原子衰变是怎么一回事

核衰变是放射性核素自发地释放射线和能量，最终转化为其他稳定核素的过程。放射性核素在进行核衰变的时候，根据核素的性质可能放射出α射线、

β射线、γ射线以及俘获电子等。

由於一个原子的衰变是自然地发生，即不能预知何时会发生，因此会以机会率来表示。每颗原子衰变的机率大致相同，做实验的时候，会使用千千万万的原子。当原子开始发生衰变，其数量会越来越少，衰变的速度也会因而减慢。例如一种原子的半衰期为一小时，一小时后其未衰变的原子会剩下原来的二分一，两小时后会是四分一，三小时后会是八分一。

原子的衰变会产生出另一种元素，并会放出阿尔法、贝塔粒子或中微子，在发生衰变后，该原子也会释出伽马射线。衰变后的实物粒子静止质量的总合少於衰变前实物粒子静止质量的总和，因为根据质能方程，能量可以表现出质量，当物体的能量增加E，其质量则增加E/c2，当物体的能量减少E，其质量也减少E/c2，如果一个原子核衰变后放出实物粒子，假设该原子核在衰变前相对於某一贯性参照物静止，衰变后的新原子核和所放出的实物粒子相对於该惯性参照物运动，即对於该惯性参照物而言，新原子核和所放出的实物粒子具有动能，当新原子核或所放出的实物粒子与其他粒子发生碰撞，它便会失去能量。因此，衰变前和衰变后质量和能量都是守恒的，粒子的静止质量则不守恒。如果该原子核放出光子，同样的，光子也具有质量，但没有静止质量。通常衰变所产生的产物多也是带放射性，因此会有一连串的衰变过程，直至该原子衰变至一稳定的同位素。

发生核衰变的放射性核素有的是在自然界中出现的天然放射性同位素，如碳14，但其衰变只会经过一次β衰变转为氮14原子，并不会一连串地发生。也有很多是经过粒子对撞等方法人工制造的核素

理化是相辅相成的，很多问题没有明显的界限，有时候微观看是物理的，宏观看又是化学的。你说的应该算是原子物理里面的吧。

α衰变

β~

,γ~

（这个是我中学的时候学的。。不可能知识不全面的）

a衰变：放出a粒子，也就是氦原子核。

β衰变：放出β粒子，也就是电子。

γ衰变：放出γ射线，也就是光子。

a衰变后，原子会失去两个核外电子，变成原子序数比原来小2的原子。

β衰变后，原子会从周围俘获一个电子，变成原子序数比原来大1的原子。

γ衰变后，核外电子不改变。

氚

蜕变时放出β射线后形成质量数为三的氦属于β衰变

不稳定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定，这个过程称为衰变(Radioactive

decay)。衰变的定义哦~~~

原子是保持物质化学性质的最小微粒，化学反应中原子的种类和数目保持不变，当原子被破坏，元素改变时，该反应已不属于化学反应，而成为了核反应。可见物理与化学在微粒反应方面紧密结合。利用核反应前后电荷与质量守恒可判断微粒的构成，根据微粒的构成，结合化学基本理论，可推知微粒的化学性质。

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。

原子物理中光子提供的能量在化学与生物的反应中有重要作用，公式为E＝hv＝hc/λ，其中v为光子的频率，λ为波长，c为光速，h为普朗克常数，即h＝663×10－34J·s，E为光子具备的能量。

例题解析

例题1．放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”。它可以用来断定古生物体死亡至今的年代。此项研究成果获得1960年诺贝尔化学奖。

1．宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后，就会形成C，写出它的核反应方程式。

2．C很不稳定，容易发生β衰变，其半衰期5730年。写出它发生衰变的方程。

3．C的生成和衰变通常是平衡的，即空气中、生物活体中C的含量是不变的。当机体死亡后，机体内的C含量将会不断减少，若测得一具古生物遗骸中C含量只有活体中的125％，则这具遗骸死亡至今应有多少年？

解析

解答本题的难点在于两方面，其一是能正确理解生物体活着时因新陈代谢不断进行，C含量不变。生物体死亡后，C要按一定的半衰期衰变，而含量减少。其二是要会运用计算半衰期的公式，求出半衰期数。测定含量的方法，通常用放射计数器记录每分钟射出电子的个数，两种样品的这个数量之比往往就是C的含量比。

参考答案

1．N＋n→C＋H

2．C→N＋e

3．设活体中含C的量为ρ0，遗骸中含量为ρ，C的半衰期为T，半衰期的数为n，则ρ/ρ0＝1/2n，n＝3。因为n＝t/T，所以t＝nT＝17190年。

评述

本题是物理知识与考古学的紧密结合，而元素和同位素知识又跟化学有关，研究的又是生物体何时死亡的问题，因而具有较广泛的综合性。考生要会书写核反应方程式，掌握半衰期定义，并会进行简单计算。

例题2．氯分子的解离是一个吸热过程，每摩尔氯分子完全解离为氯原子需要吸收2463kJ的能量。光也可以引起氯的解离。当能引起氯解离的光照射Cl2和H2的混合物时，将生成HCl。设混合气体受到汞紫外灯照射，灯的输入功率为10瓦，其中2％的能是被装在10L的容器中的混合气体吸收。在照射25s期间生成0065mol的HCl气体。

1．预期引起氯解离的光的波长多大？

2．比计算的临界值长或短的波长的光也能引起氯解离吗？为什么？

3．量子产额多大？（量子产额＝每吸收一个光子得到的产物分子的个数）

解析

由1mol Cl2分子解离吸收的能量，可求出单个Cl2分子解离（Cl2→2Cl·）需由光子提供的能量，再由Q＝hc/λ可求得临界波长，这可与物理中的光电效应进行对比。量子产额也可转化为得到产物的分子总额与吸收的光子总数的比值进行求解。

参考答案

1．λ＝c/ν Q＝NA·h·ν λ＝491×10－7m（1分）

2．比临界值短的波长的光是有效的，比临界值长的波长的光是无效的，它的v较小，能量较小。

3．＝32×104

评述

考查物理知识在化学中的应用；考查知识迁移能力；考查信息的应用和物理公式的应用。量子产额的结果并不是1或2，而是有数万，原因何在？其实解离出1个Cl原子后能发生一系列循环反复的链锁反应，Cl·＋H2→HCl＋H·；H·＋Cl2→HCl＋Cl……。（学生不必掌握）

例题3．有A、B、C、D四种短周期元素。已知一个B原子的原子核受到a粒子的轰击得到一个A原子的原子核和一个C原子的原子核，又知C、D元素同主族，且能发生下面两个反应：

A、B 化合物＋ B、C 化合物 B单质 ＋ A、C 化合物

A、D 化合物 ＋ D、C 化合物 D单质 ＋ A、C 化合物

请回答：

1．比较B、C原子半径大小 ；画出D离子的结构示意图 。

2．写出B原子核受α粒子轰击的核反应方程式 。

3．写出两个反应方程式 ； 。

解析

这是一个综合物理核反应的化学推断试题。从核反应中我们可以得到：B的原子序数加上2（α粒子为氦的原子核）等于A的原子序数加上C的原子序数，仔细观察两个反应方程式；得到B、D单质，是两个归中反应，B、D应为非金属，短周期中常见的有Cl、S、N等，还有P、Si、C、B等，而它们常见的化合物极可能是氢化物与氧化物间的反应，联想2H2S＋SO2＝3S＋2H2O等反应，而C、D又同主族，很容易想到是O、S，显然满足条件，根据推进验证，A、B、C、D四种元素分别为H、N、O、S。

参考答案

1．B＞C；；

2．N＋α→O＋H（其它满足条件的质量数也可以）

3．2NH3＋N2O3＝2N2＋3H2O（2N2H4＋N2O4＝3N2＋4H2O也可以）；

2H2S＋SO2＝3S＋2H2O

评述

要适应在一门学科中渗入一些其它学科知识的试题。

基本训练

一．选择题

1．据测，哈雷彗星上碳的两种同位素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12011，那么哈雷彗星上碳元素的原子量应是

A 12000 B 12009 C 12015 D 12980

2．迄今为止合成的最重的元素是112号元素，它是用高能原子轰击的靶子，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

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***，核化学家Kenneth E Gregorich宣布，在该实验室的88英寸回旋加速器上，研究者用高能离子轰击靶，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微秒后又释放出一个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，俄美科学家小组用核轰击靶时得到的。

3．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

4．人们发现的新元素A的原子序数为

A 112 B 114 C 116 D 118

5．在1999年4月得到的C元素的一种同位素的原子核中中子数有

A 169 B 171 C 172 D 175

6．下列有关B元素性质的说法错误的是

A B元素的单质是固体

B B元素是金属元素

C B元素具有放射性

D B元素具有类似卤素的化学性质

1999年9月，日本发生了严重核泄漏，这是加工厂将核原料（六氟化钠）提炼成核反应材料（二氯化铀）时操作失误造成的，工作人员在一个加工炉中投入了16kg的核原料，大大超过了规定标准，从而造成了核泄漏。

7．这个标准为

A 临界温度 B 临界压强

C 临界体积 D 由一定的温度、压强和体积共同确定

8．下列哪种反应导致了核泄漏

A 氧化反应 B 分解反应 C 化合反应 D 链式反应

9．核泄漏会导致生物体的

A 基因重组 B 基因突变 C 基因互换 D 染色体变异

衰变有3种：α衰变、β衰变、γ衰变。

1、α衰变是一种放射性衰变。在此过程中，一个原子核释放一个α粒子（由两个中子和两个质子形成的氦原子核），并且转变成一个质量数减少4，核电荷数减少2的新原子核。

2、β衰变是一种放射性衰变。在此过程中，一个原子核释放一个β粒子（电子或者正电子），分为β+衰变（释放正电子）和β-衰变（释放电子）。

3、γ辐射通常伴随其他形式的辐射产生，例如α射线，β射线。当一个原子核发生α衰变或者β衰变时，生成的新原子核有时会处于激发态，这时，新原子核会向低能级发生跃迁，同时释放γ粒子。这就是γ辐射。、

扩展资料：

不稳定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定。这些放射出的粒子或能量(后者以电磁波方式射出)

统称辐射(radiation)。由不稳定原子核发射出来的辐射可以是α粒子、β粒子、γ射线或中子。

放射性核素在衰变过程中，该核素的原子核数目会逐渐减少。衰变至只剩下原来质量一半所需的时间称为该核素的半衰期(half-life)。每种放射性核素都有其特定的半衰期，由几微秒到几百万年不等。

参考资料来源：搜狗百科-衰变

参考资料来源：搜狗百科-γ衰变

参考资料来源：搜狗百科-β衰变

参考资料来源：搜狗百科-α衰变

如果起始时刻放射性核素母核数目为N。由于衰变减少，精确实验测定表明t到t+dt内核衰变数目dN与dt与尚未衰变的母核数N乘积成正比，即

dN∝Ndt

写成等式：

核辐射场与放射性勘查

式中：λ为比例系数，称衰变常数；负号表示N随时间增长而减少，对(1-2-1)式积分后得

lnN=lnN0-λt 或 N=N0e-λt (1-2-2)

图1-2-1 放射性核素衰变规律

由(1-2-2)式可见由于核衰变放射性核素N随时间增长，呈负指数规律减少。若以lnN对t作图为一条直线，如图1-2-1所示，该直线的斜率为λ；也可以由(1-2-1)或(1-2-2)式直接计算得到。可见λ为每个原子核在单位时间内的衰变几率，称衰变常数，每个放射性核素都有固定的衰变常数(λ)。λ 值大表示核衰变较慢，其量纲为时间的倒数。

当核素衰变减少到原来一半时，(N=N1/2)所经历的时间(t=T)称为半衰期。将N=N1/2，t=T代入(1-2-2)式可得：

核辐射场与放射性勘查

每个放射性核素都有固定半衰期，例如238U的半衰期为4468×109a，232Th的半衰期为141×1010a(141亿年)，称为长寿命核素；218Po(RaA)半衰期为30min，214Po(RaC′)半衰期为164×10-4s，210Po(RaF)半衰期为1384d，常称为短寿命核素。为了对衰变完结有个相对统一的说法，导出一个平均寿命τ=144T，用来表明放射性核素寿命。一般认为放射性核素经历10T之后，已经衰变完了。

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