Радиоактивные элементы и их распад
Рассматривая периодическую систему, мы до сих пор оставляли в стороне радиоактивные элементы и их положение в системе. Чтобы осветить этот вопрос, необходимо остановиться на явлениях радиоактивности более подробно, чем это было сделано в гл. IV.
После обнаружения в 1896 г. радиоактивности урана и открытия в 1898 г. радия было установлено, что радиоактивными являются также торий, полоний, актиний и ряд других элементов. Многие из радиоактивных элементов существуют в природе в почти невесомых количествах. Понятно, что при таких условиях их исследование представляет огромные трудности. Однако эти трудности удалось преодолеть, и теперь химические свойства почти всех радиоактивных элементов определены экспериментальным путем.
Радиоактивные элементы обладают всеми свойствами обыкновенных химических элементов: они имеют совершенно определенные атомные веса, образуют химические соединения, соответствующие их положению в периодической системе, и дают характерные спектры.:Но, кроме этих общих всем элементам свойств, они обладают еще специфической способностью длительно излучать энергию.
Лучи, испускаемые радиоактивными элементами, делятся на три группы: α-лучи, β-лучи и ϒ-лучи .
Атомы радиоактивных элементов неустойчивы и постепенно разрушаются, образуя новые атомы, новые химические элементы, отличные по своим свойствам от материнских элементов (например, при распаде атомов металла радия получаются инертные газы — радон и гелий). Распад атомов сопровождается выбрасыванием α- или β-частиц, количество которых соответствует числу распадающихся атомов. Испускание ϒ-лучей представляет собой вторичное явление, обычно вызываемое β-лучами, подобно тому как удар катодных лучей об антикатод вызывает испускание рентгеновых лучей .
Длительное излучение энергии радиоактивными веществами на первый взгляд противоречит закону сохранения энергии. В действительности же такого противоречия нет, поскольку источником излучаемой энергии является внутренняя энергия атомов, уменьшающаяся при их превращении в новые атомы.
Изменение энергии, сопровождающее распад атомов радиоактивных элементов, гораздо больше, чем изменение энергии при обычных химических реакциях. Подсчитано, например, что при полном распаде 1 г радия выделяется 3,7∙ 106 ккал, т. е. приблизительно в 500 тысяч раз больше, чем при сгорании 1 г угля. Поэтому радиоактивный распад практически не зависит от температуры и протекает одинаково как при самых низких, так и при самых высоких температурах.
Скорость, с которой распадаются радиоактивные элементы, весьма различна. Она характеризуется так называемой радиоактивной постоянной, показывающей, какая часть общего числа атомов радиоактивного элемента распадается в 1 сек. Чем больше радиоактивная постоянная, тем быстрее распадается элемент.
Скорость радиоактивного распада не остается неизменной во все время распада. Изучение этого процесса показало, что количество распадающихся атомов радиоактивного элемента в каждый данный момент пропорционально количеству находящихся налицо атомов. Другими словами, всегда распадается одна и та же часть наличного числа атомов. Отсюда следует, что если в течение некоторого времени разложилась половина имевшегося радиоактивного элемента, то в следующий такой же промежуток времени разложится половина остатка, т. е. вдвое меньше, еще в следующий — вдвое меньше, чем в предыдущий, и т. д.
Наблюдая, например, за изменением количества радона, установили, что через 3,85 дня остается половина первоначального количества, еще через 3,85 дня только ¼ , затем 1/8 и т. д.
Скорость распада радона графически показана на рис. 49, где на горизонтальной оси отложено время, а на вертикальной — количество радона. Промежуток времени, в течение которого разлагается половина первоначального количества радиоактивного элемента, называется периодом полураспада. Эта величина характеризует продолжительность жизни элемента. Для различных радиоактивных элементов она колеблется в колоссальных пределах — от долей секунды до миллиардов лет. В частности, период полураспада радия равен 1580 годам, т. е. определенное количество радия, сколько бы его ни было, уменьшается вдвое за 1580 лет.
Вы читаете, статья на тему Радиоактивные элементы и их распад