第十二章 放射性和核反应（课件）- 《中级无机化学（第2版）》同步教学（高教版）

第十二章 放 射 性 和 核 反 应 放射性衰变过程－自发核反应 放射性衰变动力学 核的稳定性和放射性衰变类型的预测 质量亏损和核结合能 核裂变与核聚变 超重元素的合成 习题: 4, 5, 7, 10, 13, 15, 18, 20(1)、(3)、(5)、(7、)(9)、(11)、(13) 要点 原子核通过自发衰变或人工轰击而进行的核反应与化学反应有根本的不同： 第一，化学反应涉及核外电子的变化，但核反应的结果是原子核发生了变化。 第二，化学反应不产生新的元素，但在核反应中，一种元素嬗变为另一种元素。 12.1 放射性衰变过程－自发核反应 第三，化学反应中各同位素的反应是相似的，而核反应中各同位素的反应不同。 第四，化学反应与化学键有关，核反应与化学键无关。 第五，化学反应吸收和放出的能量大约为10～103 kJ·mol－1，而核反应的能量变化在108～109 kJ·mol－1。 最后，在化学反应中，反应前后物质的总质量不变，但在核反应中会发生质量亏损。 12.1.1 基本粒子简介 基本粒子是泛指比原子核小的物质单元，包括电子、中子、质子、光子以及在宇宙射线和高能原子核实验中所发现的一系列粒子。 已经发现的基本粒子有30余种，连同它们的共振态(基本粒子相互碰撞时，会在短时间内形成由两个、三个粒子结合在一起的粒子)共有300余种。 许多基本粒子都有对应的反粒子。 每一种基本粒子都有确定的质量、电荷、自旋和平均寿命，它们多数是不稳定的，在经历一定的平均寿命后转化为别种基本粒子。 一些重要的基本粒子的性质已经确定并列成了表，认识这些基本粒子的特性对了解放射性衰变具有重要意义。 根据基本粒子的静止质量大小及其他性质差异可将基本粒子分为四类：光子、轻子、介子和重子(包括核子，超子)。 物质是无限可分的，基本粒子的概念将随着人们对物质结构认识的进展而不断发展。 事实上，“基本粒子”也有其内部结构，因而不能认为“基本粒子”就是物质最后的最简单且基本的组成单元，而且，也并非所有的基本粒子都存在于原子核中，一些基本粒子，如正电子、介子、中微子等都是核子(质子和中子的总称)——核子以及质-能相互作用的副产物。 一些重要的基本粒子的特征 中性π 正电子在独立存在时是稳定的，但与电子相遇时就一起转化为一对光子。 反质子P－与质子具有相同的特征，只是电荷相反，在自然界反质子不能稳定存在，因为它能同物质相互作用而迅速毁灭。 如果由一个中子10n变为一个质子11P和一个电子 0－1e(三个粒子的自旋均为1/2)时, 为了平衡自旋需要生成一个中微子00ν。中微子静止质量为0, 电中性, 自旋1/2，以光速运动, 几乎不被物质所吸收, 穿透力极强。 可以将中子看成是被等量的负电荷所围绕的质子，作为一个整体，中子是电中性的。 12.1.2 放射性射线 天然放射性核素在衰变时可以放出三种射线： (1) α 射线 42He2＋ α 射线是带两个正电荷的氦核流，粒子的质量大约为氢原子的四倍，速度约为光速的1/15，电离作用强，穿透本领小，0.1 mm厚的铝箔即可阻止或吸收α 射线。 母核放射出α 射线后，子体的核电荷和质量数与母体相比分别减少2和4。子核在周期表中左移二格，如 22688Ra 22286Rn2－＋42He2＋。 一般认为, 只有质量数大于209的核素才能发生α 衰 变，因此，209是构成一个稳定核的最大核子数。 (2) β射线 0－1β (或0－1e) β射线是带负电荷的电子流，速度与光速接近，电离作用弱，穿透能力约为α 射线的100倍。 核中中子衰变产生0－1β： 10n 11P＋0－1e＋00 ν 核素经β 衰变后，质量数保持不变，但子核的核电荷较母核增加一个单位，在周期表中位置右移一格。如 21082Pb 21083Bi＋0－1e (3) γ 射线 γ 射线是原子核由激发态回到低能态时发射出的