原子核的组成(前三节)

Al He P n
反应生成物P是磷的一种同位素，也有放 射性，像天然放射性元素一样发生衰变， 衰变时放出正电子，核衰变方程如下：
30 15
P Si e
30 14 0 1
用人工方法得到放射性同位素，这是一个 很重要的发现．后来人们用质子、氘核、 中子和光子轰击原子核，也得到了放射性 同位素．
质子 中子
统称核子 元素符号 质量数 （核）电荷数
A Z 235 92
X
U
10－15m
1 1
H
4 2
He
质子
1
核子 中子 质子数 核外电荷数 原子序数
质量数
核子数
中子+质子
2
同位素
原子核的组成
• 各种原子核内质子的个数（核的电荷数） 和核外电子的个数都相同，它也等于该种 元素在元素周期表中的原子序数； • 原子核内质子和中子的总数叫做核的质量 数，它等于该元素原子量的整数部分. • 在某种核反应中，一个中子变成一个电子 和一个质子.这就是原子核内没有电子，又 会放出电子，产生β射线的原因.
•质子就是氢原子核.
mp 1.672623110
27
Kg
同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打
出了质子。------质子是原子核的组成部分。 原子核是否只是由质子组成呢？
核的质量
质子质量
核的质量 质子质量
？
>
核的电量
质子电量
核的电量 质子电量
卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一 猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．
氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子， 下列说法哪个正确？
（1）具有相同的质子数、相同的中子数、相同 的电子数；
（2）具有不同的质子数、相同的中子数、相同 的电子数； （3）具有相同的质子数、不同的中子数、相同 的电子数； （4）具有相同的质子数、相同的中子数、不同 的电子数．
回顾：三种放射性射线的性质
27 13
Al He P n
4 2 30 15 1 0
30 15
P Si e
30 14 0 1
有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素
注意：
1、放射性同位素与放放射性元素一样，都有 一定的半衰期，衰变规律一样。
2、放射性同位素衰变可生成另一种新元素。 3、可以用人工的方法得到放射性同位素。
4、注意：
• (1)“单个的微观事件是不可预测的”，所以，放 射性元素的半衰期，描述的是统计规律。 • (2)半衰期的长短由核内部自身的因素决定，跟所 处的化学状态和外部条件都没有关系。
例题分析
•例题：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原 来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电 粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所 示，由图可以知（BD ） •A.该核发生的α衰变 a b •B.该核发生的β衰变 •C.磁场方向一定垂直纸面向里 •D.磁场方向向里还是向外不能判定
第十九章
原子核
原子核的组成 放射性 元素的衰变
人们通过什么现象或实验发 现原子核是由更小的微粒构成的？
人们认识原子核的 结构就是从天然放 射性开始的。
一、天然放射现象
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现， 铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线， 这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。
具有发射性的元素 物质发射射线的性质 元素自发的放出 射线的现象
•

β射线
• 与α射线偏转方向相反的那束射线带负 电荷，我们把它叫做β射线.研究发现β射线 由带负电的粒子（β粒子）组成.进一步研 究表明β粒子就是电子. • β射线的穿透本领较强，很容易穿透黑 纸，还能穿透几厘米厚的铝板.
γ射线
• 中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线， 研究表明，γ射线的实质是一种波长极短的 电磁波，它不带电，是中性的. • γ射线的穿透本领极强，一般薄金属板 都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥 墙和几厘米厚的铅板.
二、核反应：
1、定义： 原子核受其他粒子的轰击下生成新原子核 的过程，成为核反应。
2、几个人工核转变方程： 4 14 17 1 （1）卢瑟福发现质子的方程： He 7 N 8 O 1 H 2 （2）查德威克发现中子的方程：
4 2 9 He 4 Be12C 01n 6
（3）约里奥.居里夫妇发现人工放射性同位素和正 电子的方程：
3.原子核衰变的分类:
（1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变．
A Z
X
A 4 Z 2
4 Y 2 He
226 88 238 92
Ra Rn He
222 86 4 2 238 92 230 90
U ? Th ?
U Th He
234 90 4 2 226 88 4 2
230 90
天然放射现象
阅读课文填写表格：

射线
成分
速度
贯穿能力
弱 较强
电离能力
很容易 较弱
氦原子核 1/10光速

射线
高速
电子流 高能量
接近光速

射线
光速
很强
更小
电磁波
天然放射现象
放射型物质发出的射线有三种：
三种射线
• α射线 • β射线 • γ射线
α射线
根据射线的偏转方向和磁场方向的关 系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷 的粒子组成，我们把它叫做α射线，α射线 由带正电的α粒子组成.科学家们研究发现 每个α粒子带的正电荷是电子电荷的2倍， α粒子质量大约等于氦原子的质量.进一步 研究表明α粒子就是氦原子核. • 由于α粒子的质量较大，所以α射线的 穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它 挡住.
Th Ra He
3.原子核衰变的分类:
（1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变．
A Z
X
A Z
A 4 Z 2
4 Y 2 He
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
X
A Z 1
Y e
0 1
234 90
24 11
Th Pa e
234 91 0 1
24 11
③放射性治疗癌症：放射线可以杀伤癌细 胞； ④消除静电：利用射线的电离作用。
b、作为示踪原子 放射性同位素的化学性质不变，但带 有“放射性标记”。 ①掺入肥料中，检查农作物对肥料的 吸收状况； ②检查地下输油管的破损位置。
棉花育种
放射性同位素造影术
食品保鲜
“放疗” 治疗
粮食保存
放射线测厚仪
放射性污染和防护
中子的发现
• 1932年英国物理学家查德威克又发现了中子， 通过研究证明中子的质量和质子的质量基本 相同，但是不带电.是中性粒子.在对各种原 子核进行的实验中，发现质子和电子是组成 原子核的两种基本粒子.
mn 1.6749286 10
27
Kg
原子核的表示:
A表示 质量数
A z
X
X表示 元素符号
3、人工放射性同位素与天然放射性物质的对比： （1）放射的强度易控制，还可以制成各种形状 （2）半衰期比天然放射性物质短得多，因此放射 性废料容易处理。
放射性同位素的应用
放射性同位素在农业、医疗卫生、和科学研究等许多方面得到了广泛 的应用．其应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向展开的．
放射性元素 放射性 天然放 射现象
钡铀云母
翠砷铜铀矿
斜水钼铀矿
铀钙石矿
天然放射现象
放射性不是少数几种元素才有的， 研究发现，原子序数等于或大于83的所 有元素，都能自发的放出射线，原子序 数小于83的元素，有的也具有放射性．
放大了1000倍的铀矿石
二、射线到底是什么?
• 在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？ • 它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性 质以外，还有些什么性质呢？ • 这些射线带不带电呢？
4 2
He Al P n
27 13 30 15 1 0
30 15
P Si e
30 14 0 1
1932年，居里夫妇用α粒子轰 击铍，铝，硼等元素，发现了前所 未有的穿透性强的辐射，后来被确 定为中子流。
1934年，查德威克在用α粒子轰击铍，铝， 硼等元素，除了测到中子流外，还探测到了正 电子。
X
A Z 1
Y e
0 1
（3）γ衰变: 伴随射线或射线产生.
注意：
• 1、 放射性元素衰变不可能有单独的γ衰变！
• 2、衰变后元素的化学性质发生了变化，即： 生成了新的原子核！
例： U 经过一系列衰变和衰变后，可以 变成稳定的元素铅206 ( 206Pb) ，问这一过程 82 衰变和衰变次数？ 解：设经过x次衰变，y次衰变
过量的放射性会对环境造成污染，对人类 和自然界产生破坏作用． 20世纪人们在毫 无防备的情况下研 究放射性
放 射 性 的 应 用
探伤仪 射线应用 培育新种 保存食物
消除有害静电 消灭害虫 治疗恶性肿瘤
农作物检测
示踪原子 诊断器质性和功能性疾病 生物大分子结构及功能研究
a、利用放射线的贯穿本领或电离作用
①γ射线探伤：利用γ射线“透视”金属内 部，看是否存在砂眼、裂纹； ②培养（农作物）优良品种：通过放射线 照射，可以对生物体内DNA进行诱变；
三、原子核的组成
• 放射性现象中放出的三种射线都是从放射 性元素的原子核内释放出来的，这表明原 子核也有内部结构. • 原子核内究竟还有什么结构？ • 原子核又是由什么粒子组成的呢？
质子的发现
• 1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了质 子。经过研究证明，质子带正电荷，其电量和 一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子 质量的1836倍.进一步研究表明，质子的性质 和氢原子核的性质完全相同，所以
Na ?
Na Mg e
24 12 0 1
思考与讨论
•原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪 里？
1 0
n
1 1
H
0 1
e
3.原子核衰变的分类:
（1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变．
A Z
X
A Z
A 4 Z 2
4 Y 2 He
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
238 92
238 92
U Pb x He y e
206 82 4 2 0 1
238＝206＋4x 92 = 82 + 2x - y
x＝8 y＝6
练习：
钍232经过6次衰变和4次衰变后变成一种 稳定的元素，这种元素是什么？它的质量数 是多少？它的原子序数是多少？
二、半衰期
• 1、半衰期 • 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的 时间，叫做这种元素的半衰期。 放射性元素的剩余质量 与原有质量的关系：
三种射线 、、 三种射线的性质：
射线种类 组成物质 速率 射线
氦核 He
4 2
贯穿本领 电离本领 最弱 最强 较弱 最弱
1 10
c
电子 e 光子
0 1
接近c 较弱 c 最强
原子核的衰变 原子核放出α 粒子或β 粒子，由于 核电荷数变了，它在周期表中的位置就 变了，变成另一种原子核。 1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某 种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰 变（decay）． 2.衰变遵循的原则： 质量数守恒，电荷数守恒。
1 m m0 ( ) 2
1 N N0 ( ) 2
t
t
2、不同的放射性元素，半衰期 不同
• 例如： • 氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天 • 镭226衰变为氡222的半衰期为1620年 • 铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109 年
3、半衰期的计算
•例：已知钍234的半衰期是24天，1g钍经过120 天后还剩多少？ 计算表达式:
放射性元素的剩余质量 与原有质量的关系：
1 m m0 ( ) 2
t
练习
•1.铋210的半衰期是5天，经过多少天后， 20g铋还剩1.25g?
2. 10克镭226变为氡222的半衰期为1620年，有 人说：经过1620年有一半镭发生衰变，还有镭 （226）5克，再经过1620年另一半镭也发生了 衰变，镭226就没有了，对吗？为什么？
235 92
Z表示 质子数
4 2
U表示铀原子核
有92个质子, 质量数为235, (即有143个中子)
He表示氦原子核
有2个质子, 质量数为4, (即有2个中子)
A z
X
如质子数相同，中子数不 同，（质量数当然不同）， 则互为同位素。
1 1
H (氢)
2 1
H (重氢)
3 1
H (氚)
原子核的组成
原子核的组成
4、放射性同位素跟同种元素的非放射性同位 素具有相同的化学性质。
1934年，约里奥· 居里和伊丽芙· 居里在用粒子 轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还 探测到了正电子，正电子的质量跟电子相同， 所带电荷与电子相反，为一个单位的正电荷， 更意外的是，拿走放射源后，铝箔虽不再发 射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放 射性也有一定的半衰期．原来，铝核被粒子 击中后发生了下面的反应 27 4 30 1 13 2 15 0