中学综合学科资源库——同位素

中学综合学科资源库——同位素

第一部分同位素

原子里具有相同质子数和不同中子数的同种元素的原子互称同位素。“同位”之意，是它们在元素周期表中共同占有一个位置。

同位素这个概念是1913年由英国科学家素迪（1877～1956年）提出的，当时由于放射性元素的发现，在研究放射性元素的性质时，观察到有些放射性不同的元素，尽管它们的原子量各不相同，而化学性质却完全一样。如铀有原子量为234、235、238等多种放射性元素。

同一元素的各种同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质几乎完全相同。在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子百分比一般是不变的。同位素原子在许多方面有着广泛的应用。

第二部分放射线是什么？

前面已经讲了，贝克勒耳发现了放射线，居里夫妇又作出了新的贡献。放射线本身究竟是什么呢？这正是当时科学界最关注的大问题。下面我们来讲一下另一位伟大的物理学家卢瑟福的工作。

1895年，就在伦琴发现X射线的那一年，年轻的卢瑟福从新西兰远渡重洋来到英国，到有名的卡文迪许实验室学习和工作。汤姆逊热情地欢迎了他。

一开始，他研究刚发现的X射线。当贝克勒耳发现放射线以后，在汤姆逊的建议下，卢瑟福立即转而研究放射线。

卢瑟福把铀装在铅罐里，罐上只留一个小孔，铀的射线只能由小孔放出来，成为一小束。他用纸张、云母、玻璃、铝箔以及各种厚度的金属板去遮挡这束射线，结果发现铀的射线并不是由同一类物质组成的。其中有一类射线只要一张纸就能完全挡住，他把它叫做“软”射线；另一类射线则穿透性极强，几十厘米厚的铝板也不能完全挡住，他把它叫做“硬”射线。

正在这时候，居里夫妇发现了镭，并且用磁场来研究镭的射线。结果发现在磁场的作用下，射线分成两束。其中一束不被磁场偏转，仍然沿直线进行，就像X射线那样；另一束在磁场的作用下弯曲了，就像阴极射线一样。

用磁场研究射线，在卡文迪许实验室里可是拿手好戏，实验室主任汤姆逊在不久之前就是利用磁场、电场来研究阴极射线而发现电子的。居里夫妇的研究情况传到了英国，卢瑟福立刻用更强的磁场来研究铀（这时他手中还没有新发现的镭）的射线。

结果，铀的射线被分开了，不是两股，而是三股。新发现的一股略有弯曲，卢瑟福把它叫做α（阿耳法）射线；那一股弯曲得很厉害的叫做β（贝他）射线；不被磁场弯曲的那一股叫做γ（伽玛）射线。

卢瑟福分别研究了三种射线的穿透本领。结果是：

α射线的穿透本领最差，它在空气中最远只能走7厘米。一薄片云母，一张0.05毫米的铝箔，一张普通的纸都能把它挡住。

β射线的穿透本领比a射线强一些，能穿透几毫米厚的铝片。

γ射线的穿透本领极强，1.3厘米厚的铅板也只能使它的强度减弱一半。

这三种射线是什么物质呢？

居里用汤姆逊研究阴极射线的方法去测定了R射线，证明了R 射线和阴极射线性质一样，是带阴电的电子流，只不过速度更快一些。

γ射线和X射线类似，都是波长非常短的电磁波。

α射线是什么呢？一时还不清楚。

由于α射线和β射线在磁场中弯曲的方向相反，显然α射线带的电荷和β射线正相反，α射线应该是带阳电（正电）荷的粒子流。

卢瑟福用了几年时间专心研究α射线，最后才证明α射线是失去两个电子的氦原子（氦离子）流。

【综合练习】

一．1934年，科学家在用α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，更意外的是，拿走α放射器后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期。

1．写出α粒子轰击铝箔（27

13

Al）产生中子的核反应方程式，并对比与普通的化学

方程式的本质区别。

2．上述产生的具有放射性的同位素叫做放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式。

3．简要说明放射性同位素的应用。并至少举出两个实际应用的例子。

【参考答案】

1．27

13Al＋4

2

He→30

15

P＋1

n

与普通化学方程式的区别是：普通化学反应原子核不变，而核反应过程中原子核发生了变化。

2．30

15P→30

14

Si＋0

1

e

3．放射性同位素的应用主要分两类：一是利用它的射线，二是做示踪原子。例如，利用钴60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼或裂纹，这叫γ射线探伤。在农业施肥的肥料中加一些放射性同位素，就会知道哪种农作物在什么季节最能吸收含哪种元素的肥料。另外，在生物学研究方面，同位素示踪技术也起着十分重要的作用。

二．1．据测，哈雷彗星上碳的两种位素12C和13C的原子个数比为65:1，而地球上12C和13C的原子个数比为89:1。地球上碳元素的原子量是12.011，那么哈雷彗星上碳元素的原子量应是

A 12.000

B 12.009

C 12.015

D 12.980

2．迄今为止合成的最重的元素是112号元素，它是用Zn 7030高能原子轰击Pb

208

82的靶子，使锌核与铅核熔合而得，每生成一个112号元素的原子的同时向外释放出一个中子。下列说法错误的是

A 112号元素是金属元素

B 112号元素位于第七周期第四主族

C 科学家合成的112号元素的原子的中子数为166

D 112号元素为放射性元素

【参考答案】

1．A

本题涉及到的知识点有：化学中的复分解反应，物理学中的浮沉条件等。

2．C

三．判断古生物年代常用14C 定年法。若千万年以前，始祖鸟通过摄食，吸收了动植物中含有放射性14C 的营养物质，死亡后不再吸收。随着年代的推移，始祖鸟中14C 含量逐步减少，古生物学家在对始祖鸟化石的测定中，发现14C 为现代鸟的(1/2)N ，已知地表中14C 的含量基本不变，14C 的半衰期为T 年：

1．试判断始祖鸟距今年代

A T/2N

B NT/2

C NT

D 2NT

2 始祖鸟在进化上处于

A 古代爬行类和鸟类的过渡类型

B 古代的鸟类和爬行类的过渡类型

C 古代的两栖类和爬行类的过渡类型

D 无脊椎动物与脊椎动物的过渡类型

【参考答案】

1．C

2．A

四．1999年4月，人类合成超重元素的努力竖立起了一个新的里程碑，美国劳仑斯－柏克莱国家实验室的领导人，核化学家Kenneth E. Gregorich 宣布，在该实验室的88英寸回旋加速器上，研究者用高能Kr 8636离子轰击Pb 208

82靶，氪核与铅核融合，放出

1个中子，形成了一种新元素A ；120微秒后，该A 元素的原子核分裂出1个α粒子，衰变成另一种新元素B ；600微秒又释放出一个α粒子，形成另一种新元素C 的一种同位素。新元素C 是在1998年末，俄美科学家小组用Ca 4820核轰击

Pu 24492靶时得到的。

1．人们发现新元素A 、B 、C 的时间先后顺序为

A A

B

C B C B A C B A C

D C A B

2．人们发现的新元素A 的原子序数为