第3章 天然放射性元素化学
元素周期表中的放射性元素
元素周期表中的放射性元素元素周期表是化学中极为重要的基础性工具，其呈现了元素的种类、性质和周期规律。
其中，放射性元素是周期表中的一类极其重要的元素，它们可以分为天然放射性元素和人造放射性元素两类，它们的性质和用途极为广泛。
首先，我们来看天然放射性元素，它们的存在可以追溯到宇宙诞生的时期。
原始恒星在爆炸之后会释放大量的中子，这些中子会与原子核结合形成半衰期比较长的天然放射性核素。
地球表面的天然放射性元素主要包括铀、钍、钾等元素。
其中，铀的同位素U-238的半衰期是45亿年左右。
钍的同位素Th-232的半衰期更长，可达140亿年。
钾的同位素K-40同样具有放射性，它的半衰期为13.6亿年。
天然放射性元素的存在对地球内部热量的形成和地壳岩石的形成都有极大的影响。
天然放射性元素的放射性活动会导致不良的辐射损害，如放射性污染。
然而，天然放射性元素同样能应用于医学、地质等领域。
例如放射性碳（C-14）常被用于测定化石的年龄，铀、钍和铀-铅等放射性元素常被用于测量岩石年龄和矿物组成。
接下来，我们来看人造放射性元素。
人造放射性元素从根本上说是人工产生的放射性核素，其大多源自于核反应堆或其他核设施中。
人造放射性元素的特点是半衰期往往较短，而半衰期长短决定了人造放射性元素的放射性活动。
人造放射性元素的应用范围非常广泛，例如在医学上可以用于诊断和治疗癌症、心血管疾病等疾病。
同时，它们还可以用于射线消毒、杀菌等领域。
然而，人造放射性元素同样可以对人类和环境带来灾难性后果，如福岛核事故等核污染事件。
总而言之，放射性元素是元素周期表中的一类重要元素，在能源、医疗、科学和工业等多个领域都有着广泛的应用和重要意义。
虽然它们的存在可能会对人类和环境带来负面影响，但是科学合理利用放射性元素，对于进一步推动人类文明的进步，仍然是非常必要的。
化学放射性元素的性质和应用
化学放射性元素的性质和应用化学放射性元素是指核素不稳定，会通过放射性衰变释放能量和粒子的元素。
常见的有铀、钚、镭等。
这些元素具有独特的性质和广泛的应用。
一、性质1. 放射性放射性是化学放射性元素最突出的性质。
它们会通过放射性衰变释放α、β、γ三种类型的射线和微粒子。
这种放射性可以被用来研究物质的性质和结构，也可以用来控制和治疗疾病。
2. 不稳定性化学放射性元素的核素不稳定，会发生自发性的放射性衰变。
这种不稳定性可以被用来测量化学物质的时效，还可以用来控制反应速率和稳定性。
3. 放射性同位素化学放射性元素还具有广泛的放射性同位素。
这些同位素在放射性同位素技术中有着诸如放射性标记、放射性示踪、核医学、核电技术等方面的广泛应用。
二、应用1. 核武器化学放射性元素在核武器的制造和使用中发挥着十分重要的作用。
铀、钚等元素被用作核燃料，通过核裂变释放出大量的能量，产生核爆炸。
它们的广泛应用给人类带来了深重的后果。
2. 核能来源核电站利用化学放射性元素的核能进行发电。
在反应堆中，铀、钚等元素通过核裂变产生热能，通过蒸汽发电机转化成电能。
核能作为清洁、高效的能源来源，正在被越来越广泛地应用。
3. 放射性同位素技术放射性同位素技术是对无机物、有机物、生物体和环境等进行定量和结构分析的高精度技术。
其中，使用放射性示踪法可以直接标记化合物和分子，从而定量测定化合物的含量和分离层析;放射性核医学可以探测和治疗患者体内的病变;放射性气溶胶技术可以研究气溶胶在大气环境中的转化和传播等。
4. 放射性治疗化学放射性元素具有强大的放射性，可以用于癌症和其他疾病的放射性治疗。
在放射性治疗中，放射线能够杀死癌细胞，减轻病人的疼痛和不适。
同时，放射性治疗也具有一定的副作用和风险，需要慎重使用。
总之，化学放射性元素具有独特的性质和广泛的应用，研究它们的性质和应用对人类的科技发展和生活有着举足轻重的作用。
同时，我们也应该对其进行合理利用和控制，以避免对人类和生态环境造成不可逆的损害。
第五章 天然放射性元素化学
U 3O8 4H 2 SO4 2UO2 SO4 U (SO4 ) 2 4H 2O
•其它铀氧化合物 UO3为两性铀氧化合物，它与酸作用生成铀酰盐，与碱作用生成难溶性的铀酸
盐如Na2UO4或重铀酸盐如（NH4)2U2O7。因此，称作铀酸酐。
UO3在水中的溶解度很小，仅为1.210-8g/mL。但是它能与血浆中的NaHCO3作用， 生成可溶性的络合物Na4[UO2(CO3)3]，从而增加在血浆中的溶解度：
燃料；而三碳化二铀（U2C3）由于稳定存在的范围较窄，因此没有太大
的实用性。
碳化物 熔点，℃ 沸点，℃ 热导率，W/（cm· ℃） 理论密度（25℃）， G/cm3 0.188(119236℃) 13.63 UC 2525 UC2 2350-2475 4100-4370 0.343(50℃) 11.68 12.88 U2C3
海和土壤，因而也容易转移到动植物体内。铀在海水中的含量
约为3-4g/L。
在大多数矿物中，铀都是4价的。最重要的矿物是沥青铀矿 （UO2+X，X＝0.01～0.25），在这种矿石中铀占50-90％；它主 要分布在西欧、中非（如：加丹加省(扎伊尔沙巴区)，加蓬）、
加拿大（例如：雪茄湖）、澳大利亚（例如：Koongara）。在
铀的化合物
5.铀的氢化物
氢化铀（UH3）是将金属铀和氢气在高于250℃的温度和高于在相应温
P H2 度下氢的分压（
）的压力下来制备的。氢的分压可用下式来计算：
式中T为绝对温度（K）。氢化物易自燃，加工时要特别小心。它可用
来制取粉末状金属铀。具体作法是：将块状金属铀与氢一起加热生成 氢化铀，然后将易碎的氢化铀压碎，再在真空中加热脱氢，即可得到 粉末状金属铀。
第三章 2 放射性 衰变
2放射性衰变[学习目标] 1.了解放射性和天然放射现象，知道三种射线的实质和特征.2.了解衰变的概念，知道放射现象的实质就是原子核的衰变.3.了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义，并会计算半衰期．一、天然放射现象1．天然放射性：(1)1896年，法国物理学家亨利·贝克勒尔发现，铀化合物能放出看不见的射线，这种射线可以使密封完好的照相底片感光．物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素．(2)玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种比铀放射性更强的新元素，命名为钋、镭．2．天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象．原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数较小的元素，有的也能放出射线．例如14 6C有放射性．二、衰变1．放射性衰变：放射性元素是不稳定的，它们会自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线，这种现象为放射性衰变．2．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为α衰变，放出β粒子的衰变为β衰变，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的．3．衰变方程举例：(1)α衰变：238 92U→234 90Th＋42He(2)β衰变：234 90Th→234 91Pa＋0－1e.4．原子核衰变前、后电荷数和质量数均守恒．三、三种射线的性质1．α射线：带正电的α粒子流，α粒子是氦原子核，α射线的速度只有光速的10%，穿透能力弱，容易被物质吸收，一张薄薄的铝箔或一层裹底片的黑纸，都能把它挡住．2．β射线：带负电的电子流，它的速度很快，穿透力强，在空气中可以走几十米远，而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了．3．γ射线：本质上是一种波长极短的电磁波，波长约是X射线波长的1%，穿透力极强，能穿过厚的混凝土和铅板．四、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要的时间，叫做这种元素的半衰期．2．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，反映放射性元素衰变的快慢．3．半衰期是由原子核自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．1．判断下列说法的正误．(1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．( × ) (2)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变．( × ) (3)同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长．( × )(4)放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用．( √ )(5)氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核．( × ) 2．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的质量大约还有__________________________________． 答案m 16解析 由题意可知m 余＝3281.216m m ⎛⎫=⎪⎝⎭一、对三种射线性质的理解如图1为三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图．图1(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转说明了什么？(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径说明什么问题？答案 (1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r ＝m v qB 可知，α粒子的m q 应大于β粒子的mq ，即α粒子的质量应较大．α、β、γ三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)质量4m p(m p＝1.67×10－27kg)m p1 836静止质量为零带电荷量2e －e 0 速率0.1c 0.99c c穿透能力最弱，用一张纸就能挡住较强，不能穿透几毫米厚的铝片最强，能穿透厚的混凝土和铅板电离作用很强较弱很弱在电、磁场中偏转偏转不偏转例1一置于铅盒中的放射源可以发射α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后面的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来的方向行进，射线b发生了偏转，如图2所示，则图中的射线a为________射线，射线b为________射线．图2答案γβ解析放射源可以发射α、β、γ三种射线，α射线的穿透能力弱，不能穿透铝箔，β射线和γ射线的穿透能力强，可以穿透铝箔．由于β射线带负电，经过电场时受到电场力的作用会发生偏转，γ射线不带电，经过电场时不发生偏转，所以题图中射线a是γ射线，射线b是β射线．1．对放射性和射线的理解：(1)一种元素的放射性，与其是单质还是化合物无关，这说明一种元素的放射性和核外电子无关．(2)射线来自于原子核，说明原子核是可以再分的．2．对三种射线性质的理解：(1)α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α射线、β射线是实物粒子流，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种．(2)α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，γ射线则不发生偏转．(3)α射线穿透能力弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离本领相反．针对训练1天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图3所示，由此可推知()图3A．②来自原子核外的电子B．①的电离作用最强，是一种电磁波C．③的电离作用较强，是一种电磁波D．③的电离作用最弱，是一种电磁波答案 D解析①射线能被一张纸挡住，说明它的穿透能力差，所以①射线是α射线，α射线是高速运动的氦核流，它的电离作用最强，选项B错误；②射线的穿透能力较强，能穿透纸但不能穿透几毫米厚的铝板，说明它是β射线，β射线来自于原子核，不是来自于原子核外的电子，选项A错误；③射线的穿透能力最强，能够穿透几厘米厚的铅板，③射线是γ射线，γ射线的电离作用最弱，穿透能力最强，它是能量很高的电磁波，故选项C错误，D正确．二、原子核的衰变规律与衰变方程如图4为α衰变、β衰变示意图．图4(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？答案 (1)α衰变时，质子数减少2，中子数减少2.(2)β衰变时，核电荷数增加1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位．1．衰变种类、实质与方程(1)α衰变：A Z X ―→A －4Z －2Y ＋42He实质：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被释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．如：238 92U ―→234 90Th ＋42He. (2)β衰变：A Z X ―→ A Z ＋1Y ＋0－1e.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，使电荷数增加1，β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：10n ―→11H ＋0－1e. 如：234 90Th ―→234 91Pa ＋0－1e.(3)γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的． 2．衰变规律衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒． 3．确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：设放射性元素A Z X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则衰变方程为：A Z X →A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m .以上两式联立解得：n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z .由此可见，确定衰变次数可归结为解二元一次方程组．(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．例223892U核经一系列的衰变后变为206 82Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)20682Pb与238 92U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)86(2)1022(3)238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1eU衰变为20682Pb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解析(1)设23892238＝206＋4x①92＝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，而质子数增加1，故20682Pb较238 92U质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e.1．衰变方程的书写：衰变方程用“→”，而不用“＝”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化．2．衰变次数的判断技巧(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2在横线上填上粒子符号和衰变类型．(1)23892U→234 90Th＋________，属于________衰变；(2)23490Th→234 91Pa＋________，属于________衰变；(3)210 84Po→210 85At＋________，属于________衰变；(4)6629Cu→6227Co＋________，属于________衰变．答案(1)42Heα(2)0－1eβ(3)0－1eβ(4)42Heα解析 根据质量数和电荷数守恒可以判断：(1)中生成的粒子为42He ，属于α衰变．(2)中生成的粒子为 0－1e ，属于β衰变．(3)中生成的粒子为 0－1e ，属于β衰变．(4)中生成的粒子为42He ，属于α衰变．三、半衰期的理解和有关计算什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核，能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗？答案 半衰期是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间．半衰期是统计规律，故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间．1．半衰期：表示放射性元素衰变的快慢． 2．半衰期公式：1/21/211=,=22ttT T N N m m 0⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭原余余，式中N 原、m 0分别表示衰变前的原子核数和质量，N 余、m 余分别表示衰变后的尚未发生衰变的原子核数和质量，t 表示衰变时间，T 1/2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．4．应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等． 例3 (多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是( ) A ．原子核全部衰变所需要的时间的一半 B ．原子核有半数发生衰变所需要的时间 C ．相对原子质量减少一半所需要的时间 D ．该元素原子核的总质量减半所需要的时间 答案 BD解析 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同．放射性元素发生衰变后成为一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少，当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半，故选项B 、D 正确．例4 (多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量来推算，测得该岩石中现含有铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半．铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化规律如图5所示，图中N 为铀238的原子数，N 0为铀和铅的总原子数．由此可以判断出( )图5A ．铀238的半衰期为90亿年B ．地球的年龄大致为45亿年C ．被测定的岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为1∶4D ．被测定的岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为1∶3 答案 BD解析 半衰期是有半数原子核发生衰变所需要的时间，根据题图可知半数衰变的时间是45亿年，选项A 错误，B 正确；90亿年是铀核的两个半衰期，有34的铀原子核发生衰变，还有14的铀原子核没有发生衰变，根据衰变方程可知一个铀核衰变时产生一个铅核，故衰变后的铀、铅原子数之比约为1∶3，选项C 错误，D 正确．1．半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是样本质量减少一半的时间．2．半衰期是一个统计规律，适用于对大量原子核衰变的计算，对于少数原子核不适用． 3．半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件都无关． 4．注意区分两个质量已发生衰变的质量1/2112t T m ⎡⎤⎛⎫⎢⎥- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦，未发生衰变的质量1/212tT m ⎛⎫. ⎪⎝⎭针对训练3 大量的某放射性元素经过11.4天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为( ) A ．11.4天 B ．7.6天 C ．5.7天D ．3.8天答案 D解析 由于经过了11.4天还有18的原子核没有衰变，由m 余＝⎝⎛⎭⎫12n m 0，可知该放射性元素经过了3个半衰期，即可算出半衰期是3.8天，故D 正确．1．(三种射线的特性)(多选)天然放射性物质的射线包含三种成分，下列说法中正确的是( ) A ．α射线的本质是高速氦核流 B ．β射线是不带电的光子C ．三种射线中电离作用最强的是γ射线D ．一张厚的黑纸可以挡住α射线，但挡不住β射线和γ射线 答案 AD解析 α射线的本质是高速氦核流，β射线是高速电子流，A 正确，B 错误；三种射线中电离作用最强的是α射线，C 错误；一张厚的黑纸可以挡住α射线，但挡不住β射线和γ射线，D 正确．2.(射线的区分)研究放射性元素射线性质的实验装置如图6所示．两块平行放置的金属板A 、B 分别与电源的两极a 、b 连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则( )图6A ．a 为电源正极，到达A 板的为α射线B ．a 为电源正极，到达A 板的为β射线C ．a 为电源负极，到达A 板的为α射线D ．a 为电源负极，到达A 板的为β射线 答案 B解析 β射线为高速电子流，质量约为质子质量的11 836，速度接近光速；α射线为氦核流，速度约为光速的110.在同一电场中，β射线的偏转程度大于α射线的偏转程度，由题图知，向左偏的为β射线；因α粒子带正电，向右偏转，说明电场方向水平向右，a 为电源正极，故B 正确，A 、C 、D 错误．3．(原子核的衰变)放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为232 90Th →22086Rn ＋x α＋y β，则( ) A ．x ＝1，y ＝3 B ．x ＝2，y ＝3 C ．x ＝3，y ＝1 D ．x ＝3，y ＝2答案 D解析 由衰变规律可知，β衰变不影响质量数，所以质量数的变化由α衰变的次数决定，由232 90Th变为220 86Rn ，质量数减少了232－220＝12，每一次α衰变质量数减少4，因此α衰变次数为3次；3次α衰变电荷数减少了3×2＝6个，而现在只减少了90－86＝4个，所以发生2次β衰变(每次β衰变电荷数增加1)，故x ＝3，y ＝2，故选项D 正确．4．(半衰期的相关计算)一个氡核222 86Rn 衰变成钋核218 84Po ，并放出一个α粒子，其半衰期T 1/2＝3.8天．(1)写出该核反应方程；(2)求32 g 氡经过多少天衰变还剩余1 g 氡．答案 (1)222 86Rn →218 84Po ＋42He (2)19解析 (1)根据衰变过程中质量数和电荷数守恒可知：该核反应方程是222 86Rn →218 84Po ＋42He.(2)根据半衰期公式可知，m 余＝1/21,2tT m ⎛⎫ ⎪⎝⎭原 解得t ＝3.8天×5＝19天．考点一 天然放射现象及三种射线1．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是( ) A ．γ射线的贯穿作用 B ．α射线的电离作用C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用答案 B解析由于α粒子电离作用较强，能使空气中的分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．2．(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是()A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B．β射线是电子流，其速度接近光速C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿透几厘米厚的铅板D．以上三种说法均不正确答案BC解析α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的频率很高，穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确，D项错误．3．如图1所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()图1A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案 C解析γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项对．4．(2021·洛阳一中高二期末)如图2所示为研究某未知元素放射性的实验装置．实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E，通过显微镜可以观察到在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数，撤去电场后继续观察，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化，再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加．由此可以判断，放射源发出的射线最可能为()图2A．β射线和γ射线B．α射线和β射线C．β射线和X射线D．α射线和γ射线答案 D解析放射性元素可放射出的射线有三种：α射线、β射线和γ射线，三种射线中α射线和β射线带电，进入电场后会发生偏转，而γ射线不带电，在电场中不偏转．由题述将电场撤去，从显微镜内观察到荧光屏的同一位置上每分钟闪烁的亮点数没有变化，可知穿过薄铝片的射线中只含有γ射线．再将薄铝片移开，则从显微镜内观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加，根据α射线的穿透本领最弱，一张纸就能挡住，分析得知放射源发出的射线中还含有α射线，故放射源发出的射线最可能为α射线和γ射线，选项D正确．考点二原子核的衰变半衰期5．新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期为8天，X2O与F2发生化学反应2X2O＋2F2===4XF＋O2之后，XF的半衰期为()A．2天B．4天C．8天D．16天答案 C解析放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，与原子核的化学状态无关，故半衰期不变，仍为8天，选项A、B、D错误，C正确．6．某原子核A先进行一次β衰变变成原子核B，再进行一次α衰变变成原子核C，则() A．核C的质子数比核A的质子数少2B．核A的质量数减核C的质量数等于3C．核A的中子数减核C的中子数等于3D．核A的中子数减核C的中子数等于5答案 C解析原子核A进行一次β衰变后，一个中子转变为一个质子并释放一个电子，再进行一次α衰变，又释放两个中子和两个质子，所以核A比核C多3个中子、1个质子，选项C正确，A、B、D错误．7．(多选)(2021·衡水中学期中)下列说法正确的是()A.226 88Ra衰变为222 86Rn要经过1次α衰变和1次β衰变B.238 92U衰变为234 91Pa要经过1次α衰变和1次β衰变C.232 90Th衰变为208 82Pb要经过6次α衰变和4次β衰变D.238 92U衰变为222 86Rn要经过4次α衰变和4次β衰变答案BC解析原子核经1次α衰变和1次β衰变后质量数减4，核电荷数减1(先减2再加1)，故A 错误；发生α衰变时放出42He，发生β衰变时放出电子0－1e，设238 92U衰变为234 91Pa发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋91＝92,4x＋234＝238，解得x ＝1，y＝1，故衰变过程为1次α衰变和1次β衰变，故B正确；设232 90Th衰变为208 82Pb发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋82＝90,4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰变过程要经过6次α衰变和4次β衰变，故C正确；设238 92U衰变为222 86Rn 发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋86＝92,4x＋222＝238，解得x＝4，y＝2，故衰变过程要经过4次α衰变和2次β衰变，故D错误．8．放射性元素氡(222 86Rn)经α衰变成为钋(218 84Po)，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222 86Rn的矿石，其原因是() A．目前地壳中的222 86Rn主要来自其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素222 86Rn的含量足够高C．当衰变产物218 84Po积累到一定量以后，218 84Po的增加会减慢222 86Rn的衰变进程D.22286Rn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解析地壳中222 86Rn主要来自其他放射性元素的衰变，则A正确，B错误；放射性元素的半衰期与外界环境等因素无关，则C、D错误．考点三衰变综合问题9.(多选)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如图3所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出的光子的能量，则下列说法正确的是()图3A ．发生的是β衰变，b 为β粒子的径迹B ．发生的是α衰变，b 为α粒子的径迹C ．磁场方向垂直于纸面向外D ．磁场方向垂直于纸面向里答案 AD解析 由动量守恒定律，原子核发生衰变后两粒子运动方向相反，由左手定则知两粒子电性相反，故发生的是β衰变．静止的原子核发生β衰变时，根据动量守恒定律知，β粒子与反冲核的动量p 大小相等、方向相反，由半径公式r ＝m v qB ＝p qB知，两粒子做匀速圆周运动的半径与电荷量成反比，β粒子电荷量小，则其半径较大，即b 是β粒子的运动轨迹，由左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，选项A 、D 正确．10．一块氡222放在天平的左盘时，需要天平的右盘加444 g 砝码，天平才能处于平衡，氡222发生α衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为( )A ．222 gB ．8 gC ．2 gD ．4 g答案 D解析 原有氡222共444 g ，经过一个半衰期后有222 g 氡发生衰变，其衰变方程为222 86Rn → 218 84Po ＋42He ，但是衰变后生成的钋218还在左盘，也就是说，经过一个半衰期只有4 g 的α粒子从左盘放射出去，因此欲使天平再次平衡，右盘中只需取出4 g 砝码，故选项A 、B 、C 错误，D 正确．11.如图4所示，一天然放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域．调整电场强度E 和磁感应强度B 的大小，使得在MN 上只有两个点受到射线的照射，则下列判断正确的是( )图4A．射到b点的一定是α射线B．射到b点的一定是β射线C．射到b点的是α射线或β射线D．射到b点的一定是γ射线答案 C解析γ射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到a点，选项D错误．调整E和B的大小，既可以使带正电的α射线沿直线前进，也可以使带负电的β射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE＝qB v.已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，当α粒子沿直线前进时，速度较大的β粒子向右偏转；当β粒子沿直线前进时，速度较小的α粒子也向右偏转，故选项C正确，A、B错误．12．(多选)1941年，王淦昌提出了利用轻原子核的K俘获反应来探测中微子的方案，并在美国《物理评论》上发表了“关于探测中微子的一个建议”一文，当年即由J.S.阿伦根据这一方案首次确切地证明了中微子的存在．该实验被称为“王淦昌－阿伦实验”，为1942年国际物理学界重要成就之一．从1941年开始到1952年，物理学家按照王淦昌的建议，进行了一系列的实验，最终确认了中微子的存在．“轨道电子俘虏”是放射性同位素衰变的一种形式，即原子核俘获一个核外电子，核内一个质子变为中子，原子核衰变成一个新核，并且放出一个中微子(其质量小于电子质量且不带电)．若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(电子的初动量可不计)，则()A．生成的新核与衰变前的原子核质量数相同B．生成的新核的核电荷数增加C．生成的新核与衰变前的原子核互为同位素D．生成的新核与中微子的动量大小相等答案AD解析衰变前后质子数与中子数之和相同，所以发生“轨道电子俘获”后新核与原核质量数相同，故A选项正确；新核质子数减少，故核电荷数减少，故B选项错误；新核与原核质子数不同，不是同位素，故C选项错误；以静止原子核及被俘获电子为系统，系统动量守恒，系统初动量为零，所以生成的新核与中微子的动量大小相等，方向相反，故D选项正确．13.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图5所示)，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝1∶44.求：图5(1)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)(2)这个原子核原来所含的质子数是多少？答案 见解析解析 (1)因为两粒子的动量大小相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹．(2)设衰变后新生核的电荷量为q 1，α粒子的电荷量为q 2＝2e ，它们的质量分别为m 1和m 2，衰变后的速度分别为v 1和v 2，所以原来原子核的电荷量q ＝q 1＋q 2，根据轨道半径公式有r 1r 2＝m 1v 1Bq 1m 2v 2Bq 2＝m 1v 1q 2m 2v 2q 1， 又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m 1v 1＝m 2v 2，联立各式解得q ＝90e ，即这个原子核原来所含的质子数为90.14．天然放射性铀(238 92U)发生衰变后产生钍(234 90Th)和另一个原子核． (1)请写出衰变方程；(2)若衰变前铀(238 92U)核的速度为v ，衰变产生的钍(234 90Th)核的速度为v 2，且与铀核速度方向相同，试估算产生的另一种新核的速度．答案 (1)238 92U ―→234 90Th ＋42He (2)1214v ，方向与铀核速度方向相同 解析 (1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，有238 92U ―→234 90Th ＋42He.(2)由(1)知新核为氦核，设氦核的速度为v ′，一个核子的质量为m ，则氦核的质量为4m 、铀核的质量为238m 、钍核的质量为234m ，。
第3章 第3节 放射性的应用与防护
第3节放射性的应用与防护学习目标知识脉络1.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素．(重点)2．理解放射性在消费和科学领域的应用．(重点)2．知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，理解防护放射性的措施，建立防范意识．(重点)[先填空]1．放射性同位素的应用主要分为两类：一是利用射线的电离作用、穿透才能等性质；二是作为示踪原子．2．射线特性的利用(1)辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透才能强的特点．3．作为示踪原子：用仪器探测放射性同位素放出的射线，可以查明放射性元素的行踪，好似带有“标记〞一样．人们把具有这种用处的放射性同位素叫作示踪原子．[再判断]1．利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．(√)2．利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．(√)3．利用放射性同位素放出的射线保存食物．(√)[后考虑]放射性元素为什么能做示踪原子？【提示】由于放射性同位素不断发出辐射，无论它运动到哪里，都很容易用探测器探知它的下落，因此可以用作示踪物来区分其他物质的运动情况和变化规律．这种放射性示踪物称为示踪原子或标记原子．[核心点击]1．分类：可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．2．人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，但凡用到射线时，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线．①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有一样的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．1．(多项选择)以下关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的选项是()A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C．利用射线改进品种是因为射线可使DNA发生变异D．放射性同位素的半衰期是一样的【解析】消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改进品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；不同的放射性同位素的半衰期是不同的，D错误．【答案】BC2．(多项选择)以下说法正确的选项是()A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算D．放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变【解析】放射性元素与它的同位素的化学性质一样，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料．无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是一样的，A错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，故B正确．【答案】BD3．γ刀已成为治疗脑肿瘤的最正确仪器，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无需住院，因此γ刀被誉为“神刀〞．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者效劳．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用γ射线很强的________才能和很________的能量．【解析】γ刀治疗脑肿瘤主要是利用γ射线很强的穿透才能和很高的能量．【答案】穿透高放射性同位素的应用技巧(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透才能太差，更多的是选取γ射线，也有局部选取β射线的．(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．(3)使用放射线时平安是第一位的．放射性污染和防护[先填空]1．放射性污染的主要来源(1)核爆炸；(2)核泄漏；(3)医疗照射．2．为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施(1)密封防护；(2)间隔防护；(3)时间防护；(4)屏蔽防护．[再判断]1．核泄漏会造成严重的环境污染．(√)2．医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．(×)3．密封保存放射性物质是常用的防护方法．(√)[后考虑]放射性污染危害很大，放射性穿透力很强，是否无法防护？【提示】放射线危害很难防护，但是通过屏蔽、隔离等措施可以进展有效防护，但防护的有效手段是进步防范意识．[核心点击]) A．国际通用的辐射警示标志是毒性标志的骷髅B．国际通用的辐射警示标志是以黄色为背景的黑色的圆形中心和三个黑色叶瓣的图形C．有此项标志的地方是有辐射警示危险的地方D．没有特别的极其特殊的需要远离有国际通用的辐射警示标志的地方【解析】国际通用的辐射警示标志是以黄色为背景的黑色的圆形中心和三个黑色叶瓣的图形，A错，B正确；因为放射性的危险性和放射性的强穿透性，所以要远离有放射性的地方，C、D正确．【答案】BCD5．核能是一种高效的能源．(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反响堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和平安壳．图3-3-1结合图3-3-1甲可知，平安壳应中选用的材料是________．(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．【解析】(1)核反响堆最外层是厚厚的水泥防护层，以防止射线外泄，所以平安壳应选用的材料是混凝土．(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．【答案】(1)混凝土(2)βγ射线具有一定的能量，对物体具有不同的穿透才能和电离才能，从而使物体或机体发生一些物理和化学变化.假如人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞器官组织受到损伤，破坏人体DNA分子构造，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷.学业分层测评(十)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多项选择)关于放射性同位素，以下说法正确的选项是()A．放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样B．放射性同位素衰变可生成另一种新元素C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法制得D．放射性同位素可用于培育良种【解析】放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因素的影响，衰变后形成新的原子核，选项A、B正确；大局部放射性同位素都是人工转变后获得的，选项C错误；放射性同位素放出的射线照射种子，可使种子内的遗传物质发生变异，从而培育出良种，D正确．【答案】ABD2．(多项选择)关于放射性的应用与防护，以下说法正确的选项是()A．通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素B．在人工核反响过程中，质量守恒C．利用示踪原子可以研究生物大分子的构造D．人类一直生活在放射性的环境中【解析】通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素，A项正确；在人工核反响过程中，质量数守恒，B项错；利用示踪原子可以研究生物大分子的构造，C项正确；人类一直生活在放射性的环境中，地球上的每个角落都有射线，D项正确．【答案】ACD3．(多项选择)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．以下选项中，属于γ射线应用的是() 【导学号：64772045】A．医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进展自动控制D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期【解析】γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透才能很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞有很强的杀伤作用，故A、D正确．【答案】AD4．以下哪些应用是把放射性同位素不是作为示踪原子的()A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹D．给疑心患有甲状腺病的病人注射碘131，以判断甲状腺的器质性和功能性疾病【解析】利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透才能强的特点，医学上利用“放疗〞治疗恶性肿瘤，利用的是射线照射，而不是作为示踪原子．【答案】 C5．(多项选择)防止放射性污染的防护措施有()A．将废弃的放射性物质进展深埋B．将废弃的放射性物质倒在下水道里C．接触放射性物质的人员穿上铅防护服D．严格和准确控制放射性物质的放射剂量【解析】因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A对、B错；铅具有一定的防止放射性的才能，接触放射性物质的人员穿上铅防护服，并要控制一定的放射剂量．故C、D对．【答案】ACD6．(多项选择)关于放射性同位素的应用，以下说法中正确的选项是() A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而到达消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进展人体透视C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果也不一定是更优良的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害【解析】利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电导出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进展人体透视，用于人体透视的是X射线，故B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过挑选才能培育出优秀品种，C正确；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，D正确．【答案】CD7．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀，可利用的元素是________．【解析】要测定聚乙烯薄膜的厚度，那么要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不适宜；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较适宜．【答案】锶908．如图3-3-2所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．图3-3-2(1)请简述自动控制的原理；(2)假如工厂消费的是厚度为2 mm的铝板，在α、β和γ三种射线中，哪一种对铝板的厚度控制起主要作用？为什么？【解析】(1)放射线具有穿透本领，假如向前挪动的铝板的厚度有变化，那么探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，将这种变化转变为电信号输入到相应的装置，使之自动地控制图中右侧的两个轮间的间隔，到达自动控制铝板厚度的目的．(2)β射线起主要作用，因为α射线的贯穿本领很小，穿不过2毫米的铝板；γ射线的贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板，2毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的γ射线强度几乎不发生变化；β射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米厚的铝板，当铝板厚度发生变化时，透过铝板的β射线强度变化较大，探测器可明显地反映出这种变化，使自动化系统做出相应的反响．【答案】见解析[才能提升]9．我国科学家首次用人工方法合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是() 【导学号：64772104】A．光谱分析B．同位素示踪原子C．微电子技术D．纳米技术【解析】人工合成的牛胰岛素中掺入14 6C作为示踪原子，跟天然牛胰岛素混合，屡次重新结晶，结果14 6C均匀分布，证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一物质，应选B.【答案】 B10．(多项选择)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲才能，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．以下结论正确的选项是() A．铀238的衰变方程式为：238 92U→234 90Th＋42HeB.235 92U和238 92U互为同位素C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D．癌症病人可以生活在遭受贫铀炸弹破坏的环境里，以到达放射性治疗的效果【解析】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确．铀238和铀235质子数一样，故互为同位素，B正确．核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确．医学上利用放射线治疗癌症是有放射位置和放射剂量限制的，不能直接生活在被贫铀炸弹破坏的环境里，D错．【答案】ABC11．如图3-3-3甲是α、β、γ三种射线穿透才能的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了________射线．图3-3-3【解析】由题图甲可知，γ射线的穿透性最强，且能穿透钢板，其他两种射线不能穿透钢板．【答案】γ12．一个静止在匀强磁场中的放射性同位素原子核3015P，放出一个正电子后变成一个新原子核．(1)写出核反响方程；(2)求正电子和新核做圆周运动的半径之比．【解析】(1)3015P→3014Si＋ 0＋1e.(2)由洛伦兹力提供向心力，即q v B＝m v2r，所以做匀速圆周运动的半径为r＝m vqB.衰变时放出的正电子与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即r er Si ＝q Siq e＝141.【答案】(1)略(2)141第 11 页。
2017-2018学年高中物理(SWSJ)教科版选修3-5教学案：第三章第2节放射性 衰变含答案
第2节放射性__衰变（对应学生用书页码P34）一、天然放射现象的发现1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现,铀和含铀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。
物质放出射线的性质称为放射性,具有放射性的元素称为放射性元素.2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)、镭(Ra）。
二、三种射线的本质1．α射线实际上就是氦原子核，速度可达到光速的错误!，其电离能力强，穿透能力较差.在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。
2．β射线是高速电子流，它的速度更大，可达光速的99％,它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。
3．γ射线呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土.三、原子核的衰变1．放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新原子核的变化叫衰变。
2．能放出α粒子的衰变叫α衰变,产生的新核，质量数减少4,电荷数减少2，新核在元素周期表中的位置向前移动两位，其衰变规律是错误!X―→错误!Y＋错误!He。
3．能放出β粒子的衰变叫β衰变，产生的新核，质量数不变,电荷数加1,新核在元素周期表中的位置向后移动一位，其衰变规律A Z＋1Y＋__0－1e。
错误!X―→4．γ射线是伴随α衰变、β衰变同时产生的.β衰变是原子核中的中子转化成一个电子，同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1.四、半衰期1．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间，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.3．跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.4．半衰期是大量原子核衰变的统计规律.衰变公式：N＝N0（错误!）错误!，τ为半衰期，反映放射性元素衰变的快慢。
1．判断：(1)放射性元素发生α衰变时，新核的化学性质不变。
人教版高中物理 选择性 必修第三册：原子核的组成【精品课件】
片冲洗出来后,他大吃一惊,底片受到很强的辐射而变得很黑了,这显然不
是漏光和磷光形成的。第二天他向法国科学院报告了他所发现的新的“不
可见的辐射”。这种辐射可以穿透黑纸而使底片感光,这就是后来提出的
物质的放射性。贝克勒尔因发现了物质的放射性而获得1903年诺贝尔物
射线受向右的电场力大于向左的洛伦兹力,故α射线向右偏,A正确,B、C、
D错。
课堂篇 探究学习
探究一
天然放射现象
情境探究
1.法国科学家贝克勒尔自1895年起一直研究由硫化物和含铀的化合物产
生的磷光现象,1896年2月26日、27日两天,因阴雨天无法进行实验,他把用
黑纸包住的照相底片连同它上面的磷光物质一起放进抽屉里。3月的一天,
解析 同一元素的同位素具有相同的质子数,不同的质量数。
(7)原子核的电荷数就是核内的质子数,也就是这种元素的原子序数。(
答案 √
)
2.以下说法正确的是(
)
A.234
90 Th 为钍核,由此可知,钍核的质量数为 90,钍核的质子数为 234
B.94 Be 为铍核,由此可知,铍核的质量数为 9,铍核的中子数为 4
强电场和匀强磁场中,射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直,进入场区
后发现β射线和γ射线都沿直线前进,则α射线(
A.向右偏
B.向左偏
C.直线前进
D.无法判断
)
答案 A
解析 γ射线不带电,故在电磁场中不偏转,β射线不偏转是因为电场力与洛
伦兹力是一对平衡力,故Eq=Bqv即v= ,而α射线的速度比β射线小,因此α
(1)核电荷数与原子核的电荷量是不同的,组成原子核的质子的电荷量都是
元素周期表中的稀土与放射性元素
元素周期表中的稀土与放射性元素元素周期表是化学家们用来对化学元素进行分类和研究的重要工具。
其中，稀土元素和放射性元素是元素周期表中的两个特殊类别。
本文将探讨稀土元素和放射性元素的特性和应用，并对它们在科学和工业领域中的重要性进行分析。
一、稀土元素稀土元素是指周期表中的15个元素，即镧系和钪系元素。
它们的共同特点是具有类似的电子结构和化学性质。
稀土元素在自然界中相对较为稀少，因此得名。
1. 稀土元素的特性稀土元素的电子结构中，由于f轨道的电子布局复杂，所以它们在化学性质上与其他元素有很大的区别。
稀土元素常见的氧化态是+3，且在+3氧化态下稳定。
此外，稀土元素还表现出较强的磁性和发光性质。
2. 稀土元素的应用稀土元素在许多领域都有广泛的应用。
例如，在电子技术中，稀土元素的磁性和电导性能使得它们成为制造磁性材料和电导体的重要成分。
稀土元素的发光性质也被应用于荧光粉、荧光屏幕等光学器件的制造中。
另外，稀土元素在环境保护和能源领域也扮演着重要角色。
它们被广泛应用于催化剂、太阳能电池、永磁材料等方面，对提高能源利用效率和减少污染具有积极作用。
二、放射性元素放射性元素是指具有放射性衰变现象的元素。
这些元素的原子核不稳定，会自发地释放射线并转变为其他元素。
1. 放射性元素的特性放射性元素有不同的衰变模式，包括α衰变、β衰变、γ衰变等。
这些衰变过程导致原子核释放高能射线，并改变其原子序数和质量数。
2. 放射性元素的应用放射性元素在核能和医学诊断治疗等方面具有重要应用。
核能的利用中，放射性元素可以用于核反应堆燃料的制备，提供大量的能源。
同时，放射性同位素也被用于医学中的放射治疗和放射性示踪。
尽管放射性元素具有一定的危险性，但合理利用和控制下，它们的应用对科学和工业发展起到重要推动作用。
结论稀土元素和放射性元素作为元素周期表中的特殊类别，具有独特的化学特性和广泛的应用。
稀土元素在电子技术、光学器件制造以及环境保护和能源领域具有重要影响；放射性元素在核能和医学领域具有重要作用。
大学课件《核化学与放射化学》第三章 放射性衰变及衰变方程式
第三章 放射性衰变及衰变方程式
一. 放射性衰变类型 放射性衰变通常由下式描述：
A B x E
能量是以放出的粒子或量子的动能形式出现的。在放 射性衰变时释放的能量称作Q值，它是由衰变前 后处于基态的核的质量差得出。
Q mc (mA mB mx )c
放射性活度作为物质的一个特性可用于合适的探测器进行测量。后面 会讲到。
第三章 放射性衰变及衰变方程式 二. 放射性衰变规律
1.放射性衰变平衡的建立 两级衰变：
1/ 2 ,1 1/ 2 ,2 N1 T N 2 T N 3
在衰变产生子体原子数的计算中，除了要母体生成的子体原子数的增 加外，还要考虑它衰变生成下一代子体使其减少：
252 98
Cf Xe Ru 4n Q
140 54 108 44
第三章 放射性衰变及衰变方程式
一. 放射性衰变类型
5. 其它衰变 质子衰变：1981年初证实。（T1/2＝8.5ms）
96
Ru( Ni, p2n) Lu 150Yb
58 151
p
发射中等质量粒子的衰变：
重粒子的缓发发射：
T1 / 2 ln 2
0.693
将上式代入到：
N N 0e
ln 2 t T1 / 2
第三章 放射性衰变及衰变方程式 二. 放射性衰变规律
1.放射性衰变的时间规律 平均寿命：即放射性活度下降到1/e时所需的时间。是衰变常数 的倒数。 表征放射性的几个概念： （1）放射性活度：单位时间内该放射性核素的衰变数。单位贝可（Bq）。 1Bq相当于每秒1个衰变数。 1Ci＝3.71010Bq（1Ci近似相当于1g226Ra的放射性活度） 常用放射性核素的倍数单位是：1kBq（103s-1），1MBq（106s-1）和 1GBq（109s-1） 在放射性活度说明上，除了放射性活度外，还必须给出放射性核素和时 刻。 在铀和钍的天然放射性同位素的混合物中，一般仅给出238U及232Th的活 度，与这一规则不一致时需注明。
天然放射现象三种射线α射线β射线γ射线α射线根据射线的偏转α
234 91
Pa
0 1
e
四、衰变的快慢---半衰期(T)
1.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量
2.定义：放射性元素的原子核有半数发 生衰变所需的时间
不同的放射性元素其半衰期不同．
3.公式：
m
Байду номын сангаас
m0
(
1 2
t
)
注意：
(1)半衰期的长短是由原子核内部本身的 因素决定的，与原子所处的物理、化学 状态无关
• 这些射线带不带电呢？
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.
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，原子序数大于82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、放射线的本质
• 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？
1/10光 速
接近光速
光速
贯穿能力
弱 较强 很强
电离能力
很容易 较弱 更小
三、原子核的衰变
1.定义原：子核放出 α粒子或 β粒子转变为 新核的变化叫做原子核的衰变
天然放射性元素化学
的金属杂质的典型含量。
8 后处理
3.3 钍化学
(1)概述
1）钍的发现
1828年伯齐利厄斯在矿物中首发现了钍，钍广泛
分布于自然界中，在地壳中的含量约为8ppm。
钍的矿物种类却比较少，主要矿物是独居石，其 主要成分是钍和稀土元素的混合磷酸盐； 其次是ThO2和UO2共生的方钍石和及以硅酸钍为 主要成分的钍石。
解： 238
U Th Th Ra
234 230 226
U NU Ra NRa
TRa N Ra NU 3.07 1020 个原子 0.115g 4.26109 Bq TU
10001000 0.4 3 238 99.72% 1602 20 3 238 8 16 6.021023 3 . 07 10 238 4.468109
238
U n, U Np 239 Pu
239
239
铀既是放射性毒物，又是化学毒物。天然铀在
放射性物质毒性分类中属中毒性元素，它作用于人
体的危害主要是化学毒性。各种铀化合物中毒后的
主要损伤器官是肾脏，随后出现神经系统和肝脏的
病变等。 我国规定，天然铀在露天水源中的限制浓度为 0.05mg/L，在放射性工作场所中的最大容许浓度为 0.02mg/L，在人尿中铀的控制指标为20μg/L。
硫酸铀酰：
UO2 SO4
2UO2 SO4 6NH3 H2O NH 4 2U2O7 2NH 4 2 SO4 3H2O
重铀酸盐：
NH 4 2U2O7 Na2U 2O7
K 2U 2O7
（5）铀的络合物
1）铀的无机络合物
放射性核素的分布与迁移
丰度：99.3% 丰度：0.7%
铀的主要物理化学性质-8种
• 多价性：+3，+4，+5，+6 在酸性溶液里：U2+、 U3+、 UO2+、 UO22+
• 化学活泼性： 铀几乎可以与除了惰性气体元素外所有的元素发 生化学反应。块状金属铀在室温条件下的空气中 可以缓慢地被氧化，形成黑色的UO薄膜；高纯 度的金属铀在室温的空气和水中都能自燃。
• Th 在表生带以机械风化迁移为 主，并富集于残积物，冲积物和 滨海沉积物中
• (重砂：独居石）
K
极容易从矿物中释放而转入水中，具有 很强的迁移能力．水中钾极易被生物吸 收，并参与形成次生矿物。
•在氧化带极易被淋滤，分解，迁移
• Rn: 没有发现化合物，密度为9.27g/L
• 广泛分布，在浓度差、温度差、压力差作 用下迁移
岩浆活动
（反复作用，主要 在 20 亿年以后）
贫矿化
变质作用
富铀区
构造运动 原始分溶
初始富集
（35 亿年以后）
地壳早期演化
地壳上部（花岗岩） 地壳下部（玄武岩）
作用
（月岩阶段，约 35 亿年以后）
• U、Th、Ra的分布随深度的增加而减少
• 各圈层中钍的含量约为铀的4倍，且稳定
• 铀在石陨石中的含量高于在铁陨石中的含 量
地球各圈层中铀、钍和镭的含量
地球各圈层
U/ppm
沉积岩
地 花岗岩 壳 玄武岩
地幔 地核
2.6 4.0 1.0 0.012 0.013
Th/ppm
7.0 13.5 4.0 0.048 0.013
• 亲氧性 失去6个价电子后形成稀有气体原子结构（s2 p6）。 是一种亲氧元素，不形成硫化物。
化学元素知识：钋-放射性元素和核工业的重要元素
化学元素知识：钋-放射性元素和核工业的重要元素钋是一种高度放射性元素，其化学符号为Po，原子序数为84。
它是自然界中存在的化学元素，但在大自然中仅存在微量的钋。
钋是一个非常罕见的元素，通常以矿物的形式出现。
其最重要的同位素是钋-210，它是一种放射性元素，寿命为138.376天。
在核工业中，钋被广泛用于中子辐射源、X光发生器和其他重要设备。
它也被用于核反应堆的型号和其他用途，例如制造船舶船体和飞机部件等。
钋在核工业中的应用得益于其放射性，使其成为重要的核材料之一。
尽管如此，钋仍然是一个非常危险的物质，因为它的放射性非常强。
由于钋的强放射性，采矿和加工钋的过程需要极其谨慎地进行。
人们必须采取必要的安全措施，以确保他们不会接触到钋。
事实上，由于钋的危险性，它被称为“业余核武器”。
钋不仅在核工业中有应用，它在医学和其他领域也很有用。
普通人可能不了解它在这些领域中的应用，但这些应用是非常重要的。
在医学中，钋被用于治疗某些疾病，例如癌症和其他疾病。
它也被用于制造某些医学设备和工具。
此外，钋还被用于缓解剧烈疼痛和解除患者的痛苦。
除了在医学和核工业中，钋还在其他领域中得到应用。
例如，它被用于建造某些类型的侵蚀性材料和合金。
此外，由于它的放射性，钋也被用于进行某些实验和研究。
尽管钋在核工业和其他领域中有重要的应用，但它的放射性和危险性，使得它必须小心使用。
人们必须采取必要的安全措施来保护自己和他人，以确保钋不会造成伤害或危险。
在处理钋的过程中，人们必须穿戴特殊的防护服和手套，以避免钋进入他们的身体。
此外，人们必须使用防护壳或包装来派遣钋，并确保它们安全存放和处理。
总之，钋是一种重要的放射性元素，广泛用于核工业、医学和其他领域。
尽管如此，在使用时必须小心谨慎，以确保钋不会造成伤害或危险。
化学元素知识：放射性元素-元素周期表中的几个元素
化学元素知识：放射性元素-元素周期表中的几个元素放射性元素是指原子核稳定性较差，能够通过放射性衰变释放能量的元素。
在元素周期表中，放射性元素主要分布在元素周期表的右下角和左上角的位置。
下面我们将依次介绍其中的几个元素。
第一个放射性元素是铀（U）。
铀是一种重金属元素，在自然界中广泛分布。
自然界中铀有三个同位素，其中最重要的是铀-238（U-238）、铀-235（U-235）和铀-234（U-234）。
其中U-235可以通过裂变反应产生大量热能，是最为重要的放射性核燃料。
由于铀能够进行核裂变反应，因此对于核能技术的发展具有特别重要的意义。
第二个放射性元素是镭（Ra）。
镭是一种亮银白色的金属，可以发出明亮的蓝色光芒。
镭的放射性效应被发现后，其制备成为了新兴的产业，被广泛应用于辐射和能量的研究中。
与铀不同，镭不会自然地裂变或产生核反应，而是通过放射性衰变释放出高能粒子和辐射能。
第三个放射性元素是铅（Pb）的同位素铅-210（Pb-210）。
铅-210是一种放射性核素，是天然铀放射性崩裂产生的核素之一。
在自然界中，铅-210的含量比较稀少，主要存在于极深的海洋沉积物和底部频繁受到波浪侵蚀的岩石中。
铅-210的放射性半衰期很短，只有22年，但它的衰变产物是一种高能α粒子，对人体组织造成很大的伤害，因此被广泛应用于放射治疗和核科技中。
此外，放射性元素还包括锕（Ac）、钚（Pu）、镎（Np）等罕见元素。
钚的同位素Pu-239被广泛应用于核武器和核能技术。
锕的同位素Ac-227被用于治疗癌症。
镎虽然不作为核燃料使用，但其特殊的化学和放射性性质，使其成为一个理想的核燃料研究对象。
放射性元素的应用既有利又有弊，尤其是在应用于核武器和核能技术方面，应用的风险很大，但这些元素的发现和研究，不仅推动了原子核物理学和化学的发展，而且已经成为现代科技的重要组成部分。
放射化学
1919 1919
1921 1924 1924 1925-1927
1928 1931 1931 1932
1932 1932 1932 1932 1933
Rutherford在实验室中首次进行了核转化，4He＋14N17O＋1H Aston建立了首台实用的质谱仪，并且通过质谱仪发现同位素的质量不是精确的 整数。
放射化学
唐泉
第一章 绪论
1.1 放射化学发展简史 从1896年发现放射性到现在，放射化学发展的一
百多年的历史，大体上可分为三个阶段。 1896~1931年：
放射化学发展的初期阶段。放射性的发现，天然放 射性元素的发现及分离，衰变规律的发现，衰变位移 规律的发现，放射性元素分离规律的发现；
1932~1942年： 放射化学蓬勃发展的阶段。中子、人工放射性和裂
1959
第一艘反应堆驱动的民用破冰船（Lenin）在俄罗斯下水。
～1960 Hofstadter等人发现质子和中子在内电荷中不平衡分布。
～1960 Lederman, Schwarz和Steinberger等人发现介子。
1961
放射性核素238Pu首次作为电源应用到卫星（Transit-4 A）上。
Geiger和Müller建立了用于测量单个核粒子测量的第一个GM管。 Van de Graaff开发了电级高压发生器，可以加速原子粒子来提高能级。 Pauli假设了一个新的粒子“neutrino”，在衰变中形成。 Cockcroft和Walton开发了高压倍加器，利用它在实验室加速粒子进行了首次核 转化反应（0.4MeV1H＋7Li24He）
美国首次试验了不控制的规模大聚变能装置（氢弹）。
化学实验设计放射性元素实验
化学实验设计放射性元素实验化学实验设计：放射性元素实验引言：放射性元素实验在化学教学中具有重要的意义。
通过实验，学生可以深入了解放射性元素的性质、特点以及安全使用的方法。
本文将针对放射性元素实验的设计进行探讨，旨在帮助教师更好地引导学生进行这类实验，并确保实验过程的安全与有效性。
一、实验目的与原理实验目的：探究放射性元素的性质和特点，了解放射性元素在化学中的应用。
实验原理：放射性元素是指核素存在放射性衰变现象的元素。
它们在衰变过程中会释放出射线，包括α粒子、β粒子和γ射线。
本实验将重点研究放射性元素的射线产生及其与物质的相互作用。
二、实验器材与试剂实验器材：放射性元素样品、辐射计、铅屏蔽室、实验探测器等。
实验试剂：不锈钢容器、稳定剂、试剂溶液等。
三、实验步骤1. 应事先准备好辐射计和铅屏蔽室，并确保实验室有必要的辐射防护措施。
2. 将放射性元素样品放置于不锈钢容器中，并添加适量的稳定剂，以降低放射性材料的辐射强度。
3. 根据实验需求，将不同浓度的试剂溶液加入至实验容器中。
4. 用实验探测器测量不同条件下的射线强度，并记录数据。
5. 通过分析实验数据，探究放射性元素与试剂溶液的反应关系。
四、实验安全注意事项1. 操作前需佩戴防护手套、防护眼镜等个人防护装备。
2. 在实验操作过程中，应尽量避免直接接触放射性物质。
3. 操作完成后，及时清理实验设备，并将辐射源正确存放或处理。
4. 在实验操作过程中，保持实验室通风良好，避免长时间接触放射性物质。
五、实验结果与讨论通过实验数据的测定和分析，我们得到了不同条件下射线强度的变化趋势，并推测了放射性元素与试剂溶液之间的反应关系。
根据实验结果，我们可以深入探讨放射性元素的性质、特点以及与物质的相互作用。
六、实验的意义与应用1. 通过放射性元素实验可以提高学生对放射性元素的认识和理解。
2. 放射性元素在核工业、医疗、环境保护等领域有广泛的应用，通过实验学习可以培养学生应对相关问题的能力。
砹(化学元素)
化学性质
砹本身无毒，但其放出的射线对人体有害。动物实验证明，211At类似碘，易为人身的甲状腺所吸收。因此， 砹放射出的α粒子对甲状腺组织起破坏作用。
发现简史
砹砹是门捷列夫曾经指出的类碘，是莫斯莱所确定的原子序数为85的元素。它的发现经历了弯曲的道路。
刚开始，化学家们根据门捷列夫的推断——类碘是一个卤素，是成盐的元素，就尝试从各种盐类里去寻找它 们，但是一无所获。
砹（化学元素）
化学元素
01 基本信息
03 化学性质 05 应用领域
目录
02 物理性质 04 发现简史
砹（Astatine），是一种非常稀少的天然放射性元素，原子序数85，化学符号源于希腊文"astator"，原意 是“改变”。1940年美国加州大学伯克利分校科学家得到了砹 ，发现者包括伯克利教授埃米利奥·吉诺·塞格 雷等 。已发现质量数196～219的全部砹同位素，其中只有砹215、216、218、219是天然放射性同位素，其余都 通过人工核反应合成的。它的所有同位素中最稳定的一个是砹-210，半衰期为8.1小时。
资源砹已经用于医疗中。在诊断甲状腺症状的时候，常常用放射性同位素碘131。碘131放出的砹射线很强， 影响腺体周围的组织。而砹很容易沉积在甲状腺中，能起碘131同样的作用。它不放射砹射线，放出的砹粒子很 容易为机体所吸收。制备：
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基本信息
【中文ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ称】砹 【汉语拼音】ài 【英文名称】astatine 【CAS号】7440-68-8 【元素符号】At 【原子序数】85 【周期系列】6 【族-系列】ⅦA—卤素 【密度】(At2)6.35±0.15g/cm(r.t) 【莫氏硬度】无数据 【性状】状似金属
化学元素的放射性
化学元素的放射性在自然界和人类的生活中，放射性元素一直存在着。
它们的存在对人类和环境都有着一定的影响和危害，因此在学习化学元素时，放射性元素也是一个重要的话题。
首先，什么是放射性？放射性是指元素核中的粒子不稳定而发生变化，通过释放射线来达到核稳定的一种性质。
放射性元素在自然界中被广泛分布，例如氢、碳、钾等元素均存在放射性同位素。
放射性元素的种类目前，已知的元素中有60种是放射性元素。
根据其发射的射线类型，可以把放射性元素分成α、β、γ三类。
α射线是指由2个质子和2个中子组成的粒子，质量比较大，其能力比较弱，在空气中很快就被阻挡，几乎不会对人体造成伤害。
而β射线和γ射线的穿透能力更强，对人体造成的辐射伤害也更大。
用途尽管放射性元素具有一定危害性，但在各种领域中都有广泛应用。
例如：1. 医学铯、钴、铀等放射性元素被广泛应用于治疗癌症，诊断疾病等。
2. 工业^60Co、^137Cs等放射性同位素可以用于研究原材料的流程、密度、水含量等性质。
3. 农业氡元素可以用于测定作物成熟度。
安全性放射性元素在日常生活中的危害是不可忽视的，特别是对于某些高剂量的放射性元素，它们对人的生命健康造成的危害是无法弥补的。
同时，合理使用某些放射性元素能够促进社会发展，因此科学家一直在研究如何制定更安全、合理的使用方式。
除了合理应用外，还需要采取措施保护人类和环境的安全。
例如，核电站的建设必须经过严格的安全审批，以确保辐射水平在可接受的范围内。
国际间也制定了严格的放射性物质安全监管标准，严格要求保障居民和环境安全。
综上所述，放射性元素是化学元素中的一种特殊存在，其特点和应用方式也与其他元素不同。
在探究化学元素时，理解放射性元素也是必修的一部分。
在应用中，需要特别注意安全问题，尽可能保持人类和环境的安全。
化学元素的放射性
化学元素的放射性放射性是指物质自发地放出射线或者粒子的性质。
在化学元素中，一些元素因为其原子核的不稳定性而具有放射性。
这些放射性元素可以通过放射性衰变来释放能量，并在此过程中转变成其他元素。
一、放射性元素的分类根据放射性元素的原子核衰变类型，可以将放射性元素分为三类：α衰变、β衰变和γ射线。
1. α衰变α衰变是指放射性元素的原子核放出α粒子的过程。
α粒子是由两个质子和两个中子组成的带正电荷的粒子。
α衰变会导致元素的原子序数减少2，质量数减少4，因为α粒子的原子序数为2，质量数为4。
2. β衰变β衰变是指放射性元素的原子核放出β粒子的过程。
β粒子可以是电子（β-粒子）或者正电子（β+粒子）。
- β-粒子是由一个电子组成的，带有负电荷。
- β+粒子是由一个正电子组成的，带有正电荷。
β-衰变会导致元素的原子序数增加1，质量数不变；而β+衰变会导致原子序数减少1，质量数不变。
3. γ射线γ射线是指放射性元素在衰变过程中释放出的电磁辐射，具有高能量和穿透力。
γ射线不会改变放射性元素的原子序数和质量数，只是释放能量。
二、放射性元素的应用放射性元素在许多方面都有重要的应用。
1. 医学放射性同位素在医学诊断和治疗中有着广泛应用。
例如，放射性同位素可以用于诊断肿瘤或疾病的部位，追踪血液流动，以及治疗癌症。
2. 能源产生放射性同位素广泛应用于核能发电。
核反应堆中的放射性同位素如铀-235和钚-239会发生核裂变，释放出大量的能量。
这种能量的释放可以被用来供电。
3. 碳测年法放射性同位素碳-14被广泛用于考古和古生物学领域。
因为碳-14具有半衰期约为5730年，测量化石或者古代物品中的碳-14含量可以用来推断其年龄。
三、放射性元素的安全性尽管放射性元素具有广泛的应用，但是它们也存在潜在的危险性。
高剂量的辐射对人体健康有害。
长时间或者大剂量的辐射暴露可能导致癌症、放射病和遗传损伤。
因此，对于使用放射性元素的过程中需要严格的安全措施和监测。
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=3.4×10-7≠3.59×10-7 没有平衡。
例 从1t含40%U3O8的沥青铀矿中能分离多少克镭226Ra？ 多少Bq? TU=4.468×109a，TRa=1602a。原子量：O 为16，U为238，Ra为226；阿佛加德罗常数为 6.02×1023 ， 238U的丰度为99.72%。
解： 238
重铀酸盐：
(NH 4 )2U 2O7 Na2U 2O7
K 2U 2O7
（5）铀的络合物 1）铀的无机络合物
+ 4+和 UO2能与许多无机酸根F2 U
、Cl-
NO 等形成 、
3，但后者更有实 用价值。 2）有机络合物 U4+和UO 能与柠檬酸等生成有机络合物，这些络
219Rn
232 Th
208Pb
220Rn
237 Np
209Bi
无射气存 在
放射性衰变的时间规律 放射性核素A放出粒子x转变成稳定核素B：
A→B+x
N = N 0e
− λt
A = A0 e
T1 =
2
− λt
ln 2
λ
=
0.693
λ
例 为了使226Ra的量衰变掉1/100，需要多长时间？ TRa=1602a
235U，UF 是极毒气体，有强烈腐蚀性，对金属腐蚀性 6
强，对诸如聚四氟乙烯等有机没有腐蚀。
UF4 + F(气 ) 300℃ →UF6
3）铀的盐类 四价铀盐 多数四价铀盐不溶于水，少数四价铀盐能溶于水， 四价铀盐在中性或弱碱性介质中易水解生成难溶的 U(OH)4 胶体；
铀酰盐 铀酰盐是由UO 与酸根结合而成的，其水
母体：237Np（ 4n+1）镎系，为人工放射系， T1/2： 2.14×106a 。 地球年龄： 约4.5×109a
放射系衰变规律 放射系名 称 U系 Ac系 Th系 Np系 起始核素
238U
终止核素
206Pb
衰变次数 α β 8 6 7 6 7 4 4 4
衰变链中 的射气
222Rn
235U
207Pb
2 ,1 2, 2
T1
, λ1
T1
, λ2
N2 =
λ2 − λ1
λ1
N1,0 e
(
− λ1t
−e
− λ2 t
)
A2 =
λ2 − λ1
λ2
A1, 0 e −λ1t − e −λ2t
(
)
1 当 λ2 〉〉 λ 1 长期平衡
2
λ1 N 2 = N 1,0 (1 − e −λ t ) λ2
A 2 = A1,0 1 − e
2 母体核素的半衰期不太长,但比子体核素的半衰期长 暂时平衡 3 母体核素的半衰期比子体核素的半衰期短 不平衡
3.2 铀化学 （1）概述 1）铀的发现 1789年克拉普罗特发现了铀，铀在地壳在的平均含 量为0.0004%（4ppm），铀在海水中的含量约为 3~4µg/L。海中铀量约为4.5×109t。 2）铀的同位素 铀共有15种放射性同位素和一种同质异能素，其中
第3章 天然放射性元素化学 章
3.1 概述 凡具有放射性的核素称为放射性核素。 全部由放射性核素核素所组成的元素称为放射性 元素。 放射性元素分为天然放射性和人工放射性元素两 大类包括从84号元素(Po)到111号元素以及43Tc和
61Pm共30个。
天然放射性元素是指在自然界中存在的放射性元 素，它们是84Po、85At、86Rn、87Fr、88Ra、89Ac 、
1000×1000× 0.4 ×
3.07 × 10 × 226 = 0.115 g 23 6.02 × 10
20
例
238U在岩石中的平均含量为2.8×10-4%，理论计算
相应的岩石的226Ra为多少Bq•kg-1？TU=4.468×109a， TRa=1602a。
解：1 kg该岩石中238U的量为1×1000×2.8×10-4%g =2.8×10-3 g； AU=ARa； λUNU= ARa；
238U、235U和234U三种地天然的，它们组成了天然铀。
提高铀中235U丰度的过程称铀的浓缩，其产品称为浓 缩铀。
3）铀的主要用途及危害 早期，铀仅用作玻璃、陶瓷和珐琅的着色剂。现 在用于制造核燃料。 235U、 233U为易裂变的核燃料 核素， 238U可以转换成239Pu，后者为易裂变核燃料 核素，反应式为：
（2）金属铀的物理性质 金属铀主要是用金属钙或镁热还原铀的卤化物 和氧化物来制备的。 UX4＋2Mg→U＋2MgX2 铀是一种有银白色光泽的金属，质软，有一定的 延展性，具有多晶性。
（3）铀的化学性质 1）铀在水溶液中有+3、+4、+5和+6价四种价态，而 以+6价的 UO 最稳定。 而U4+仅能在酸性溶液中稳定
ln 2 NU = ARa TU
ln 2 mU × × 6.02 × 1023 = ARa TU M u
−3
0.693 2.8 ×10 ARa = × × 6.02 ×1023 4.468 ×109 × 365 × 24 × 3600 238
=34.8Bq 比活度为：34.8Bq/1 kg=34.8 Bq•kg-1。
2
2+
溶液呈黄绿色，铀酰盐具有两性，在酸性介质中以
UO
2+ 2
存在，而在pH＞5 的介质中，则以难溶性的重
铀酸盐沉淀形式存在（硝酸铀酰用于铀的溶剂萃取分 离，硫酸铀酰可作均相反应堆燃料，重铀酸盐在铀的 水冶中用于分离各浓集铀）
2UO2 SO4 + 6 NaOH → Na2U 2O7 ↓ +2 Na2 SO4 + 3H 2O
+ 2
UO
价态
＜U3+＜
UO
2+ 2
＜U4+
水溶液中不同价态铀离子的形式和颜色 离子形式 U3+ U4+ UO2+ UO22+ 溶液颜色 玫瑰红 深绿 -黄绿
U(Ⅲ) U(Ⅳ) U(Ⅴ) U(Ⅵ)
（4）铀的化合物
铀在不同情况下可以形成从+3~+6价的各种铀化 合物，主要有以下几类： 1）铀的氧化物有UO2、U4O9、U3O8、UO3和UO4。 最稳定的是U3O8，可作为重量法测铀的基准化合 物； UO2可作为动力堆的核燃元件； UO3为两性铀氧化物，它是铀酸酐。
238U(n,γ) 239U（β）→ 239Np（β）→ 239Pu
铀既是放射性毒物，又是化学毒物。天然铀在 放射性物质毒性分类中属中毒性元素，它作用于人 体的危害主要是化学毒性。各种铀化合物中毒后的 主要损伤器官是肾脏，随后出现神经系统和肝脏的 病变等。 我国规定，天然铀在露天水源中的限制浓度为 0.05mg/L，在放射性工作场所中的最大容许浓度为 0.02mg/L，在人尿中铀的控制指标为20µg/L。
U → Th → ⋅ ⋅⋅
234
α
β−
230
Th →
α
226
Ra
λU NU = λRa N Ra
N Ra TRa = NU = 3.07 ×1020 个原子 = 0.115 g = 4.26 ×109 Bq TU
3× 3× 238 × 99.72% 1602 3 × 238 + 8 ×16 × 6.02 ×1023 × = 3.07 ×1020 238 4.468×109
2UO2 SO4 + 3CaO → CaU 2O7 ↓ +2CaSO4
硝酸铀酰： UO ( NO ) ⋅ xH O 2 3 2 2
180 2UO2 (NO3 )2 ⋅ 6 H 2O 〉℃ → 2UO3 + 12 H 2O + 4 NO2 ↑ +O2 ↑
硫酸铀酰：
UO2 SO4
2UO2 SO4 + 6 NH 3 ⋅ H 2O → ( NH 4 )2 U 2O7 ↓ +2( NH 4 )2 SO4 + 3H 2O
232Th可转变成核燃料，其反应式为：
232
Th(n, γ ) Th → Pa → 233U
233
β−
233
β−
钍及其化合物还可以作电极材料、催化剂及电焊 条等的添加剂。 天然钍属中毒性元素，进入体内后主要集中于肝、 骨髓和淋巴结中，钍的化学毒性不高。
（２）钍的物理性质 钍是银白色的金属，相对密度为11.7，熔点为 1780℃，较软，易进行机械加工，钍具有多晶型性质， 主要有面心立方体和体心立方体晶格两种。 （３）钍的化学性质 钍的化学性质与锆、铪相似，钍的电子结构为： 6s26p66d27s2，最高氧化态是正四价。金属钍主要是 用金属钙热还原钍的氧化物和氟化物熔盐的方法来制 备，反应式为： ThO2+2Ca→Th+2CaO
(
− λ2 t
)
λ 1 N 1= λ2 N 2
A1 = A2
例 有一铀矿样品，测得其中含238U1g，含
226Ra3.59×10-7
g，问该矿石中铀与镭是否平衡？
解：当铀与镭达到平衡后，它们的活度相等。即
λU NU = λRa N Ra
mRa λU M Ra = mU λRa M U
TRa M Ra = TU M U
钍的化合物有： 通常情况下，钍只能形成稳定的四价化合物。 氧化物ThO2、ThO，其中ThO2有组成固定，可做 为基准化合物； 卤化物有ThF4、ThCl4、ThBr4、ThI4、ThI3等； 此外还有Ｎ、Ｃ、Ｂ和Ｐ化合物； 钍的盐类 钍能与许多无机酸作用生成相应的盐，易溶盐有 Th(NO3)4、Th(SO4)2和ThCl4，它们既溶于水也溶于 醇、酮等有机溶剂中，此性质在钍的萃取分离中有重 要意义。