О чем свидетельствовало явление радиоактивности
Вопросы § 52
Физика А.В. Перышкин
1.В чём заключалось открытие, сделанное Беккерелем в 1896 г.?
Беккерель в 1896 г. обнаружил, что химический элемент уран U самопроизвольно испускает невидимые лучи.
2. Расскажите, как проводился опыт, схема которого изображена на рисунке 156. Что выяснилось в результате этого опыта?
В опыте на рис. 156 крупицу радия Ra поместили в толстостенный сосуд. Из него, через через щель, выходит пучок радиоактивного излучения, засвечивающего фотопластинку. Затем на пучок подействовали магнитным полем, в результате чего пучок расщеплялся на три потока: положительно заряженный, отрицательно заряженный и нейтральный, что фиксировалось по образованию на фотопластинке трех пятен.
Было установлено, что радиоактивное излучение состоит из трех видов частиц: ∝-частиц — ионизированных атомов гелия Не, ß-частиц — электронов и γ-частиц — фотоны.
3. О чём свидетельствовало явление радиоактивности?
Явление радиоактивности свидетельствовало о том, что атомы вещества имеют сложный состав.
4. Что представлял собой атом согласно модели, предложенной Томсоном?
Томсон предложил модель согласно которой атом представляет собой электрически нейтральный шар, внутри которого равномерно распределен положительный заряд и, находятся отрицательно заряженные длектроны, совершавшие колебательные движения около положения равновесия.
5. Используя рисунок 157, расскажите, как проводился опыт по рассеянию α-частиц.
Радиоактивный элемент, излучающий a-частицы, помещали в свинцовый сосуд. Вылетающие узким пучком a-частицы регистрировали с помощью экрана покрытого специальным веществом, реагирующем на попадание a-частицы вспышкой. При помещении на пути потока a-частиц экрана из тонкой металлической фольги было обнаружено, что некоторые a-частицы отскакивают назад, на углы порядка 180°.
6. Какой вывод был сделан Резерфордом на основании того, что некоторые α-частицы при взаимодействии с фольгой рассеялись на большие углы?
Резерфорд сделал вывод, что внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле (которое и отталкивает a-частицы) и, что такое поле может быть создано зарядом, сконцентрированном в очень малом объеме.
7. Что представляет собой атом согласно ядерной модели, выдвинутой Резерфордом?
Согласно модели Резерфорда в центре атома атом находится положительно заряженное ядро, в котором сконцентрирована практически вся масса атома, вокруг которого движутся электроны.
В чем заключается явление радиоактивности и кто его открыл
Радиоактивность — что это за явление
Радиоактивность — это явление, при котором ядра одного химического элемента самопроизвольно превращаются в ядра другого элемента или изотопы того же элемента. Процесс сопровождается испусканием частиц и электромагнитного излучения. При этом происходит изменение состава ядра атома: его заряда и массового числа.
Понятие «радиоактивность» было введено Марией Склодовской-Кюри. Оно тождественно понятию радиоактивный распад.
В определении присутствует термин изотоп. Прежде чем рассмотреть его, вспомним определение нуклида.
Нуклид — это отдельный вид атома химического элемента с определенными значениями массового и протонного чисел.
Для обозначения определенного нуклида используют запись вида
где X — символ химического элемента, A — массовое (нуклонное) число, Z — зарядовое (протонное) число.
Количество нейтронов в ядре N = A − Z
Изотоп — это разновидность атома определенного элемента с таким же атомным номером, но другим массовым числом.
Это значит, что в изотопах одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
Всего известно более двух тысяч радиоактивных изотопов. Для сравнения, стабильных открыто около 280.
Ученые разделяют нуклиды на стабильные и нестабильные. Нестабильные, также известные как радионуклиды, со временем распадаются. Стабильные же способны существовать в неизменном виде неопределенно долгий промежуток времени.
Суть явления радиоактивности заключается в том, что при распаде ядра нестабильного атома из него с большой скоростью вылетает целое число частиц с высокой энергией. Вещества, которые содержат радиоактивные ядра, называют радиоактивными.
Радиация (радиоактивное излучение) — это поток частиц высокой энергии, вылетающих из нестабильного ядра.
В современной химии выделяют естественную и искусственную радиоактивность.
Естественная радиоактивность — это явление самопроизвольного распада атомных ядер в природе.
Примером естественной радиоактивности служит солнечная радиация. В ядре солнца постоянно происходят термоядерные реакции, в ходе которых водород превращается в гелий.
Искусственная радиоактивность — это явление самопроизвольного распада атомных ядер, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.
Техногенная радиоактивность применяется людьми. Например, на атомных электростанциях электрическую энергию получают за счет искусственно созданных ядерных реакций.
В результате экспериментов было установлено, что в периодической системе Менделеева радиоактивны все элементы, начиная с висмута. Их порядковый номер больше 82.
Единицы измерения
В химии существует несколько единиц измерения радиоактивности:
В Международной системе единиц ( С И ) единицей измерения активности радионуклида является беккерель. На русском языке он обозначается как Бк, в международном формате — Bq.
Эту единицу назвали в честь Антуана Беккереля, одного из первооткрывателей радиоактивности. Один Беккерель равен одному распаду в секунду.
В Международной СИ секунде в минус первой степени равен не только беккерель, но и герц. Важно не путать их: беккерель используют для измерения случайных процессов распада, а герц — для периодических процессов. Их природа различна.
Один Беккерель — это маленькая единица измерения, так что на практике принято использовать кратные единицы.
Внесистемная, но широко распространенная единица — кюри. Ее используют для измерения активности радионуклидов. На русском обозначается как Ки, в международных исследованиях — Ci. Названа она в честь Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри.
Точно установлена связь между значениями Ки и Бк:
Перевести значения из Бк в Ки сложнее, т.к. соотношение приблизительно:
Еще одна единица измерения, которой в современности пользуются редко — резерфорд. Его обозначают как Рд или Rd в русском и международном стандартах соответственно. Единица тоже названа в честь ученого — Эрнеста Резерфорда, также изучавшего природу радиоактивности.
Один резерфорд равен 10^6 распадам в 1 секунду. Точно равенство:
1 Р д = 1 ⋅ 10 6 Б к = 1 М Б к
Дозиметрия — это определение дозы радиоактивного излучения, поглощаемого объектом.
В дозиметрии используют свои единицы облучения:
Поглощенную дозу в Международной СИ измеряют в единицах грэй (Гр). Один грэй равен энергии излучения в 1 Дж, поглощенной 1 кг вещества.
Эквивалентную дозу, т.е. произведение поглощенной дозы на коэффициент качества излучения, в Си измеряют в зивертах. Один зиверт эквивалентен излучению, создающему такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр гамма-излучения или рентгеновского излучения.
Внесистемная единица измерения эквивалентной дозы — бэр. Бэр расшифровывается как «биологический эквивалент рентгена».
За один бэр принято считать такое количество энергии излучения, поглощенного 1 кг вещества, при котором биологическое воздействие соответствует поглощенной дозе в 1 рад гамма-излучения или рентгеновского излучения. То есть:
Для измерения воздействия радиации используют также понятие мощность дозы. Это доза, полученная объектом за выбранную единицу времени.
Кто открыл, как это произошло
Предпосылкой открытия радиоактивности послужило открытие Вильгельма Конрада Рентгена. В конце XIX века ученый обнаружил новый вид лучей, который назвал X-лучами. В России они более известны как «рентгеновские лучи».
Лучи Рентгена представляют собой электромагнитное излучение длиной волн от
Хотя рентгеновское излучение менее вредно, чем радиоактивное, оно все равно является ионизирующим и в больших объемах способно навредить живым организмам.
Вскоре после Рентгена новый вид лучей открыл французский физик Антуан Анри Беккерель. В 1896 году Беккерель посетил заседание Академии наук, на котором узнал о предполагаемой связи рентгеновского излучения и флуоресценции. Чтобы проверить эту гипотезу, Беккерель провел эксперимент с фотопластинкой и солями урана. Он обнаружил, что лучи проходят через препятствия, оставляя изображение на фотопластинке.
Сперва Беккерель предположил, что открыл новый, более простой способ делать рентгеновские снимки. Но после многочисленных экспериментов он не мог дать объяснения, откуда уран получает свою энергию. К тому же, вопреки его данным, уран фосфоресцировал даже без солнечного света, что никак не согласовывалось с его гипотезой.
Так Беккерель понял, что открыл новый вид лучей. Но из-за неспособности разрешить найденное противоречие ученый временно отказался от изучения, как известно теперь, радиоактивности.
В 1898 году Мария и Пьер Кюри обнаружили, что новые лучи свойственны не только урану, но и торию. Позднее пара ученых открыла радиоактивность полония и радия. От названия последнего и было дано название явлению — радиоактивность.
К тому же, Беккерель и Кюри совместно обнаружили биологическое действие радиоактивности. На одной из лекций Беккерель держал в пробирке в жилетном кармане радиоактивное вещество. На следующий день на теле под карманом он обнаружил покраснение в форме пробирки. Пьер Кюри после этого 10 часов носил на себе пробирку с радием, и спустя несколько дней у него тоже появилось покраснение. Это покраснение впоследствии перешло в тяжелую язву, с которой Пьер боролся еще два месяца.
Пагубное влияние радиоактивных веществ не остановило ученых. В 1934 году Мария Склодовская-Кюри умерла от осложнений, вызванных долгой работой с радием.
В дальнейшем значительную роль в исследовании радиоактивности сыграл Эрнест Резерфорд. Ученый установил природу радиоактивных превращений и излучения, обнаружил сложный состав излучения.
Разновидности излучения, свойства и характеристики
Ученые выделили 3 вида излучения:
На основе излучения выделяют 3 основных типа радиоактивного распада:
Известны также распады с испусканием протонов (одного или двух), нейтрона и кластерная радиоактивность.
Процесс радиоактивного распада может быть продолжительным. Если дочернее ядро, полученное в результат радиоактивного распада, также является радиоактивным, то со временем и оно распадается. Так продолжается, пока не образуется стабильное нерадиоактивное ядро.
При этом некоторые изотопы могут одновременно испытывать более одного вида распада.
Альфа-распад
Альфа-распад — вид самопроизвольного распада атомного ядра на дочернее ядро, при котором происходит испускание альфа-частицы — ядра атома атома гелия. При этом массовое число дочернего ядра меньше на 4, а атомный номер — на 2.
Альфа-распад, т.е. поток положительно заряженных частиц, характерен для изотопов всех тяжелых элементов, начиная с висмута.
Альфа-частицы покидают ядро со скоростью от 9400 до 23700 км/с. При этом в воздухе при нормальных условиях альфа-излучение способно преодолеть лишь расстояние от 2,5 до 7,5 см.
Эффективно задержать радиоактивное излучение альфа-частиц можно несколькими десятками микрометров плотного вещества. К примеру, листом бумаги или даже ороговевшим слоем кожи — человеческим эпидермисом. Это делает его относительно безопасным для человека.
Однако если источник альфа-излучения все же попадет в организм (например, в виде пыли), это может привести к серьезным последствиям. Альфа-частицы наносят примерно в 20 раз больше повреждений, чем бета- и гамма-частицы той же энергии.
Правило смещения Содди, также закон радиоактивных смещений — это правило, описывающее превращение элементов в процессе радиоактивного распада.
Пример
Как уже было описано ранее, процесс радиоактивного распада продолжается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро. Рассмотрим такую цепочку на основе альфа-распада урана-238:
Бета-распад
Бета-распад — вид самопроизвольного распада атомного ядра на дочернее ядро, при котором происходит испускание потока электронов и антинейтрино. Массовое число при этом остается тем же, поскольку число нуклонов в ядре остается неизменным.
Бета-излучение как отрицательное излучение малой массы обладает большей проникающей способностью, нежели альфа-частицы. Задержать его можно алюминиевой фольгой.
Среди всех видов радиоактивного распада бета-распад является наиболее распространенным. Он особенно характерен для искусственных радионуклидов.
Выделяют несколько подвидов бета-распада:
Бета-минус распад представляет собой испускание из ядра электрона, образовавшегося в результате самопроизвольного превращения одного из нейтронов в протон и электрон. Такой электрон называют бета-минус частицей.
Рассмотрим бета-минус распад трития в гелий-3:
Бета-плюс распад, или позитронный распад сопровождается испусканием из ядра позитрона (античастицы электрона), образовавшегося в результате самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и позитрон. Получившуюся частицу называют бета-плюс частицей.
Рассмотрим бета-плюс распад углерода:
C 6 11 → B 5 11 + e + + ν e
Позитронный распад всегда сопровождается электронным захватом. Ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино. Заряд ядра также уменьшается на единицу.
Правило смещения Содди для электронного захвата:
Рассмотрим электронный захват на примере захвата бериллия в литий:
Гамма-распад
Гамма-распад чаще называют изомерным переходом. Такое название обосновано существованием изомерных состояний ядер. Большинство ядер способны существовать в возбужденном состоянии очень малое количество времени — менее наносекунды. Некоторые ядра способны существовать дольше — микросекунды, сутки или даже года. Такие долгоживущие состояния и называют изомерными.
При гамма-распаде изомерные состояния ядер переходят в основное состояние с излучением одного или нескольких гамма-квантов.
Гамма-излучение обладает намного большей проникающей способностью, чем альфа- и бета-излучение. Оно не имеет электрического заряда, обладает огромной энергией и может быть остановлено только толстым слоем железобетона, стали, свинца или другого серьезного препятствия.
Период полураспада, модели атомов и ядра, кратко
Рассмотрим общепринятую модель строения атома. В центре находится заряженное ядро, внутри которого — нейтральные нейтроны и положительно заряженные протоны. Почти вся масса атома приходится на тяжелое ядро. Вокруг положительно заряженного ядра движутся легкие отрицательно заряженные электроны. В невозбужденном состоянии и вне реакции количество протонов и электронов, как правило, равно, так что атом электронейтрален.
Наглядная схема представлена ниже.
Одной из главных характеристик радиоактивных атомов является его время жизни. Число ежесекундно происходящих распадов пропорционально количеству имеющихся атомов.
На основе периода полураспада некоторых радиоизотопов основан исторический метод радиоизотопного датирования. Для определения возраста некоторых объектов определяют, какая доля радиоактивного изотопа в составе успела распасться. Используют:
Любой радиоактивный распад происходит по закону радиоактивного распада. Математически данный закон выражается в следующем виде:
где N — число нераспавшихся атомов в любой момент времени, N_0 — число радиоактивных атомов в начальный момент времени, T — период полураспада, t — период времени.
О чем свидетельствовало явление радиоактивности
1. В чем заключалось открытие, сделанное Беккерелем в 1896 г.?
Беккерель обнаружил, что химический элемент уран самопроизвольно, т. е. без внешних воздействий, излучает ранее неизвестные невидимые лучи, которые позже были названы радиоактивным излучением.
2. Как стали называть способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению?
В результате исследований выяснилось, что не только уран, но и некоторые другие химические элементы самопроизвольно испускают радиоактивные лучи.
Способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению стали называть радиоактивностью.
3. Как проводился опыт Резерфорда по определению состава радиоактивного излучения? Что выяснилось в результате этого опыта?
В 1899 г. в результате опыта, проведённого под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия имеет сложный состав.
а) В толстостенный свинцовый сосуд поместили крупицу радия.
Сквозь толстый слой свинца радиоактивное излучение пройти не могло.
Пучок радиоактивного излучения радия выходил сквозь узкое отверстие и попадал на фотопластинку.
После проявления фотопластинки на месте, куда попадал пучок, обнаружилось тёмное пятно.
б) Затем создали сильное магнитное поле, действовавшее на пучок.
На проявленной пластинке возникло уже три пятна: одно, центральное, было на том же месте, что и раньше, а два других — по разные стороны от центрального.
Потоки, отклонившиеся в магнитном поле, представляли собой потоки заряженных частиц.
Отклонение в разные стороны свидетельствовало о разных знаках электрических зарядов частиц.
В одном потоке присутствовали только положительно заряженные частицы, в другом — отрицательно заряженные.
А центральный поток представлял собой излучение, не имеющее электрического заряда.
4. Как были названы частицы, входящие в состав радиоактивного излучения? Что представляют собой эти частицы?
5. О чем свидетельствовало явление радиоактивности?
О сложном строении атома.
Явление радиоактивности послужило основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав.
А так как было известно, что атом в целом нейтрален, это явление позволило сделать предположение, что в состав атома входят отрицательно и положительно заряженные частицы.
Решебник по физике за 9 класс Перышкин: упражнения, задания в параграфах, проверь себя, лабораторные работы
Глава 4. §52
В 1896 г. Беккерель обнаружил, что химический уран U самопроизвольно испускает невидимые лучи.
В опыте на рис. 156 крупицу радия Ra поместили в толстостенный сосуд излучения, засвечивающего фотопластинку. Затем на пучок подействовали магнитным полем, в результате чего пучок расщеплялся на три потока: положительно заряженный (α — частицы), отрицательно заряженный (β-частицы) и нейтральный (γ-частицы), что фиксировалось по образованию на фотопластинке трех пятен.
Явление радиоактивности свидетельствовало о том, что атомы вещества имеют сложный состав.
Атом представляет собой электрически нейтральный шар, внутри которого равномерно распределен положительный заряд и находится отрицательно заряженные электроны, совершающие колебательные движения вдоль положения равновесия.
Радиоактивный элемент, излучающий α-частицы, помещали в свинцовый сосуд. Вылетающие узким пучком α-частицы регистрировали с помощью экрана, покрытого специальным веществом, реагирующим на попадание α-частицы вспышкой. При помещении на пути потока α-частиц экрана из тонкой металлической фольги было обнаружено, что некоторые α-частицы отскакивают назад, на углы порядка 180°.
Резерфорд сделал вывод, что внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле (которое отталкивает α-частицы) и, что такое поле может быть создано зарядом, сконцентрированным в очень малом объеме.
Согласно модели Резерфорда в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сконцентрирована практически вся масса атома, вокруг которого движутся электроны.
Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО
Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?
Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇
Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»
или пишите «Хочу бесплатные шаблоны» в директ Инстаграм @shablonoved.ru
Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО
Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?
Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇
Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»