Радиоактивность, распад
Явление радиоактивности
Не все элементы, которые смотрят на тебя с периодической таблицы Менделеева в кабинете химии, могут держаться в идеальном балансе и быть стабильными. Это как пытаться успеть вызубрить все предметы в школе и высыпаться. Рано или поздно что-то пойдет не так.
У «тяжелых» элементов (от номера 83 и дальше) такие сбои назвали радиоактивностью.
Радиоактивность — способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра, при этом процесс превращения сопровождается испусканием различных частиц.
Нестабильность происходит от большой массы ядер. В них так много накопилось частичек, что вместе им держаться становится сложно. Поэтому время от времени от ядер откалываются кусочки, и улетают в самостоятельную жизнь.
Радиоактивность бывает:
- вынужденная;
- естественная.
Вынужденная происходит, когда на элемент влияют внешние силы, например любопытные физики.
Естественная случается сама по себе.
Радиоактивность часто появляется в историях о супергероях, даруя им разные способности. Жизнь оказывается намного суровее. Вместо телекинеза, гипноза и умения летать — частицы от активных элементов только вредят нашим организмам.
Кто открыл и исследовал
Изучением внезапных переходов элементов из одного в другой занимались ученые со всего мира. Тогда у них не было интернета и быстро узнавать о результатах коллег они не могли.
Предпосылками стали исследования Вильгельма Конрада Рентгена в далеком 1895 году. Он обнаружил новый вид лучей, которые назвал Х-лучами. Мы с тобой знаем их под именем рентгеновских.
Следующие лучи в 1896 году открыл Антуан Анри Беккерель. На одной из конференций (только так ученые могли поделиться своими достижениями) он узнал об экспериментах Рентгена. Беккерелю стало интересно, какая может быть связь между этими лучами и флуоресценцией, когда можно увидеть свечение от материала. Оказалось, что соли урана будут выпускать из себя кучу невидимых для глаза частичек, которые, проходя через фотопластинку, оставят на ней следы.
Загуглить, что случилось, ученый не мог и сначала решил, что просто нашел новый вариант для рентгеновских снимков. Чтобы проверить свою теорию, он провел огромное количество опытов, но так и не смог найти, откуда уран берет энергию, чтобы бросаться ей налево и направо, откуда у него силы светиться даже в темноте, совсем без солнца. Беккерель начал догадываться, что это будут уже какие-то новые лучи, но зашел в тупик со своими опытами и бросил изучения этого явления.
Позже, в 1898 году могучая команда из Марии и Пьера Кюри обнаружила, что такие же странные лучи есть не только у урана, но и тория. Еще они нашли новые активные элементы: полоний и радий. В честь последнего они дали то понятие, которым мы сейчас вовсю пользуемся — радиоактивность.
Печальный факт. Ученые супруги Кюри и Беккерель на своем опыте обнаружили все вредное воздействие радиоактивных элементов. Пьер Кюри и Антуан Беккерель долго лечили язвы, которые появились рядом с теми местами, где они носили в карманах пробирки с радием. Марии вообще не повезло — от долгой работы с радием и торием осложнений накопилось еще больше, а лечить их тогда совсем не умели.
Виды радиоактивных распадов
От тяжелых ядер отлетают разные частицы. Всего их три вида:
- α-частицы (альфа-частицы) — положительно заряженные частицы (ядра гелия),
- β-частицы (бета-частицы) — отрицательно заряженные частицы (электроны),
- γ-частицы (гамма-частицы) — нейтральные частицы высокой частоты.
Это на опыте доказали Резерфорд и его коллега, английский химик Фредерик Содди. Они взяли радиоактивный элемент и положили в свинцовую емкость с очень маленькой дыркой, откуда могли бы вылетать частицы. У этой дырки они особым образом разместили магнит и смотрели, как это повлияет на пятна на фотопластинке.
По известному направлению магнитного поля ученые определили, что часть частиц имеет положительный заряд (альфа-лучи), часть — отрицательный (бета-лучи), а на какие-то поле вообще не подействовало — гамма-лучи.
Альфа-распад
α-частица (альфа-частица) — положительно заряженная частица, то же самое, что ядро гелия.
При альфа-распаде от частицы откалывается кусочек в два протона и два нейтрона.
Обозначается этот кусочек как альфа-частица: 
Элемент теряет положительный заряд 2е и худеет на четыре атомных единицы массы. Если смотреть на периодическую таблицу, то в результате альфа-распада элемент сдвигается на две клетки к началу.
Общая схема для α-распада выглядит так:
Посмотрим для примера на распад изотопа плутония-242 до урана-238:
Бета-распад
В уравнениях будем обозначать ее: 
Продолжим мучить наш изотоп плутония-242. При бета-распаде мы получим из него изотоп америция-242.
При β-распаде мы шагнем на клетку вперед:
Уравнение бета-распада в общем виде будет выглядеть так:
Гамма-распад
γ-частица (гамма-частица) — это частица без массы и заряда, зато с мощной энергией.
Получается, если такая частица окажется в формуле, для нас это знак — выделялась энергия. При этом заряд атома и его масса, а также положение вещества в периодической таблице не изменятся.
Гамма-частица похожа на твою одноклассницу, которая пришла в школу нарядная и с прической — верный признак, что у кого-то сегодня день рождения.
Период полураспада
Если ты увлекаешься жанром постапокалипсиса или знаешь что-нибудь о Чернобыле, то тебе точно попадалось такое понятие, как период полураспада.
Периодом полураспада Т будет называться время, за которое распадается половина от начального числа радиоактивных атомов.
Это основной параметр, которые дает ученым понимание о скорости радиоактивного распада. Чем будет больше этот период, тем скорее активность вещества закончится.
Если твой класс на уроке сильно шумел и мешал учителю физики, он может проделать такую штуку. Пусть в классе всего 32 человека. Тогда в первую минуту переменки он выпустит отдыхать половину — 16 ребят. Следующая минута, новая половина — вот в классе уже 8 человек. Можешь попробовать посчитать, сколько времени потребуется ждать, пока из кабинета выйдет самый последний человек. После такого эксперимента желание шуметь на уроках точно станет меньше!
Чтобы не представлять каждый раз злого учителя и провинившийся класс, ученые используют формулу, которую еще называют закон радиоактивного распада:
где N — число нераспавшихся атомов в любой момент времени,
N0 — число радиоактивных атомов в начальный момент времени,
T — период полураспада,
t — период времени
Закон говорит о том, что за любой промежуток времени будет распадаться одна и та же доля от ядер. Получается, что за полупериод распадается половина ядер. Элементарно, Ватсон!
Подведем итоги:
- радиоактивность — свойство «тяжелых» элементов переходить в другие с испусканием разных частиц;
- бывает вынужденная и естественная радиоактивность;
- α-частицы — это частицы с положительным зарядом, ядра гелия;
- при α-распаде элемент сдвигается на две клетки к началу таблицы;
- β-частицы — отрицательно заряженные частицы, то есть электроны;
- при β-распаде элемент сдвигается на одну клетку вперед по таблице;
- γ-частица не влияет на массу и заряд атома, но показывает выделение энергии;
- период полураспада определяет скорость, с которой вещество теряет активность.
Проверь себя
Любое вещество обладает радиоактивностью?
а) да, любое вещество из периодической таблицы Менделеева;
б) нет, только «тяжелые» вещества с номером от 83 в периодической таблице;
в) нет, только четные вещества из таблицы Менделеева и которые начинаются на С.
Какой вариант распада НЕ открывали физики?
а) α-распад;
б) β-распад;
в) θ-распад.
Как изменится положение элемента в периодической таблице при гамма-распаде?
а) останется неизменным;
б) сдвинется в начало на 2;
в) сдвинется в конец на 1.