Radioaktivno propadanje je spontani proces kroz koji je nestabilan atomsko jezgro razbija na manje, stabilnije fragmente. Jeste li se ikad zapitali zašto neke jezgre propadaju, a druge ne?
U osnovi je stvar termodinamike. Svaki atom nastoji biti što stabilniji. U slučaju radioaktivnog raspada nestabilnost nastaje kada postoji neravnoteža u broju protoni i neutroni u atomskom jezgru. U osnovi, ima previše energije u jezgri da bi se sve nukleon mogao držati zajedno. Status elektroni jednog atoma nije važno za raspad, mada i oni imaju svoj način pronalaženja stabilnosti. Ako je jezgra atoma nestabilno, na kraju će se raspasti i izgubiti barem neke čestice koje ga čine nestabilnim. Izvorno jezgro naziva se roditelj, dok se rezultirajuća jezgra ili jezgre nazivaju kći ili kćeri. Kćeri bi još mogle biti radioaktivan, na kraju se razbiju na više dijelova ili mogu biti stabilni.
Tri vrste radioaktivnog raspada
Postoje tri oblika radioaktivnog raspada: koji od tih atomskog jezgra prolazi ovisi o prirodi unutarnje nestabilnosti. Neki izotopi mogu propadati na više putova.
Pri raspadanju alfa jezgra izbacuje alfa česticu, koja je u osnovi jezgra helija (dvije) protoni i dva neutrona), smanjujući atomski broj roditelja za dva, a masni broj za četiri.
U beta raspadu, struja elektrona, nazvana beta česticama, se izbacuje iz roditelja, a neutron u jezgri pretvara se u proton. Maseni broj novih jezgara je isti, ali atomski se broj povećava za jedan.
Pri raspadu gama, atomsko jezgro oslobađa suvišnu energiju u obliku visokoenergetskih fotona (elektromagnetsko zračenje). Atomski i masni broj ostaju isti, ali rezultirajuće jezgro pretpostavlja stabilnije energetsko stanje.
Radioaktivni vs. Stabilan
radioaktivni izotop je onaj koji prolazi radioaktivno propadanje. Izraz "stabilno" više je dvosmislen, jer se odnosi na elemente koji se u praktične svrhe ne raspadaju tokom dugog razdoblja. To znači da stabilni izotopi uključuju one koji se nikada ne razbiju, poput proteuma (sastoji se od jednog protona, pa ne preostaje ništa drugo za gubljenje), i radioaktivne izotope, poput telur -128, koji ima poluživot od 7,7 x 1024 godine. Radioizotopi s kratkim poluživotom nazivaju se nestabilni radioizotopi.
Neki stabilni izotopi imaju više neutrona nego protona
Možete pretpostaviti da bi jezgro u stabilnoj konfiguraciji imalo isti broj protona kao i neutroni. Za mnoge svjetlije elemente to vrijedi. Na primjer, ugljik se obično nalazi u tri konfiguracije protona i neutrona, nazvanih izotopi. Broj protona se ne mijenja, jer to određuje element, ali broj neutrona čini: Ugljik-12 ima šest protona i šest neutrona i stabilan je; ugljik-13 također ima šest protona, ali ima sedam neutrona; ugljik-13 je takođe stabilan. Međutim, ugljik-14, sa šest protona i osam neutrona, nestabilan je ili radioaktivan. Broj neutrona za jezgru ugljik-14 previsok je da bi ga snažna privlačna sila držala zajedno u nedogled.
No, kako se krećete prema atomima koji sadrže više protona, izotopi su sve stabilniji s viškom neutrona. To je zato što nukleoni (protoni i neutroni) nisu fiksirani na svom mjestu u jezgri, već se kreću, a protoni se odbijaju jedan o drugome jer svi nose pozitivan električni naboj. Neutroni ovog većeg jezgra djeluju tako da izoliraju protone od međusobnog djelovanja.
Omjer N: Z i čarobni brojevi
Odnos neutrona prema protonima, odnosno omjer N: Z, je primarni faktor koji određuje je li atomska jezgra stabilna ili ne. Svjetliji elementi (Z <20) radije imaju isti broj protona i neutrona ili N: Z = 1. Teži elementi (Z = 20 do 83) preferiraju omjer N: Z od 1,5 jer je potrebno više neutrona da se izoliraju protiv odbojne sile između protona.
Postoje i takozvani magični brojevi, a to su brojevi nukleona (bilo protona ili neutrona) koji su posebno stabilni. Ako i broj protona i neutrona imaju ove vrijednosti, situacija se naziva dvostrukim magičnim brojevima. Možete to smatrati jezgrom ekvivalentnom pravilo okteta koji reguliraju stabilnost elektronske ljuske. Čarobni brojevi malo su različiti za protone i neutrone:
- Protoni: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
- Neutroni: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184
Da biste dodatno zakomplicirali stabilnost, postoje stabilniji izotopi s parnim ili parnim Z: N (162 izotopa) od parnih (neparnih) (53 izotopa), neparnih (neparnih) parnih (50), od neparnih (neparnih) vrijednosti (4).
Slučajnost i radioaktivni raspad
Posljednja napomena: Bez obzira na to je li jedno jezgro podvrgnuto propadanju ili ne, potpuno je slučajni događaj. Poluvrijeme izotopa je najbolje predviđanje za dovoljno velik uzorak elemenata. Ne može se koristiti za predviđanje ponašanja jedne jezgre ili nekoliko jezgara.
Možete li proći kviz o radioaktivnosti?