. Аралық ыдырау өнімдерінің мазмұнының бұл тұрақтылығы өте ұзақ уақыт сақталады (бұл уақыт өте ұзақ болатын негізгі нуклидтің жартылай ыдырау периодымен анықталады). Қарапайым математикалық түрлендірулер келесі қорытындыға әкеледі: ана санының қатынасы ( Н 0) және балалар ( Н 1, Н 2, Н 3...) атомдар олардың жартылай ыдырау периодына тура пропорционал: Н 0:Н 1:Н 2:Н 3... = Т 0:Т 1:Т 2:Т 3... Сонымен, уран-238 жартылай ыдырау периоды 4,47 10 9 жыл, радий 226 1600 жыл, сондықтан уран кендеріндегі уран-238 және радий-226 атомдарының санының қатынасы 4,47 10 9: 1600 , одан оңай есептеуге болады (осы элементтердің атомдық массаларын ескере отырып) 1 тонна уран үшін радиоактивті тепе-теңдікке жеткенде небәрі 0,34 г радий бар.

Ал керісінше рудалардағы уран мен радийдің арақатынасын, сондай-ақ радийдің жартылай ыдырау периодын біле отырып, уранның жартылай ыдырау периодын анықтауға болады, ал радийдің жартылай ыдырау периодын анықтау үшін қажет емес. мың жылдан астам күтіңіз - ыдырау жылдамдығын (оның радиоактивтілігі бойынша) өлшеу жеткілікті (яғни .d мәні). Н/д т) осы элементтің белгілі аз мөлшері (атомдардың белгілі санымен). Н) содан кейін d формуласы бойынша Н/д т = –Нмәнін анықтаңыз  = ln2/ Т 1/2.

Орын ауыстыру заңы.Кез келген радиоактивті қатардың мүшелері элементтердің периодтық жүйесінде ретімен салынса, бұл қатардағы радионуклидтер негізгі элементтен (уран, торий немесе нептуний) қорғасынға немесе висмутқа біркелкі ауыспайды, бірақ «секіреді» екен. оңға, содан кейін солға. Осылайша, уран қатарында қорғасынның екі тұрақсыз изотоптары (No 82 элемент) висмут изотоптарына (No 83 элемент), содан кейін полоний изотоптарына (No 84 элемент), содан кейін қайтадан қорғасын изотоптарына айналады. . Нәтижесінде радиоактивті элемент элементтер кестесінің бір ұяшығына жиі қайтады, бірақ массасы басқа изотоп түзіледі. Бұл «секірулерде» Ф.Содди 1911 жылы байқаған белгілі бір заңдылық бар екені анықталды.

Қазіргі уақытта  ыдырау кезінде ядродан  бөлшек (гелий атомының ядросы) шығарылатыны белгілі, сондықтан ядроның заряды 2-ге азаяды (периодтық жүйеде солға екі жасушаға жылжу) , ал массалық саны 4-ке азаяды, бұл жаңа элементтің қандай изотопы түзілетінін болжауға мүмкіндік береді. Радонның -ыдырауы мысал бола алады:  + .  ыдырау кезінде, керісінше, ядродағы протондар саны біреуге артады, бірақ ядроның массасы өзгермейді ( см.РАДИОАКТИВТІЛІК), яғни. элементтер кестесінде бір ұяшық оңға жылжу бар. Мысал ретінде полонийдің радоннан түзілген екі ретті түрлендіруін келтіруге болады:   . Осылайша, егер «айырларды» есепке алмасақ, мысалы, радий-226 (уран сериясын қараңыз) ыдырауы нәтижесінде қанша альфа және бета бөлшектер шығарылатынын есептеуге болады. Бастапқы нуклид, соңғы нуклид - . Массаның азаюы (дәлірек айтсақ, массалық сан, яғни ядродағы протондар мен нейтрондардың жалпы саны) 226 – 206 = 20-ға тең, демек, 20/4 = 5 альфа бөлшектері шығарылды. Бұл бөлшектер 10 протонды алып кетті, ал егер  ыдырауы болмаса, соңғы ыдырау өнімінің ядролық заряды 88 - 10 = 78 тең болар еді. Іс жүзінде соңғы өнімде 82 протон бар, сондықтан трансформациялар кезінде. , 4 нейтрон протонға айналып, 4  бөлшек шығарылды.

Көбінесе -ыдыраудан кейін екі -ыдырау жүреді, осылайша алынған элемент элементтер кестесінің бастапқы ұяшығына – бастапқы элементтің жеңілірек изотопы түрінде қайтады. Осы фактілердің арқасында Д.И.Менделеевтің периодтық заңы олардың массасы емес, элементтердің қасиеттері мен олардың ядросының заряды арасындағы байланысты көрсететіні белгілі болды (бұл атомның құрылымы белгісіз кезде тұжырымдалған).

Радиоактивті ығысу заңы 1913 жылы көптеген ғалымдардың қажырлы зерттеулерінің нәтижесінде түпкілікті тұжырымдалған. Соддидің көмекшісі Александр Флек, 1911–1913 жылдары Манчестер университетінде Резерфордпен бірге жұмыс істеген венгр физик-химигі және радиохимигі Дьердь Хевеси және неміс (кейінірек американдық) физик-химигі Касимир Соддидің көмекшісі Александр Флек болды. 1887–1975). Бұл заң жиі Содди-Файенс заңы деп аталады.

Элементтердің жасанды түрленуі және жасанды радиоактивтілік.Беккерель заманынан бері радиоактивті қосылыстардың жанында болған қарапайым заттардың өзі азды-көпті радиоактивті болатыны байқалды. Резерфорд оны «қозған белсенділік» деп атады, Кюрилер оны «индукциялық белсенділік» деп атады, бірақ ұзақ уақыт бойы ешкім бұл құбылыстың мәнін түсіндіре алмады.

1919 жылы Резерфорд альфа-бөлшектердің әртүрлі заттар арқылы өтуін зерттеді. Жылдам ұшатын -бөлшектер жеңіл элементтердің ядроларына соқтығысқанда, мысалы, азот, тез ұшатын протондар (сутегі ядролары) олардан анда-санда ыдырап кетуі мүмкін, ал -бөлшектің өзі ядроның бір бөлігіне айналады. , бұл оның зарядын бір есе арттырады. Сонымен +  + реакциясы нәтижесінде азоттан тағы бір химиялық элемент – оттегі (оның ауыр изотопы) түзіледі. Бұл бір элементті екінші элементке айналдырудың алғашқы жасанды реакциясы болды. Бұнда, сондай-ақ барлық басқа ядролық процестер сияқты, жалпы заряд (жазбалар) да, массалық сан да сақталады, яғни. протондар мен нейтрондардың жалпы саны (жоғарғы жазулар).

Алхимиктердің көне арманы орындалды: адам кейбір элементтерді басқаларға айналдыруды үйренді, бірақ Резерфорд кезінде ешкім бұл шеберліктен практикалық нәтиже күтпеген. Шынында да, α-бөлшектерді алу үшін олардың көзі, мысалы, радий препараты болуы керек еді. Ең сорақысы, азотта бөлінетін әрбір миллион α-бөлшектеріне орта есеппен тек 20 оттегі атомы алынған.

Уақыт өте келе басқа ядролық реакциялар жүзеге асырылды және олардың көпшілігі практикалық қолданыс тапты. 1932 жылы сәуірде Ағылшын ғылым академиясының (корольдік қоғам) мәжілісінде Резерфорд оның зертханасы жеңіл элементтерді (мысалы, литийді) протондармен бөлу реакцияларын сәтті жүргізгенін хабарлады. Ол үшін сутегінен алынған протондар ондаған, тіпті жүздеген мың вольтқа тең жоғары кернеулер арқылы жеделдетілді. Альфа бөлшектеріне қарағанда заряды мен массасы аз протондар ядроға оңай енеді. Өзін литий-7 ядросына енгізе отырып, протон оны бериллий-8 ядросына айналдырады, ол артық энергияны бірден дерлік «төгеді», екі -бөлшектерге бөлінеді: +  ()  2. Егер жеңіл изотопты алсақ. литийдің (табиғи литийде 7,5%), одан кейін гелийдің екі изотоптарының ядролары түзіледі: +  ()  + . Оттегі протондарымен бомбалау кезінде фтор алынды: +  + ; алюминий – магнийді атқылағанда: + + .

Ауыр сутегі дейтерий изотопының ядролары жоғары жылдамдыққа дейін үдетілген дейтерондармен көптеген әртүрлі түрлендірулер жүргізілді. Осылайша +  + реакциясы кезінде бірінші рет аса ауыр сутегі – тритий пайда болды. Екі дейтеронның соқтығысуы басқаша жүруі мүмкін: +  + , бұл процестер басқарылатын термоядролық реакцияның мүмкіндігін зерттеу үшін маңызды. +  ()  2 реакциясы маңызды болды, өйткені ол дейрондардың салыстырмалы түрде төмен энергиясында (0,16 МэВ) жүреді және 22,7 МэВ орасан зор энергияның бөлінуімен бірге жүреді (1 МэВ = 10 6 эВ екенін еске түсіріңіз). , және 1 эВ = 96,5 кДж/моль).

Бериллийді -бөлшектермен бомбалағанда болатын реакция үлкен практикалық маңызға ие болды: +  ()  + , ол 1932 жылы бейтарап нейтронды бөлшектің ашылуына әкелді, ал радий-бериллий нейтрон көздері өте қолайлы болып шықты. ғылыми зерттеулерге арналған. Әртүрлі энергиялы нейтрондарды +  + реакцияларының нәтижесінде де алуға болады; +  + ; +  + . Зарядтары жоқ нейтрондар атом ядроларына оңай еніп, атқыланатын нуклидке де, нейтрондардың жылдамдығына (энергиясына) да байланысты әртүрлі процестерді тудырады. Осылайша, баяу нейтронды ядро ​​жай ғана ұстап алады, ал ядро ​​гамма квантын шығару арқылы кейбір артық энергиядан босатылады, мысалы: +  + . Бұл реакция уранның бөліну реакциясын басқару үшін ядролық реакторларда кеңінен қолданылады: реакцияны баяулату үшін кадмий таяқшалары немесе пластиналары ядролық қазандыққа итеріледі.

1934 жылы күйеулері Ирен мен Фредерик Жолио-Кюри маңызды жаңалық ашты. Кейбір жеңіл элементтерді альфа бөлшектерімен бомбалап (оларды полоний шығарды), олар бериллийге белгілі реакцияға ұқсас реакция күтті, яғни. нейтрондарды сөндіреді, мысалы:

Егер мәселе осы түрлендірулермен шектелсе, онда -сәулеленуді тоқтатқаннан кейін нейтрондар ағыны бірден кеуіп кетуі керек еді, сондықтан полоний көзін алып тастап, олар барлық белсенділіктің тоқтатылуын күтті, бірақ бөлшектердің санауышы жалғасады деп тапты. бірте-бірте өшетін импульстарды тіркеу - дәл экспоненциалды заңға сәйкес. Мұны бір ғана жолмен түсіндіруге болады: альфа-сәулелену нәтижесінде жартылай ыдырау периоды азот-13 үшін 10 минут және фосфор-30 үшін 2,5 минут болатын бұрын белгісіз радиоактивті элементтер пайда болды. Бұл элементтер позитронды ыдырауға ұшырайтыны анықталды:  + e + ,  + e + . Үш тұрақты табиғи изотоптармен ұсынылған магниймен қызықты нәтижелер алынды және -сәулелену кезінде олардың барлығы 227- немесе позитронды ыдырауға ұшырайтын кремнийдің немесе алюминийдің радиоактивті нуклидтерін беретіні анықталды:

Жасанды радиоактивті элементтерді алудың үлкен практикалық маңызы бар, өйткені ол белгілі бір мақсатқа қолайлы жартылай ыдырау периоды бар радионуклидтерді және белгілі бір қуаттағы сәулеленудің қажетті түрін синтездеуге мүмкіндік береді. Нейтрондарды «снарядтар» ретінде пайдалану әсіресе ыңғайлы. Нейтронды ядроның басып алуы оны жиі тұрақсыз етеді, сондықтан жаңа ядро ​​радиоактивті болады. Ол «артық» нейтронның протонға айналуынан, яғни 227 сәулеленуге байланысты тұрақты бола алады; Мұндай реакциялар көп белгілі, мысалы: +   + e. Атмосфераның жоғарғы қабаттарында болатын радиокөміртек түзілу реакциясы өте маңызды: +  + ( см.РАДИОКӨМІРБЕКТЕРДІ ТАЛДАУ ӘДІСІ). Тритий литий-6 ядроларының баяу нейтрондарды жұтуы арқылы синтезделеді. Жылдам нейтрондардың әсерінен көптеген ядролық өзгерістерге қол жеткізуге болады, мысалы: +  + ; +  + ; +  + . Осылайша, қарапайым кобальтты нейтрондармен сәулелендіру арқылы гамма-сәулеленудің қуатты көзі болып табылатын радиоактивті кобальт-60 алынады (ол 60 Co - қоздырылған ядролардың ыдырау өнімімен бөлінеді). Кейбір трансуран элементтері нейтрондармен сәулелену арқылы түзіледі. Мысалы, табиғи уран-238-ден алдымен тұрақсыз уран-239 түзіледі, ол  ыдырау кезінде ( Т 1/2 = 23,5 мин) бірінші трансуран элементіне нептуний-239 айналады және ол өз кезегінде -ыдырау арқылы ( Т 1/2 = 2,3 күн) өте маңызды деп аталатын қару-жарақ плутоний-239-ға айналады.

Қажетті ядролық реакцияны жүргізе отырып, алтынды жасанды түрде алуға және осылайша алхимиктер жасай алмаған нәрсені орындауға бола ма? Теориялық тұрғыдан бұған ешқандай кедергі жоқ. Оның үстіне, мұндай синтез қазірдің өзінде жүзеге асырылды, бірақ ол байлық әкелмеді. Алтынды жасанды өндірудің ең оңай жолы - сынапты, алтыннан кейінгі периодтық жүйеде нейтрондар ағынымен сәулелену. Содан кейін +  + реакциясының нәтижесінде нейтрон сынап атомынан протонды шығарып, оны алтын атомына айналдырады. Бұл реакция нақты массалық сандарды көрсетпейді ( А) сынап пен алтынның нуклидтері. Табиғатта алтын жалғыз тұрақты нуклид, ал табиғи сынап изотоптардың күрделі қоспасы болып табылады А= 196 (0,15%), 198 (9,97%), 199 (1,87%), 200 (23,10%), 201 (13,18%), 202 (29,86%) және 204 (6,87%). Демек, жоғарыда келтірілген схема бойынша тек тұрақсыз радиоактивті алтын алуға болады. Оны 1941 жылдың басында Гарвард университетінің американдық химиктер тобы жылдам нейтрондар ағынымен сынапты сәулелендіріп алған. Бірнеше күннен кейін алтынның барлық радиоактивті изотоптары бета-ыдырау арқылы қайтадан сынаптың бастапқы изотоптарына айналды...

Бірақ басқа жолы бар: сынап-196 атомдары баяу нейтрондармен сәулелендірілсе, олар сынап-197 атомдарына айналады: +  + . Жартылай ыдырау периоды 2,7 күн болатын бұл атомдар электрондарды басып алып, соңында тұрақты алтын атомдарына айналады: + e  . Бұл трансформацияны 1947 жылы Чикагодағы Ұлттық зертхананың қызметкерлері жүзеге асырды. 100 мг сынапты баяу нейтрондармен сәулелендіру арқылы олар 0,035 мг 197Au алды. Барлық сынапқа қатысты кірістілік өте аз - бар болғаны 0,035%, бірақ 196Hg қатысты ол 24% жетеді! Дегенмен, табиғи сынаптағы 196 Hg изотопы ең аз, сонымен қатар сәулелену процесінің өзі және оның ұзақтығы (сәулеленуге бірнеше жыл қажет) және күрделі қоспадан тұрақты «синтетикалық алтынды» оқшаулау өлшеусіз қымбатқа түседі. ең кедей рудадан алтынды оқшаулау ( да қараңызАЛТЫН). Сондықтан алтынды жасанды өндіру тек теориялық қызығушылық тудырады.

Радиоактивті түрленулердің сандық заңдылықтары.Егер белгілі бір тұрақсыз ядроны қадағалау мүмкін болса, оның қашан ыдырайтынын болжау мүмкін емес еді. Бұл кездейсоқ процесс және белгілі бір жағдайларда ғана белгілі бір уақыт аралығында ыдырау ықтималдығын бағалауға болады. Дегенмен, микроскоппен дерлік көрінбейтін ең кішкентай шаңның өзінде де көптеген атомдар бар және егер бұл атомдар радиоактивті болса, онда олардың ыдырауы қатаң математикалық заңдарға бағынады: объектілердің өте көп санына тән статистикалық заңдар күшіне енеді. . Содан кейін әрбір радионуклидті өте ерекше мәнмен сипаттауға болады - жартылай шығарылу кезеңі ( Т 1/2) – ядролардың қолда бар санының жартысы ыдырайтын уақыт. Егер бастапқы сәтте болған болса Н 0 ядросы, содан кейін біраз уақыттан кейін т = ТОлардың 1/2 бөлігі қалады Н 0/2, сағ т = 2Т 1/2 қалады Н 0/4 = Н 0/2 2, сағат т = 3Т 1/2 – Н 0/8 = Н 0/2 3 т.б. Жалпы, қашан т = нТ 1/2 қалады Н 0/2 nядролар, қайда n = т/Т 1/2 - жартылай ыдырау кезеңдерінің саны (ол бүтін сан болуы міндетті емес). Формула екенін көрсету оңай Н = Н 0/2 т / Т 1/2 формулаға тең Н = Н 0e –   т, мұндағы  – ыдырау тұрақтысы деп аталатын шама. Ресми түрде ол ыдырау жылдамдығы арасындағы пропорционалдық коэффициенті ретінде анықталады d Н/д тжәне ядролардың қолжетімді саны: d Н/д т = –Н(минус таңбасы соны көрсетеді Нуақыт өте азаяды). Бұл дифференциалдық теңдеуді интегралдау өзектер санының уақытқа экспоненциалды тәуелділігін береді. Осы формулаға ауыстыру Н = Н 0/2 сағ т = Т 1/2, ыдырау константасы жартылай ыдырау периодына кері пропорционал екенін аламыз:  = ln2/ Т 1/2 = 0,693/Т 1/2.  = 1/ мәні ядроның орташа өмір сүру уақыты деп аталады. Мысалы, 226 Ра үшін Т 1/2 = 1600 жыл,  = 1109 жыл.

Берілген формулалар бойынша мәнін біле отырып Т 1/2 (немесе ), кез келген уақыт кезеңінен кейін радионуклид мөлшерін есептеу оңай және олардан радионуклидтің мөлшері уақыттың әртүрлі нүктелерінде белгілі болса, жартылай ыдырау периодын есептеуге болады. Ядролар санының орнына радиациялық белсенділікті формулаға ауыстыруға болады, ол ядролардың қолда бар санына тура пропорционал. Н. Белсенділік әдетте үлгідегі ыдыраулардың жалпы санымен емес, активті өлшейтін құрылғымен жазылатын оған пропорционал импульстар санымен сипатталады. Егер, мысалы, 1 г радиоактивті зат болса, оның жартылай ыдырау кезеңі неғұрлым қысқа болса, соғұрлым зат белсенді болады.

Басқа математикалық заңдар радионуклидтердің аз санының әрекетін сипаттайды. Мұнда тек белгілі бір оқиғаның ықтималдығы туралы айтуға болады. Мысалы, радионуклидтің бір атомы (дәлірек айтқанда, бір ядросы) болсын. Т 1/2 = 1 мин. Бұл атомның 1 минут өмір сүру ықтималдығы 1/2 (50%), 2 минут - 1/4 (25%), 3 минут - 1/8 (12,5%), 10 минут - (1/2 ) 10 = 1/10 24 (0,1%), 20 мин – (1/2) 20 = 1/1048576 (0,00001%). Бір атом үшін мүмкіндік шамалы, бірақ атомдар көп болған кезде, мысалы, бірнеше миллиард, онда олардың көпшілігі, сөзсіз, 20 жартылай ыдырау кезеңін немесе одан да көп өмір сүреді. Атомның белгілі бір уақыт аралығында ыдырау ықтималдығы алынған мәндерді 100-ден шегеру арқылы алынады. Демек, атомның 2 минут өмір сүру ықтималдығы 25% болса, онда сол атомның осы кезде ыдырау ықтималдығы. уақыт 100 - 25 = 75%, 3 минут ішінде ыдырау ықтималдығы - 87,5%, 10 минут ішінде - 99,9% және т.б.

Бірнеше тұрақсыз атомдар болса, формула күрделене түседі. Бұл жағдайда оқиғаның статистикалық ықтималдығы биномдық коэффициенттері бар формуламен сипатталады. Бар болса Натомдар және олардың біреуінің уақыт өте келе ыдырау ықтималдығы ттең б, содан кейін уақыт ішінде ықтималдығы тбастап Натомдар ыдырайды n(және сәйкесінше қалады Н – n), тең П = Н!б n (1–б) Н – n /(Н–n)!n! Ұқсас формулаларды атомдары тура мағынада жеке алынатын жаңа тұрақсыз элементтерді синтездеу кезінде қолдануға тура келеді (мысалы, американдық ғалымдар тобы 1955 жылы Менделевтің жаңа элементін ашқанда, олар оны небәрі 17 атом мөлшерінде алды. ).

Радиоактивті сәулелену кезінде затпен не болады?
Радиоактивтілікті зерттеудің ең басында көптеген оғаш және ерекше нәрселер ашылды.

БіріншіденТаң қалдырғаны – уран, торий және радий радиоактивті элементтерінің сәуле шығаруының консистенциясы болды.
Күндер, айлар, тіпті жылдар бойы радиацияның қарқындылығы айтарлықтай өзгерген жоқ.
Оған жылу мен қысымның жоғарылауы сияқты әдеттегі әсерлер әсер етпеді.
Радиоактивті заттар енген химиялық реакциялар да сәулеленудің қарқындылығына әсер еткен жоқ.

Екіншіден, радиоактивтілік ашылғаннан кейін көп ұзамай радиоактивтілік энергияның бөлінуімен бірге жүретіні белгілі болды.
Пьер Кюри калориметрге радий хлоридінің ампуласын салды.
Оған α-, β- және γ-сәулелері сіңіп, энергиясының арқасында калориметр қызған.
Кюри салмағы 1 г радий 1 сағатта шамамен 582 Дж энергия бөлетінін анықтады.
Және мұндай энергия көптеген жылдар бойы үздіксіз шығарылады!

Шығарылуына барлық белгілі әсерлер әсер етпейтін энергия қайдан келеді?
Шамасы, радиоактивтілік кезінде зат кәдімгі химиялық өзгерістерден мүлде басқаша терең өзгерістерге ұшырайды.
Атомдардың өзі трансформацияға ұшырайды деп болжанған.
Енді бұл ой таң қалдырмауы мүмкін, өйткені бала бұл туралы оқуды үйренбей тұрып-ақ ести алады.
Бірақ 20 ғасырдың басында. бұл фантастикалық болып көрінді және оны білдіру үшін батылдық қажет болды.
Ол кезде атомдардың бар екендігі туралы бұлтартпас дәлелдер енді ғана алынған болатын.
Демокриттің материяның атомдық құрылымы туралы идеясы ақырында жеңіске жетті.
Осыдан кейін бірден атомдардың өзгермейтіндігі күмән тудырады.

Сонымен, радиоактивті ыдырау кезінде атомдардың дәйекті түрлену тізбегі жүреді.
Резерфорд бастаған және ағылшын химигі Ф.Соддимен бірге жалғастырған алғашқы тәжірибелерге тоқталайық.

Резерфорд мұны ашты белсенділікУақыт бірлігінде шығарылатын альфа бөлшектерінің саны ретінде анықталған торий жабық ампулада өзгеріссіз қалады.
Егер препарат тіпті өте әлсіз ауа ағындарымен үрленсе, онда торийдің белсенділігі айтарлықтай төмендейді.
Ғалым торийдің α-бөлшектерімен бір мезгілде радиоактивті газдың қандай да бір түрін бөлетінін айтты.

Резерфорд торийі бар ампуланың ауасын сорып, радиоактивті газды бөліп алып, оның иондаушы қабілетін зерттеді.
Бұл газдың белсенділігі (торий, уран және радийдің белсенділігінен айырмашылығы) уақыт өте тез төмендейтіні белгілі болды.
Әр минут сайын белсенділік екі есе азаяды, ал он минуттан кейін ол нөлге тең болады.
Содди бұл газдың химиялық қасиеттерін зерттеп, оның ешқандай реакцияға түспейтінін, яғни инертті газ екенін анықтады.
Кейіннен бұл газ радон деп аталды және Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесіне 86 реттік нөмірімен енгізілді.

Басқа радиоактивті элементтер де өзгерді: уран, актиний, радий.
Ғалымдар жасаған жалпы қорытындыны Резерфорд дәл тұжырымдаған: «Радиактивті заттың атомдары өздігінен модификацияға ұшырайды.
Әр сәтте атомдардың жалпы санының шағын бөлігі тұрақсыз болып, жарылғыш түрде ыдырайды.
Жағдайлардың басым көпшілігінде атомның фрагменті - α-бөлшегі - үлкен жылдамдықпен лақтырылады.
Кейбір басқа жағдайларда жарылыс жылдам электронның лақтырылуымен және сәулелердің пайда болуымен бірге жүреді, олар рентген сәулелері сияқты үлкен ену қабілетіне ие және γ-сәулелену деп аталады.

Атомдық түрлену нәтижесінде физикалық және химиялық қасиеттері бойынша бастапқы заттан мүлде басқа заттың мүлде жаңа түрі түзілетіні анықталды.
Бұл жаңа заттың өзі де тұрақсыз және өзіне тән радиоактивті сәуле шығарумен түрлендіруге ұшырайды.

Осылайша, белгілі бір элементтердің атомдары кәдімгі молекулалық модификациялар кезінде бөлінетін энергиямен салыстырғанда орасан зор мөлшерде энергияның шығарылуымен бірге өздігінен ыдырауға ұшырайтыны нақты анықталды».

Атом ядросы ашылғаннан кейін дәл осы ядроның радиоактивті трансформациялар кезінде өзгерістерге ұшырағаны бірден белгілі болды.
Өйткені, электронды қабатта альфа бөлшектері мүлде болмайды, ал қабат электрондарының санының біреуге азаюы атомды жаңа химиялық элементке емес, ионға айналдырады.
Ядродан электронның шығуы ядро ​​зарядын бір есеге өзгертеді (оны көбейтеді).

Сонымен, радиоактивтілік - бұл әртүрлі бөлшектердің сәулеленуімен бірге кейбір ядролардың басқаларға өздігінен өзгеруі.

Офсет ережесі

Ядролық түрлендірулер деп аталатындарға бағынады орын ауыстыру ережесі, алғаш рет Содди тұжырымдаған.

α ыдырауы кезінде ядро ​​өзінің оң заряды 2e жоғалтады және оның массасы М шамамен төрт атомдық массалық бірлікке азаяды.
Нәтижесінде элемент екі ұяшыққа периодтық кестенің басына жылжытылады.

Мұнда элемент химиядағыдай жалпы қабылданған белгілермен белгіленеді: ядро ​​заряды таңбаның төменгі сол жағында индекс ретінде, ал атомдық масса таңбаның жоғарғы сол жағында индекс ретінде жазылады.
Мысалы, сутегі таңбамен берілген
Гелий атомының ядросы болып табылатын α бөлшек үшін белгілеу, т.б. пайдаланылады.
Бета-ыдырау кезінде ядродан электрон шығарылады
Нәтижесінде ядро ​​заряды бір есе артады, бірақ массасы дерлік өзгеріссіз қалады:

Мұнда ол электронды білдіреді: жоғарғы жағындағы 0 индексі оның массасы массаның атомдық бірлігімен салыстырғанда өте аз екенін білдіреді электрон антинейтрино - бұл энергияның бір бөлігін алып жүретін өте аз (мүмкін нөлдік) массасы бар бейтарап бөлшек; β-ыдырау кезінде.
Антинейтриноның түзілуі кез келген ядроның β-ыдырауымен бірге жүреді және бұл бөлшек сәйкес реакциялардың теңдеуінде жиі көрсетілмейді.

β ыдырауынан кейін элемент бір ұяшықты периодтық жүйенің соңына жақындатады..

Гамма сәулелену зарядтың өзгеруімен бірге жүрмейді; ядроның массасы елеусіз өзгереді.

Орын ауыстыру ережесіне сәйкес, радиоактивті ыдырау кезінде жалпы электр заряды сақталады және ядролардың салыстырмалы атомдық массасы шамамен сақталады.
Радиоактивті ыдырау кезінде пайда болған жаңа ядролар да радиоактивті болуы мүмкін және одан әрі трансформацияға ұшырайды.

Сонымен,
Радиоактивті ыдырау кезінде атом ядролары өзгереді.