Распространенность химических элементов

Радиоактивность

Строение и устойчивость атомного ядра

Полной теории структуры атомных ядер до сих пор нет. Наиболее распространена модель оболочечного строения ядра атома. Предполагают, что протоны и нейтроны, независимо друг от друга, заполняют ядерные слои и оболочки.

В настоящее время известно около 300 устойчивых и более 1000 радиоактивных ядер. Ядра, содержащие 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82 протона или нейтрона и 126, 152 нейтрона особенно стабильны. Предполагается, что эти «магические числа» нуклонов соответствуют завершенным ядерным слоям. Элементы с числом протонов в ядре равным одному из магических чисел имеет большее число изотопов, чем соседние с ним элементы. Ядра с числом нуклонов, стоящим непосредственно за «магическим числом», особенно легко разрушаются.

Изотопы – это атомы одного и того же химического элемента, которые различаются количеством нейтронов в ядре, а следовательно, и массой. Известно более 110 химических элементов.

Первым шагом в научном решении проблемы превращения элементов было открытие в 1896 г. Беккерелем естественной радиоактивности урана. Два года спустя Мария и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность у тория, а затем открыли 2 новых радиоактивных элемента – полоний и радий. Эти открытия доказали, что химические элементы не являются вечными и неизменными, а могут превращаться друг в друга.

Радиоактивность – это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.

Известны три основных вида радиоактивного излучения:

- альфа-излучение – поток ядер гелия;

- бета-излучение – поток быстрых электронов;

- гамма-излучение – коротковолновое электромагнитное излучение с очень малой длиной волны (менее 10^{-10 м), что обуславливает его чрезвычайно высокую проникающую способность.}

Продолжительность жизни атомов определяется строением их ядер и характеризуется периодом полураспада, то есть временем, в течение которого распадается половина всех ядер данного элемента. Период полураспада может быть от 10^-3 с до 10¹⁰ лет, но для большинства изотопов – 30 с - 10 суток.

На Земле встретить радиоактивный элемент можно только в 3 случаях:

- он «пережил» 4,3 млрд лет со времени образования планеты Земля (торий, уран);

- его запасы постоянно пополняются за счет естественных процессов;

- он получен искусственно в результате деятельности человека (ускорители частиц, атомные реактора и пр.).

Среднее относительное содержание химического элемента в доступной нам части Вселенной называется его распространенностью или кларком.

Кларк зависит от вероятности ядерных реакций его образования и относительной устойчивости изотопов элемента. Наиболее распространены во Вселенной водород и гелий. Кларк элемента уменьшается с увеличением заряда его ядра. Более распространены элементы с четным зарядом ядра.