原子核的组成与放射性元素的衰变

第一节原子核的组成第二节放射性元素的衰变第十九章原子核人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？人们认识原子核的结构就是从天然放射性开始的，说明原子核可以再分。1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．一、天然放射现象放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．放大了1000倍的铀矿石•在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？•它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？•这些射线带不带电呢？二、射线到底是什么α射线•根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做α射线，α射线由带正电的α粒子组成.科学家们研究发现每个α粒子带的正电荷是电子电荷的2倍，α粒子质量大约等于氦原子的质量.进一步研究表明α粒子就是氦原子核.•由于α粒子的质量较大，所以α射线的穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住.β射线•与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线.研究发现β射线由带负电的粒子（β粒子）组成.进一步研究表明β粒子就是电子.•β射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板.γ射线•中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线，研究表明，γ射线的实质是一种波长极短的电磁波，它不带电，是中性的.•γ射线的穿透本领极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几厘米厚的铅板.2、三种射线的本质和特性1.α射线：速度约为光速1／10的氦核流，贯穿作用很弱，电离作用很强．2.β射线：速度约为光速0.99的电子流，贯穿作用很强，电离作用较弱．3.γ射线：波长极短的电磁波，贯穿作用最强，电离作用最弱．种类本质电荷(e)速度(C)电离能力穿透能力α射线氦核+20.1最强最弱，纸能挡住β射线电子-10.99较强较强，穿几mm铝板γ射线光子01最弱最强，穿几cm铅版根据r＝mvqB可得rαrβ＝mαvαqβmβvβqα≈4×1836×c10×109c×12≈480，则在磁场中β射线比α射线偏转得更明显．3.研究放射线的方法：(1)在磁场中偏转dαdβ＝12aαtα212aβtβ2＝qαEmαLvα2qβEmβLvβ2＝qαqβ·mβmα·vβ2vα2≈21·14×1836·811≈145，可见在电场中β射线比α射线有较明显的偏转．(2)在电场中偏转设α与β沿初速度方向前进相同的距离L，两者在电场方向上偏转的距离之比：4、质子的发现1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了质子。经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍.进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核.kgmp2710672631.1同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。------质子是原子核的组成部分。原子核是否只是由质子组成呢？核的质量质子质量核的电量质子电量？卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．核的质量质子质量核的电量质子电量5、中子的发现1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电.是中性粒子.在对各种原子核进行的实验中，发现质子和电子是组成原子核的两种基本粒子.kgmn27106749286.1如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。X表示元素符号，A表示质量数，Z表示质子数6、原子核的表示：XAZ质子中子核子质子数核外电荷数原子序数质量数核子数中子+质子同位素12三、原子核的衰变1．(1)衰变：放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新的原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变．(2)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变叫作α衰变．(3)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变叫作β衰变．2．(1)衰变规律：原子核衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒．(2)衰变方程：α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He；β衰变：AZX→AZ＋1Y＋0－1e.实质：eHn011110注：(1)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能．(2)当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴有γ射线，这时可连续放出三种射线．(3)核反应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．3．α粒子和β粒子衰变的实质．在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是α衰变现象．原子核里没有电子，核内的中子可以转变成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变．α粒子实质就是氦核，它是由两个质子和两个中子组成的．当发生α衰变时，原子核中的质子数减2，中子数也减2，因此新原子核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷数少2，为此在元素周期表中的位置向前移动两位．β衰变是原子核中的中子转化成一个电子，即β粒子放射出来．同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数，所以发生β衰变后，新核比原来的原子核在周期表中的位置向后移动一位．γ射线是在发生α或β衰变的过程中伴随而生，且γ射线是不带电的，因此γ射线并不影响原子核衰变后的核电荷数，故不会改变元素在周期表中的位置，但γ射线是伴随α衰变或β衰变而产生的，它并不能独立而生，所以，只要有γ射线就必有α衰变或β衰变发生，因此从整个衰变过程来看，元素在周期表中的位置可能要发生改变．放射性元素具有一定的衰变速率，例如氡222经α衰变后变成钋218，发现经过3.8天后，有一半氡发生了衰变，再经过3.8天后，只剩下四分之一的氡，再经3.8天后，剩下的氡为原来的八分之一；镭226变为氡222的半衰期是1620年．不同元素的半衰期是不一样的．1．定义．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期．四、半衰期2．公式．N余＝N原12tT，m余＝m原12tT式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数或质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数或质量，t表示衰变时间，T表示半衰期．注：半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度、环境)或化学状态(如单质、化合物)无关．半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，对个别或极少数原子核，无半衰期可言．