Химия

Нуклиды бывают стабильными и радиоактивными (радионуклиды). Стабильные нуклиды (${}_1{}^1\text{H}$, ${}_1{}^2\text{H}$, ${}_8{}^{16}\text{O}$, ${}_6{}^{12}\text{C}$) не подвергаются радиоактивному распаду, поэтому сохраняются в природных условиях.

Радиоактивные нуклиды самопроизвольно распадаются с образованием атомов других элементов. Элементы, у которых все нуклиды радиоактивные, называются радиоактивными (это элементы с атомными номерами 43, 61 и 84–118). В случае меди все нуклиды (⁶³Cu и ⁶⁵Cu) стабильные, а для водорода нестабильным нуклидом является тритий.

Критерием устойчивости ядра нуклида является значение отношения Z/N: для легких ядер (диапазон Z = 1–20) это отношение примерно равно 1, а для более тяжелых — 0,6.

Самопроизвольный распад ядер с превращением их в ядра других элементов называется радиоактивностью. Различают два основных вида радиоактивных превращений:

• α-распад; при α-распаде испускается α-частица (ядро атома гелия), массовое число нуклида уменьшается на 4, а заряд ядра уменьшается на 2:

${}_Z{}^A\text{Э}\to {}_2{}^4\text{H}\text{e}+{}_{Z-2}{}^{A-4}\text{X}$;

• β-распад (β-частица — это электрон, полученный в результате внутриядерного превращения нейтрона в протон ${}_1{}^{0}n\to {}_1{}^{1}p+{}_{-1}{}^{0}e$). При β-распаде массовое число не изменяется, а протонное число возрастает на 1:

${}_Z{}^A\text{Э}\to \beta +{}_{Z+1}{}^A\text{X}$.

При α-распаде элемент смещается в периодической системе на две клетки влево, при β-распаде — на одну клетку вправо.

Возбужденные ядра могут испускать γ-лучи, обладающие высокой энергией, но не имеющие заряда.

Наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи, наименьшей — α-частицы.

При записи уравнений радиоактивных превращений и ядерных реакций придерживаются следующих правил:

• сумма массовых чисел частиц, вступивших в реакцию, равна сумме массовых чисел полученных частиц;
• сумма зарядов исходных частиц равна сумме зарядов полученных частиц.

Скорость распада радиоактивного нуклида постоянна (не зависит от массы, температуры, природы вещества, содержащего нестабильный нуклид, давления) и характеризуется периодом полураспада T _1/2, т.е. временем, за которое распадается половина ядер от их первоначального числа. Период полураспада может составлять от миллисекунд до многих тысяч лет. Например, период полураспада нестабильного нуклида ¹³¹I равен 8 суток. Следовательно, первоначальная масса образца этого нуклида за каждые 8 суток уменьшается вдвое. Последний элемент периодической системы, у которого есть стабильный нуклид, это висмут. Элементы с атомными номерами ≥ 84 не имеют ни одного стабильного нуклида (т.е. являются радиоактивными), причем все элементы с Z > 92 получены искусственно. Из них только ядра ²³²Th (T _1/2 = 1,4 ⋅ 10¹⁰ лет), ²³⁵U (T _1/2 = 7 ⋅ 10⁸ лет) и ²³³U (T _1/2 = 4,5 ⋅ 10⁹ лет) имеют достаточно большой период полураспада и смогли сохраниться на Земле. Четыре элемента (технеций, прометий, астат и франций) вначале были получены искусственно, а потом в следовых количествах обнаружены (наряду с нептунием и плутонием) в природных радиоактивных образцах.

Ядерные реакции — это процесс искусственного получения одних элементов из других. Например:

${}_{92}{}^{238}\text{U}+{}_7{}^{14}\text{N}\to {}_{99}{}^{247}\text{E}\text{s}+5{}_0{}^{1}n$.