§ 8. Явление радиоактивности

В 1896 году А. Беккерель, изучая соли урана, обнаружил, что они испускают неизвестное ранее излучение. Это явление получило название радиоактивности.

Радиоактивность (или радиоактивный распад) — это самопроизвольное превращение нестабильных атомных ядер одних химических элементов в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц высокой энергии, а также жёстким электромагнитным излучением.

Такое превращение не является химической реакцией.

В зависимости от природы испускаемых частиц различают несколько видов радиоактивного распада атомных ядер. Подробно их изучает ядерная физика. Мы рассмотрим два из них — α- и β-распад.

Альфа-распад сопровождается испусканием α-частиц — положительно заряженных ядер гелия, содержащих два протона и два нейтрона: «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mmultiscripts»«mi»He«/mi»«mprescripts/»«mn»2«/mn»«mn»4«/mn»«/mmultiscripts»«/math». Этот распад можно представить в виде уравнения ядерной реакции:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»X«/mi»«mprescripts/»«mi»Z«/mi»«mi»A«/mi»«/mmultiscripts»«mo»§#8594;«/mo»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»Y«/mi»«mprescripts/»«mrow»«mi»Z«/mi»«mo»-«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«mrow»«mi»A«/mi»«mo mathvariant=¨italic¨»-«/mo»«mn mathvariant=¨italic¨»4«/mn»«/mrow»«/mmultiscripts»«mo»+«/mo»«mmultiscripts»«mi»He«/mi»«mprescripts/»«mn»2«/mn»«mn»4«/mn»«/mmultiscripts»«mo»,«/mo»«/math»

где X — неустойчивое ядро с атомным номером Z и массовым числом А; Y — образовавшееся ядро, атомный номер которого на 2 единицы, а массовое число — на 4 единицы меньше, чем у исходного ядра. Примером такого распада является распад радия-226 с образованием газообразных радона-222 и гелия-4:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mmultiscripts»«mi»Ra«/mi»«mprescripts/»«mn»88«/mn»«mn»226«/mn»«/mmultiscripts»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8594;«/mo»«mmultiscripts»«mi»Rn«/mi»«mprescripts/»«mn»86«/mn»«mn»222«/mn»«/mmultiscripts»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mmultiscripts»«mi»He«/mi»«mprescripts/»«mn»2«/mn»«mn»4«/mn»«/mmultiscripts»«mo».«/mo»«/math»

При составлении уравнений ядерных реакций следует учитывать, что сумма зарядов (Z) и сумма массовых чисел (А) в обеих частях уравнения должны быть равны.

Бета-распад связан с испусканием ядром β-частицы — электрона («math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»e«/mi»«mprescripts/»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mmultiscripts»«/math»). При этом заряд нового ядра увеличивается на единицу, а его массовое число А не изменяется:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»X«/mi»«mprescripts/»«mi»Z«/mi»«mi»A«/mi»«/mmultiscripts»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8594;«/mo»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»Y«/mi»«mprescripts/»«mrow»«mi»Z«/mi»«mo»+«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«mi»A«/mi»«/mmultiscripts»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»e«/mi»«mprescripts/»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mmultiscripts»«mo».«/mo»«/math»

Например, при β-распаде углерода-14 образуется азот-14:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«mprescripts/»«mn»6«/mn»«mn»14«/mn»«/mmultiscripts»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8594;«/mo»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mprescripts/»«mn»7«/mn»«mn»14«/mn»«/mmultiscripts»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»e«/mi»«mprescripts/»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mmultiscripts»«mo».«/mo»«/math»

Электроны возникают при распаде нейтрона («math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»n«/mi»«mprescripts/»«mn»0«/mn»«mn»1«/mn»«/mmultiscripts»«/math») на электрон («math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»e«/mi»«mprescripts/»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mmultiscripts»«/math») и протон («math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mprescripts/»«mn»1«/mn»«mn»1«/mn»«/mmultiscripts»«/math»):

«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»n«/mi»«mprescripts/»«mn»0«/mn»«mn»1«/mn»«/mmultiscripts»«mo»§#8594;«/mo»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mprescripts/»«mn»1«/mn»«mn»1«/mn»«/mmultiscripts»«mo»+«/mo»«mmultiscripts»«mi mathvariant=¨normal¨»e«/mi»«mprescripts/»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mmultiscripts»«mo».«/mo»«/math»

Часто радиоактивные превращения сопровождаются гамма-излучением. Оно представляет собой жёсткое электромагнитное излучение с длиной волны 10^–10–10^–13 м.