Atom zbudowany jest z dodatnio naładowanego jądra i zajmujących przestrzeń poza jądrem

elektronów.

Z A

E

Liczba atomowa Z określa liczbę protonów w jądrze atomu. Ponieważ atom to układ elektrycznie

obojętny, liczba ta określa również liczbę elektronów.

Liczba masowa A określa sumę protonów i neutronów (nukleonów) w jądrze atomu.
Liczba neutronów = A - Z

Cechy

Proton

Neutron

Elektron

Znajduje się w

Jądro atomowe

(nukleony)

Przestrzeń

wokółjądrowa

Oznaczenie

p

+

n

0

e

-

Masa

Ok. 1u (1,0073u)

= 1,67265 * 10

-

Ok. 1u (1,0087 u)

= 1,6748 * 10

-

Ok. 1/1836 u

= 9,1094 * 10

-

Ładunek elektr.

+

brak ładunku

-

Odkrywca

Ernest Rutherford

1911

James Chadwick

1934

Joseph Thomson

1897

Pierwiastek to zbiór atomów o tej samej liczbie atomowej Z.

Izotopy to atomy o jednakowej liczbie atomowej Z (tego samego pierwiastka), a

różnej liczbie masowej A . np.

Pierwiastki mogą mieć po kilka, a nawet kilkanaście izotopów. Przykładowo

wodór

ma trzy naturalne izotopy:



prot:

1

H

– ma jeden proton i nie ma neutronów; trwały,



deuter:

2

H (D)

– ma jeden proton i jeden neutron; trwały,



tryt:

3

H (T)

– ma jeden proton i dwa neutrony; nietrwały.

Nuklidy to atomy należące do jednego izotopu danego pierwiastka to (mają taką

samą liczbę atomową Z i masową A).

Izobary to atomy, których jądra mają różną liczbę atomową Z, a jednakową liczbę

masową A .

np.
Izotony to atomy, których jądra mają różną liczbę atomową Z, a jednakową liczbę

neutronów.

izotopy - jadra o tej samej liczbie Z, różniące się liczbą neutronów np:

Atomowa jednostka masy to międzynarodowa jednostka masy atomowej

równa

1

/

12

masy atomu węgla

12

C:

1 u = 1,66 · 10

–27

kg = 0,166 · 10

–23

g

Masa atomowa to masa pojedynczego atomu wyrażona w atomowych

jednostkach masy u.

Masa cząsteczkowa to masa pojedynczej cząsteczki wyrażona w

atomowych jednostkach masy u. Stanowi sumę mas atomowych

wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki.

Masa atomowa pierwiastka jest średnią ważoną mas atomowych

izotopów, wynikającą z procentowej zawartości poszczególnych izotopów

w naturalnej mieszaninie:

A

1

, A

2

, ... – liczby masowe poszczególnych izotopów

p

1

, p

2

, ... – procentowe zawartości poszczególnych izotopów

Jądra atomowe niektórych izotopów ulegają przemianom w jądra innych
izotopów w celu osiągnięcia trwałości. Aby to osiągnąć wypromieniowują
one rozmaite cząstki i fale elektromagnetyczne.

Promieniotwórczość

naturalna

polega

na

samorzutnej

emisji

promieniowania przez występujące w przyrodzie izotopy promieniotwórcze.

Promieniotwórczość sztuczna polega na bombardowaniu stabilnych
jąder atomowych protonami, jądrami deuteru, cząstkami alfa lub
neutronami, w wyniku którego jądro to zamienia się w inny rozpadający się
izotop.

Niestabilność jąder niektórych pierwiastków wynika ze zbyt dużej
lub zbyt małej liczby neutronów w jądrze.

Izotopy promieniotwórcze, radioizotopy – pierwiastki lub odmiany
pierwiastków (izotopy), których jądra atomów są niestabilne i samorzutnie
ulegają przemianie promieniotwórczej.

Pierwiastki promieniotwórcze to pierwiastki chemiczne, których wszystkie
izotopy są radioaktywne (promieniotwórcze).
Znanych jest około 2300 nuklidów promieniotwórczych, tylko kilkadziesiąt
spośród nich występuje w przyrodzie.

Naturalne pierwiastki promieniotwórcze to przede wszystkim nuklidy o liczbie
atomowej Z > 83.















0

1

1

1

1

0

p

n



4

2

4

2









Y

X

A
Z

A

Z



0

1

1







 X

X

A

Z

A

Z

Prawo przesunięć (reguła Soddy’ego - Fajansa )

Opisuje

ono,

w

jaki

sposób

określony

typ

przemiany

izotopu

promieniotwórczego wpływa na rodzaj wytworzonego nuklidu:



W przypadku przemiany α powstaje izotop o liczbie masowej mniejszej o 4 i

liczbie atomowej mniejszej o 2 (przesunięcie w układzie okresowym o 2
miejsca w lewo)

Y

X

A
Z

A

Z

4

2







Th

U

234

90

238

92



Y

X

A

Z

A

Z

1





Bi

Pb

212

83

212

82





W przypadku rozpadu β

-

powstaje nuklid o takiej samej liczbie masowej i o

liczbie atomowej większej o 1 (przesunięcie w układzie okresowym o 1
miejsce w prawo)



W przypadku przemiany β

+

powstaje nuklid czyli jądro pierwiastka o

liczbie atomowej mniejszej o 1oraz tej samej liczbie masowej (przesunięcie
w układzie okresowym o 1 miejsce w lewo)

Y

X

A

Z

A

Z

1





C

N

13

6

13

7



Cechy promieniowania wysyłanego przez izotopy

radioaktywne

Przemiana β

+

-

polega na emisji pozytonu pochodzącego z rozpadu protonu w jądrze

pierwiastka.

Przemianie tej ulegają jądra, w których znajduje się więcej protonów niż neutronów.
Podczas przemiany typu β

+

proton ulega rozpadowi na neutron, pozyton i

neutrino:

Wychwyt K

– to przeskok elektronu z powłoki K do jądra, w którym następuje połączenie

elektronu i protonu w neutron.

Reakcje jądrowe-

polegające na zderzeniu cząstki lub niewielkiego jądra z innym jądrem,

które przekształca się w nowe jądro, wyrzucając zwykle 1 lub kilka cząstek. Tak otrzymano

nie występujące w przyrodzie transuranowce.

4

2He +

23592

U 

23894

Pu +

10

n

Rozszczepienie jądrowe

– polega na tym, że cząstka uderzająca w ciężkie jadro powoduje

jego rozpad na 2 podobne jądra średniej wielkości z równoczesnym uwolnieniem kilku

cząstek. Stosuje się je w elektrowniach jądrowych (w sposób kontrolowany) i w bombach

atomowych (sposób niekontrolowany).

10

n +

23592

U 

14056

Ba +

9236

Kr + 4

10

n

Fuzja jądrowa-

polega na zderzeniu 2 jąder lekkich i utworzeniu nowego jądra z wyrzuceniem

małej cząstki. Fuzje zachodzą we wnętrzu gwiazd i podczas wybuchu bomb wodorowych.

2

1

H +

21

H 

32

He +

10

n

UWAGA:

W reakcjach jądrowych musi zostać zachowana zasada zachowania masy izasada

zachowania ładunku oraz energii.

pełny zapis reakcji:

zapis skrócony:















0

1

1

0

1

1

n

p



0

1

1







 Y

X

A

Z

A

Z

Proces samorzutnego rozpadu jąder pierwiastków radioaktywnych przebiega z
szybkością, którego nie umiemy żadnym działaniem fizycznym ani chemicznym
zmienić.

Dla każdego pierwiastka promieniotwórczego charakterystyczny jest tzw.
okres półtrwania (T

1/2

), czyli przedział czasu, w którym pierwotna liczba

jąder N

o

maleje do połowy, tj. gdy: N = N

o

/2.

Reakcje jądrowe to reakcje I rzędu, więc okres półtrwania obliczamy:

T

1/2

= ln2/k =0,693/k , gdzie k - stała szybkości reakcji

Przykład Dla m = 10 g radonu o T

1/2

= 4 dni

W układzie SI jednostką aktywności jest bekerel (Bq) zdefiniowany jako jedna
przemiana na sekundę.

g

g

g

g

g

dni

dni

dni

dni

625

,

0

25

,

1

5

,

2

5

10

4

4

4

4









Bardzo często w przyrodzie procesy promieniotwórcze zachodzą w pewnym

określonym porządku.

Serię sekwencyjnych przemian promieniotwórczych α i β prowadzących do

powstania stabilnego izotopu nazywamy szeregiem promieniotwórczym.

Jest to szereg dziedzicznie powiązanych izotopów, w którym każdy powstaje w

wyniku rozpadu poprzedniego.

Wyróżniamy 4 ważne szeregi promieniotwórcze:



Uranowy – radowy

(zaczyna się izotopem uranu

238

U, a kończy trwałym

izotopem ołowiu)



Torowy

(zaczyna się izotopem technetu 

232

Th, a kończy trwałym izotopem

ołowiu)



Uranowo – aktynowy

(zaczyna się izotopem uranu

235

U, a kończy trwałym

izotopem ołowiu)



Neptunowy

(zaczyna się izotopem neptunu, a kończy trwałym izotopem

bizmutu)

Trzy z nich - szereg uranowy, torowy i aktynowy - występują w środowisku

naturalnym.

Czwarty szereg promieniotwórczy, neptunowy, występował we wczesnym

okresie istnienia Ziemi, pojawił się jednak ostatnio ponownie na skutek
skażeń promieniotwórczych.

Szereg uranowo-radowy

Szereg uranowo-radowy

Izotop uranu,

238

U, ośmiokrotnie rozpada się na drodze rozpadu α i

sześciokrotnie na drodze rozpadu β zanim stanie się stabilnym izotopem
ołowiu-

206

Pb.