放射性元素的衰变

2放射性元素的衰变

[目标定位] 1.知道什么是原子核的衰变.2.知道α衰变和β衰变的规律及实质，并能熟练写出衰变方程.3.理解半衰期的概念，学会利用半衰期解决相关问题．

一、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，我们把这种变化称为原子核的衰变．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．

二、α衰变：

原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.U的α衰变方程为

U→Th＋He．

三、β衰变：

原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1，Th的β衰变方程为

Th→Pa＋e．

四、半衰期

1．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．

2．放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．

一、原子核的衰变

1．原子核放出α粒子或β粒子后，变成另一种原子核，这种现象称为原子核的衰变．

2．α衰变：X―→Y＋He

原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.

α衰变的实质：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．

3．β衰变：X―→Y＋e

原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1.

β衰变的实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：n―→H＋e.

4．衰变规律：

衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．

5．γ射线是在发生α或β衰变过程中伴随而生，且γ粒子是不带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置．

6．确定衰变次数的方法

设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为

X―→Y＋n He＋m e.

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程

A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.

例1 原子核92U经放射性衰变①变为原子核90Th，继而经放射性衰变②变为原子核91Pa，再经放射性衰变③变为原子核92U.放射性衰变①、②和③依次为( )

A．α衰变、β衰变和β衰变 B．β衰变、α衰变和β衰变

C．β衰变、β衰变和α衰变 D．α衰变、β衰变和α衰变

答案A

解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，92U核与90Th核

比较可知，衰变①的另一产物为He，所以衰变①为α衰变，选项B、C错误；

91Pa核与92U核比较可知，衰变③的另一产物为e，所以衰变③为β衰变，选项A正确、D错误．

例2 U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：

(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？

(2)Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？

(3)综合写出这一衰变过程的方程．

答案(1)8次α衰变，6次β衰变(2)10个；22个

(3)见解析

解析(1)设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得

238＝206＋4x①

92＝82＋2x－y②

联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变．

(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22.

(3)核反应方程为U→Pb＋8He＋6e.

借题发挥衰变次数的判断方法

(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．

(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.

(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.

针对训练1 U经过m次α衰变和n次β衰变，变成Pb，则( )

A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4

C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18

答案B

解析根据题意有：235－4m＝207，92－2m＋n＝82，解两式得m＝7，n＝4，选项B正确．

二、对半衰期的理解

1．对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大．

2．半衰期公式

N余＝N原，m余＝m0

式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．

3．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．

例3 碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天．

(1)碘131核的衰变方程：I―→________(衰变后的元素用X表示)．

(2)经过________天75 %的碘131核发生了衰变．

答案(1)X＋e (2)16

解析(1)根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰变方程：I―→X＋e.(2)每经1个半衰期，有半数原子核发生衰变，经2个半衰期将剩余，即有75 %发生衰变，即经过的时间为16天．

针对训练2 放射性元素(Rn)经α衰变成为钋(Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn 的矿石，其原因是( )

A．目前地壳中的Rn主要来自于其他放射性元素的衰变

B．在地球形成的初期，地壳中元素Rn的含量足够高

C．当衰变产物Po积累到一定量以后，Po的增加会减慢Rn的衰变进程

D.Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期

答案A

解析元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，一般与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关，C、D错；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，故A 对、B错．