ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Висмут - восемьдесят третий элемент Периодической таблицы. Обозначение - Bi от латинского «bismuthum». Расположен в шестом периоде, VA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 83.

Висмут - мало распространенный в природе элемент: содержание его в земной коре составляет 0,00002% (масс.). В природе он встречается как в свободном состоянии, так и в виде соединений - висмутовой охры Bi 2 O 3 и висмутового блеска Bi 2 S 3 .

В свободном состоянии висмут представляет собой блестящий розовато-белый хрупкий металл плотностью 9,8 г/см 3 (рис. 1).Хрупкий. Температура плавления — 271,4 o С, кипения — 1552 o С.При комнатной температуре на воздухе висмут не подвергается окислению.

Рис. 1. Висмут. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса висмута

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии висмут существует в виде одноатомных молекул Bi, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 208,9804.

Изотопы висмута

Известно, что в природе висмут может находиться в виде единственного стабильного изотопа 209 Bi. Массовое число равно 209, ядро атома содержит восемьдесят три протона и сто двадцать шесть нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы висмута с массовыми числами от 184-х до 218-ти, а также более десяти изомерных состояний ядер.

Ионы висмута

На внешнем энергетическом уровне атома висмута имеется пять электронов, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5р 6 5d 10 6s 2 6р 3 .

В результате химического взаимодействия висмут отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Bi 0 -3e → Bi 3+ ;

Bi 0 -5e → Bi 5+ .

Молекула и атом висмута

В свободном состоянии висмут существует в виде одноатомных молекул Bi. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу висмута:

Сплавы висмута

Висмут образует легкоплавкие сплавы с другими элементами; например, сплав висмута со свинцом, оловом и кадмием плавится при 70 o С. Эти сплавы применяют в частности, в автоматических огнетушителях, действие которых основано на расплавлении пробки, изготовленной из такого сплава. Кроме того, они используются как припои.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание	Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида висмута (III), если его молекулярная формула имеет вид Се 2 O 3 .
Решение	Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле: ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

    Однако все элементы периодической системы с 2>83 (т. е. после висмута) радиоактивны, не имеют стабильных изотопов. Большое практическое значение имеют и многие искусственно получаемые радиоактивные изотопы. Поэтому в наши дни важнейшей характеристикой химического элемента являются не только химические свойства, определяемые строением электронной оболочки атома, но и свойства атомного ядра, прежде всего его стабильность. Современная химия решает задачи, связанные с выделением и очисткой отдельных изотопов, как стабильных, так и радиоактивных, их практическим использованием, например при работе АЭС. От строения и устойчивости атомного ядра изотопов того или иного химического элемента зависит его распространенность, влияющая на распределение элемента в земной коре и на земном шаре, сочетание элементов друг с другом в минералах и месторождениях. 

    Б главной подгруппе V группы два элемента обнаруживают как неметаллические, так и металлические свойства. Это сурьма и висмут. Их применяют в небольших количествах в качестве добавок к сплавам. Сульфид сурьмы содержится в горючих составах для спичек. Соединения висмута и сурьмы используются в медицине например, бинты для перевязки ожога, мазь и порошок от ожога содержат нитрат висмута. Висмут является последним устойчивым элементом периодической системы все элементы с большим номером радиоактивны, т. е. их атомные ядра, испуская элементарные частицы, превращаются в более легкие ядра. 

Вся группа характеризуется в общем как группа металлоидов. Однако, по мере увеличения атомного веса и заряда ядра элементов этой группы, у них ослабляются металлоидные свойства и усиливаются металлические свойства. Азот (атомный вес 14, заряд ядра 7) и фосфор (атомный вес 31, заряд ядра 15) являются типичными металлоидами. У мышьяка (атомный вес 74,9, заряд ядра 33) уже проявляются некоторые свойства металлов. У сурьмы (атомный вес 121,8, заряд ядра 51) металлические свойства проявляются сильнее, чем у мышьяка. Висмут (атомный вес 209, заряд ядра 83) проявляет себя преимущественно как металл. 

В феврале 1932 г. появилась краткая заметка Д. Чад-вика об открытии им новой ядерной частицы - нейтрона, с массой, почти равной массе протона, но электрически нейтральной. В апреле 1932 г. советский физик Д. Д. Иваненко впервые высказал гипотезу - ныне общепринятую,- что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Согласно этой модели, в ядре атома с массовым числом А и атомным номером 2 содержится 2 протонов и Л - 2 нейтронов. Например, в ядре атома висмута содержится 83 протона и 126 нейтронов. Положительный заряд протонов компенсируется отрицательным зарядом 83 электронов, находящихся в оболочках. Ядра разных изотопов одного и того же элемента содержат, очевидно, равное количество протонов, но различное число нейтронов. Например, ядро водорода - это один протон, в ядре тяжелого изотопа водорода - дейтерия, кроме протона, имеется один нейтрон. 

    Явление естественной (природной) радиоактивности (см. 3.1) показывает, что не только атом, но и ядро атома имеет сложную структуру. Природная радиоактивность характеризуется самопроизвольным превращением атомных ядер, когда ядро одного элемента без всякого воздействия извне превращается в ядро другого элемента. Все элементы, расположенные в периодической системе после висмута, радиоактивны. 

Характер взаимодействия между частицами внутри ядра не позволяет образоваться ядрам с любым количеством нейтронов и протонов. Устойчивые ядра состоят из определенных комбинаций протонов и нейтронов. Для устойчивых ядер легких элементов число протонов и нейтронов приблизительно одинаково. Например, устойчивые изотопы углерода С и содержат 6 протонов и б или 7 нейтронов, устойчивые изотопы азота Ы и - 7 протонов и 7 или 8 нейтронов, а устойчивые изотопы кислорода 0, О, 0 - 8 протонов и соответственно 8, 9, 10 нейтронов. По мере увеличения атомного номера оптимальное отношение числа нейтронов к числу протонов возрастает, достигая у тяжелых элементов величины 1,5. Изотопы с устойчивыми ядрами называют стабильными изотопами. Они имеются у всех элементов с атомными номерами от 1-го (водород) до 83-го (висмут), за исключением 43-го (технеция) и 61-го (прометия). Часто, особенно 

Эффекты, рассмотренные в двух предшествующих разделах, не дают расщепления уровней атома и поэтому могут приводить к сверхтонкой структуре только в случае наличия нескольких изотопов. Но сверхтонкая структура наблюдалась и у атомов, не имеющих изотопов, например у висмута, поэтому необходимы дополнительные гипотезы для ее описания. Такая гипотеза была предложена в 1924 г. Паули который постулировал, что ядро само по себе имеет спиновый и связанный с ним магнитный моменты. Предполагается, что ядро с данными X Л М имеет всегда один и тот же спин, обозначаемый 1, но что различные типы ядер имеют различные спины. Эта гипотеза ядерного спина нашла себе важное применение в теории молекулярных спектров, так что в настоящее время она составляет неотъемлемую часть атомной теории. 

С позиции теории строения атома легко объясняется и тот факт, что с ростом заряда ядра металлические свойства элементов в каждой подгруппе возрастают, а неметаллические - убывают. Так, сравнивая распределение электронов по уровням в атомах фтора Р и иода I, можно отметить, что оно у них соответственно 2.7 и 2.8.18.18.7, т. е. по 7 электронов на внешнем уровне это указывает на сходство свойств. Однако внешние электроны в атоме иода находятся дальше от ядра, чем в атоме фтора (у иода больший атомный радиус), и поэтому удерживаются слабее. По этой причине у атома иода легче оторвать электроны, т. е. он будет проявлять металлические свойства, что не характерно для фтора. Вообще в подгруппе металлические свойства элементов с ростом их порядкового номера усиливаются, а неметаллические свойства ослабевают. Поэтому, например, азот - неметалл, висмут - металл. 

Например, в ядре атома висмута, массовое число которого А = 209, а атомный номер 2 = 83, содержится, согласно этой точке зрения, 209 протонов и 209-83 = = 126 электронов. Добавочные 83 электрона находятся в электронных оболочках, поэтому в сумме числа протонов и электронов одинаковы, и атом электронейтрален. Другой пример - в дейтероне (ядре тяжелого изотопа водорода - дейтерия), для которого А - 2, а X = 1 должно было бы содержаться 2 протона и 1 электрон. 

Например, ядро висмута с массовым числом 209 и атомным номером 83 обозначается как В даль- 

Превращение висмута в полоний сопровождается Р-излучением. Один из нейтронов ядра теряет электрон, в результате чего число протонов и, следовательно, заряд ядра увеличиваются на единицу. Атомный вес нового ядра такой же, как и исходного. 

Например, ядро висмута с массовым числом 209 и атомным номером 83 обозначается как или Легко понять, что поскольку химический символ элемента уже определяет его атомный номер, можно пользоваться сокращённым способом обозначения атомных ядер, включающим только химический символ элемента и массовое число данного изотопа, например,  

Законы радиоактивного превращения. Все элементы с атомными номерами большими, чем атомный номер висмута (83), нестабильные и претерпевают радиоактивное разложение, распадаясь на более легкие элементы. Так как на состояние ядра не влияет термическое движение молекул, то в скоростях радиоактивного распада не наблюдалось заметного изменения при изучении широкого диапазона температур от температуры жидкого гелия до 1000°. Химический состав влияет на скорость радиоактивного распада только в случае изомерного превращения и даже в этом случае его влияние очень мало. 

Ядро, как и атом в целом, имеет оболочечное строение. Особой стойчивостью отличаются атомные ядра, содержащие 2-8-20- 8-50-82-114-126-164 протонов (то есть ядра атомов с таким орядковым номером) и 2-8-20-28-50-82-126-184-196- 28-272-318 нейтронов, вследствие законченного строения их болочек. Только недавно удалось подтвердить эти воззрения расче-ами с помощью ЭВМ. Такая необычная устойчивость бросилась глаза, прежде всего, при изучении распространенности некоторых лементов в космосе. Изотопы, обладающие этими ядерными числа- и, называют магическими. Изотоп висмута 8з Bi, имеющий 126 нейронов, представляет такой магический нуклид. Сюда относятся акже изотопы кислорода, кальция, олова. Дважды магическими вляются для гелия - изотоп 2 Не (2 протона, 2 нейтрона), для альция - 20 Са (20 протонов, 28 нейтронов), для свинца - РЬ 82 протона, 126 нейтронов). Они отличаются совершенно особой рочностью ядра. 

Все элементы, расположенные в периодической системе после висмута зВ. радиоактивны. Из них только ядра Th(Г / = 1,4- О лет), (Г / =7-10 лет) и (Г / ==4,5-10 лет) имеют достаточно большой период полураспада и могли сохраниться на Земле. Другие элемещгы с атомными номерами. более 83 постоянно образуются за счет естественного радиоактивного распада ядер ТИ, и 

Существование в Периодической системе вставных d и /-рядов существенно влияет на ионизационные потенциалы и атомные (ионные) радиусы последующих элементов. Особенно велико влияние заполненного 4/1 -слоя, которое называется лантаноидным сжатием (контракцией). Это явление заключается в том, что наличие завершенного 4/14-уровня способствует уменьшению объема атома за счет взаимодействия оболочки с ядром вследствие последовательного возрастания его заряда. Поэтому, наприм(ф, с увеличением атомного номера в ряду лантаноидов происходит неуклонное уменьшение размеров атома. Это же явление объяенж т целый ряд особенностей, характерных для d- и sp-элементов VI периода, следующих за лантаноидами. Так, лантаноидная контракция обусловливает близость атомных радиусов и ионизационных потенциалов, а следовательно, и химических свойств -элементов V и VI периодов (Zr-Hf, Nb-Та, Мо-W и т. д.). Особенно ярко это выражено у элементов-близнецов циркония и гафния, поскольку гафний следует непосредственно за лантаноидами и лантаноидное сжатие компенсирует увеличение атомного радиуса, вызванное появлением дополнительного электронного слоя. Эффект лантаноидной контракции простирается чрезвычайно далеко, оказывая влияние и на свойства sp-элементов VI периода. В частности, для последних характерна особая устойчивость низших степеней окисления Т1+ , РЬ, Bi+з, хотя эти элементы принадлежат, соответственно, к III, IV и V группам. Это объясняется наличием так называемой инертной б52-эле- ктронной пары, не участвующей в образовании связей группировки электронов, устойчивость которой опять-таки обусловлена лантаноидной контракцией. У таллия, свинца и висмута участвуют в образовании связи лишь внешние бр-электроны (Tl, Pb, Bi). Аналогичное явление актиноидной контракции, по-видимому, также должно наблюдаться, хотя и в меньшей степени. Однако проследить это влияние пока невозможно вследствие малой стабильности трансурановых элементов и незавершенности VII периода. Таким образом, положение металла в Периодической системе и особенности структуры валентной электронной оболочки играют определяющую роль в интерпретации химических и металлохимических свойств элементов. 

При /Г-распаде заряд ядра увеличивается на единицу, массовое же число не изменяется, т.е. образуется ядро другого элемента, атомный номер которого на едйницу больше, чем у исходного. Так, при / -распаде изотопа тория-234 образуется изотоп протактиния-234, а при / -распаде висмут-210 превращается в полоний-210  

Химия висмута, как и химия всех р-элементов шестого периода, связана с особенностью строения их электронных оболочек. Как говорилось в разд. 2.7 и 2.8, проникающая способность s-элек-тронов заметно больше, чем р-электронов. Связанная с этим разница в энергиях S- и р-атомных орбиталей увеличивается по мере увеличения заряда ядра, и у р-элементов шестого периода, после появления в электронной оболочке /-электронов, эта разница уже так велика, что s-электроны предпочитают оставаться неподеленной парой атома. В результате высшая степень окисления в соединениях р-элементов шестого периода достигается с большим трудом, такие соединения редки и, как правило, являются сильными окислителями. Само явление пониженной склонности бз-электронов к участию в образовании химических связей часто называют эффектом инертной пары. 

Радиус, пм - 74, Bi - 96, ковалентный- 152, атомный- 155, ван-дер-ваальсов - 240. Электроотрицательность, эВ 2,02 (по Полингу), 1,67 (по Оллреду), 4,69 (абсолютная). Эффективный заряд ядра 6,30 (по Слейтеру), 13,34 (по Клименте), 16,90 (по Фрезе-Фишеру). В ряду напряжений висмут располагается после водорода. Электрохимические характеристики висмута приведены в табл. 1.6, а характеристики связей висмута с другими элементами- в табл. 1.7. 

В современных атомных реакторах некоторых типов тепло отводят расплавленными металлами, в частности натрием и висмутом. В металлургии хорошо известен процесс обезвисмучивания серебра (висмут делает серебро менее пластичным). Для атомной техники важен обратный процесс - обессеребрение висмута. Современные процессы очистки позволяют получать висмут, в котором примесь серебра минимальна - не больше трех атомов на миллирн. Зачем это нужно Серебро, попади оно в зону ядерной реакции, будет по суш еству гасить реакцию.. Ядра стабильного изотопа серебро-109 (на его долю в црирод- 

Как-то в середине 60-х годов на мощном дубненском циклотроне У-300 облучили висмутовую мишень ускоренными ядрами неона. В ядерной реакции висмут+неон образовывались ядра изотопа нептуния. Они испытывали К-захват ядро нептуния впитывало в себя один из электронов атомной оболочки и превращалось в уран. В некоторых случаях дочернее ядро урана оказывалось на высоком возбужденном уровне (проще говоря, у ядра оказывался большой избыток энергии),и оно распадалось на осколки. Так был открыт новый вид ядерных превращений - деление чдер после К-захвата. 

Нуклонный состав атомных ядер сокращенно записывают так Эдг. Пример ifBijje- Приведенная запись говорит о том, что ядро атома висмута состоит из 83 протонов и 126 нейтронов. Зарядовое число Z = -f83, массовое число Л = 83 + 126 = 209 (округленно, без учета дефекта ядерной массы) и число нуклонов в ядре - 209. Приме- 

В современных атомных реакторах некоторых типов тепло отводят расплавленными металлами, в частности натрием и висмутом. В металлургии хорошо известен процесс обезвисмучивания серебра (висмут делает серебро менее пластичным). Для атомной техники важен обратный процесс - обессеребрение висмута. Современные процессы очистки позволяют получать висмут, в котором примесь серебра минимальна - не больше трех атомов на миллион. Зачем это нужно Серебро, попади оно в зону ядерной реакции, будет по существу гасить реакцию. Ядра стабильного изотопа серебро-109 (на его долю в природном серебре приходится 48,65%) захватывают нейтроны и превращаются в бета-активное серебро-110. А бета-распад, как известно, приводит к увеличению атомного номера излучателя на единицу. Таким образом, элемент № 47 превращается в элемент № 48, кадмий, а кадмий - один из сильнейших гасителей цепной ядерной реакции. 

С ростом атомного номера мишени увеличивающийся кулоновский барьер подавляет во все возрастающей степени эмиссию заряженных частиц это приводит к тому, что для висмута основными процессами становятся реакции (р, хп), где х - число испускаемых нейтронов, возрастающее с энергией протона и достигающее 4 или 5 при Ер- 50 Мэв. Но даже и в этих условиях испускание протонов все еще наблюдается частично благодаря реакциям, идущим через составное ядро, но в основном за счет прямых взаимодействий. Будут также наблюдаться и а-частицы, хотя и с малым выходом в тяжелых элементах энергия связи а-частицы становится отрицательной, что может, таким образом, частично компенсировать возрастание кулоновского барьера. И в этом случае картина взаимодействий остается похожей, ерли облучение проводится а-частицами, причем снова возможно некоторое увеличение выхода а-частиц в результате прямых реакций. 

Смотреть страницы где упоминается термин Висмут атомное ядро :          Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) -- [

Методическая разработка для аудиторной работы №32-11 по теме:

Ядерная физика

1. Определить состав ядер атомов лития Водород" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">водорода с массовыми числами 1 и 2 и изотопов урана .

2. Ядра изотопа тория претерпевают a - распад и два электронных b - распада. Какие ядра после этого получаются?

3.Написать недостающие обозначения X и y в ядерной реакции

4. Дописать недостающие символы X и Y в ядерной реакции:

5. Определить дефект массы, энергию связи ядра атома азота . Какая энергия связи приходится на один нуклон? mn = 1,00867 а. е.м. – масса покоя нейтрона; mH = 1,00797 а. е.м. – масса атома водорода; mN = 14,0067 а. е.м. – масса атома азота; 1 а. е.м. = 1,66×10-27 кг, с = 3×108 м/с.

6..gif" width="33" height="29">, если известно, что энергии связи ядер , https://pandia.ru/text/80/248/images/image009_48.gif" width="38" height="31 src="> равны соответственно 127,62 МэВ; 92,16 МэВ и 28,30 МэВ.

7. Атом лития испытывает при бомбардировке нейтронами превращение . Сколько выделяется энергии при этом? Массы частиц, участвующих в реакции: mLi = 6,939 а. е.м. mn = 1,0079 а. е.м.; mBe = 8,0043 а. е.м.; me = 0,0055 а. е.м.

8. Определить период полураспада висмута 210Bi, если известно, что висмут массой m=1,0 г выбрасывает N=4,58·1015 β-частиц за t=1 с. (При решении воспользоваться разложением в ряд Маклорена Алюминий" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">алюминия https://pandia.ru/text/80/248/images/image013_27.gif" width="32 height=29" height="29">. Подсчитайте энергию a - частиц, требующуюся для этой реакции. Масса атома алюминия mAl = 26,98154 а. е.м., масса атома фосфора mP = 30,97376 а. е.м., масса атома гелия mHe = 4,00260 а. е.м., масса нейтрона mn = 1,00867 а. е.м.(1 а. е.м. = 1,66×10-27 кг, с = 3×108 м/с).

10. Неподвижное ядро кремния выбросило электрон с кинетической энергией W1 = 0,5 МэВ и антинейтрино (частицу с зарядом, равным нулю, и массой покоя равной нулю) https://pandia.ru/text/80/248/images/image016_31.gif" width="190" height="37">

4.(Л-С) Какие ядра и частицы образуются, когда протекают следующие ядерные реакции:

;

5..gif" width="44 height=32" height="32">на две a - частицы и нейтрон, если известно, что удельная энергия связи в ядре бериллия равна 6,45 МэВ, а в ядре гелия 7,06 МэВ?

7.(С) При взрыве водородной бомбы протекает термоядерная реакция образования гелия из дейтерия и трития . Написать ядерную реакцию и определить её энергетический выход.

mгелия = 4,00388 а. е.м. mдейтерия = 2,01474 а. е.м. mтрития = 3,01700 а. е.м.

mнейтрона = 1,00899 а. е.м.

8.(С) Закон радиоактивного распада можно записать в виде: N = N0e-lt, где l - известная постоянная распада. Определите период полураспада T.

9..gif" width="35" height="27">. Сколько энергии освобождается при этой реакции? Масса атома фтора mF = 18,9984 а. е.м., масса атома кислорода mO = 15,99940 а. е.м., масса атома гелия mHe = 4,00260 а. е.м., масса атома водорода mH = 1,00783 а. е.м.

10..gif" width="187" height="27">. Массы нейтральных атомов: mдейтерия = 2,01410 а. е.м., mгелия = 3,01603 а. е.м., mнейтрона = 1,00867 а. е.м.. Скорости образовавшихся частиц считать v1, v2 << c, где с – скорость света.

Основные понятия, формулы.

1.Состав ядра . Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов (нуклонов). Масса и заряд протона и нейтрона соответственно равны:

;; https://pandia.ru/text/80/248/images/image031_16.gif" width="45" height="24 src=">..gif" width="28" height="24">.

2.Изотопы – атомы одного и того же элемента, имеющие разное число нейтронов в ядре.

3.Дефект массы – разность между суммой масс покоя нуклонов и массой ядра:

В 1896 году французский учёный Беккерель заметил, что уран испускает невидимые лучи, которые проходят сквозь чёрную бумагу, защищающую фотопластинку от света, и оставляют на пластинке отчётливый след. Изуче­ние природы этих лучей привело к целому ряду замеча­тельных открытий.

Оказалось, что атомные ядра урана, тория, радия и других тяжёлых элементов неустойчивы. Без всякого внешнего воздействия, под влиянием внутренних причин, они распадаются, меняют свою природу. При этом и про­исходит испускание открытых Беккерелем лучей. Атомы, способные к таким превращениям, были названы радио­активными, а происходящие в них превращения получили название радиоактивных превра­щений.

Рассмотрим это явление на примере элемента радия. В атомных ядрах радия 226 частиц: 88 из них - протоны, остальные 138 - нейтроны. При радиоактивном превра­щении из ядра радия выбрасывается частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов. Её условились назы­вать альфа-частицей («альфа» - первая буква греческого алфавита). Альфа-частица - это уже знакомое нам ядро атома гелия. Та часть ядра атома радия, кото­рая остаётся после вылета альфа-частицы, оказывается ядром атома нового элемента радона с зарядом 86 и мас­сой 222. В этом ядре как раз на два протона и два ней­трона меньше, чем в ядре радия.

Схема радиоактивного превращения радия в радон и гелий изображена на рис. 6.

Альфа-частицы выбрасываются и многими другими тя­жёлыми ядрами, например, ядрами урана 238 и 235, то­рия 232, радона 222 и 220. Они вылетают из недр радио­активных ядер с огромными скоростями (15 000 - 20 000 километров в секунду). Их-то и можно использо­вать в качестве «ядерных снарядов».

Некоторые радиоактив­ные ядра, распадаясь, вы­брасывают не альфа-ча­стицу, а электрон (иначе называемый бета-ча­стицей; «бета» - вто­рая буква греческого ал­фавита). При этом заряд остающегося ядра увели­чивается на единицу, а

Масса почти не меняется. Примером такого распада может служить распад висмута 210 (рис. 7). В результате подоб­ного радиоактивного превращения в ядре висмута стано­вится одним нейтроном меньше, но зато число протонов увеличивается на единицу. При этом получается ядро элемента полония. Дело происходит так, как если бы один

Из нейтронов в ядре пре­вратился в протон.

Утверждение о том, что из ядра висмута 210 вылетает электрон, может вызвать недоумение. Ведь в ядре электронов нет. Тем не менее здесь нет ника­кой ошибки. Дело в том, что нейтроны и протоны, из которых состоит ядро, могут при определённых условиях превращаться друг в друга. Превращение нейтрона в про­тон и приводит к появлению электрона:

О(нейтрон)1 -Ь +1 (протон)1+_1 (электрон)0 *).

*) Слева внизу указаны заряды частиц, справа вверху - их мас­совые числа. Масса электрона очень мала по сравнению с массами протона и нейтрона. Поэтому мы считаем её равной нулю в этой условной записи.

З В. А. Лсшкові"ев

Электроны, вылетающие из ядер висмута 210, актиния 227 и 228, протактиния 234 и других тяжёлых элементов, имеют скорости, сравнимые со скоростью света, которая равна 300 ООО километров в секунду. Поэтому они могут проходить сквозь слой металла толщиной в несколько миллиметров.

В некоторых случаях радиоактивные превращения со­провождаются появлением чрезвычайно проникающего излучения-так называемых гамма-лучей («гамма»- третья буква греческого алфавита). Гамма-лучи имеют такую же природу, как свет или радиоволны, но обладают значительно большей энергией. Это позволяет им прохо­дить сквозь толстые слои вещества.

Лучшими поглотителями гамма-лучей являются сви­нец и висмут, но и в них эти лучи проникают на глубину более 10 сантиметров.

Радиоактивный распад происходит не сразу со всеми атомами, а постепенно. Каждую секунду распадается только некоторая доля атомов. Закон, по которому умень­шается количество радиоактивного вещества, очень прост: от любого количества данного радиоактивного вещества половина остаётся через одинаковое время. Время, в тече­ние которого распадается половина имеющегося радио­активного вещества, называют периодом полурас­пада (т. е. распада наполовину).

Период полураспада висмута 210 равен 5 дням. За это время как от 10, так и от 100 граммов висмута останется половина: 5 или 50 граммов. Ещё через 5 дней оставшееся количество висмута снова уменьшится наполовину и бу­дет уже равно 2,5 или 25 граммам, и т. д.

Различные радиоактивные вещества имеют разные пе­риоды полураспада. Например, уран 238 распадается наполовину только за 4,5 миллиарда лет. Если бы он распадался значительно быстрее, его не сохранилось бы на Земле. Период полураспада радия равен 1590 лет, а полония 212 - всего лишь 3 десятимиллионных доли секунды.

Несмотря на столь быстрый распад полония 212, он до сих пор встречается в природе. Запасы его непрерывно по­полняются за счёт других элементов, распад которых при­водит к образованию полония 212. У миошх радиоактив­ных элементов ядра, остающиеся после распада, в свою очередь оказываются радиоактивными. Поэтому возни­

Кает целая цепочка радиоактивных элементов, последова­тельно переходящих друг в друга. Этот процесс продол­жается до тех пор, пока в результате очередного распада не появляется устойчивое нерадиоактивное ядро.

При радиоактивном распаде выделяется очень большая энергия, уносимая альфа - и бета-частицами и гамма-излу­чением. Энергия, выделяемая радиоактивными атомами, является атомной энергией. Она освобождается в результате процессов, которые происходят в атомных ядрах распадающихся элементов. Правда, у большинства радиоактивных веществ распад происходит крайне мед­ленно и поэтому энергия, освобождаемая, например, в те­чение часа, оказывается сравнительно небольшой. Так, один грамм радия выделяет в течение часа всего 140 ма­лых калорий теплоты. Таким количеством теплоты можно 140 граммов воды нагреть на 1° С. Но за это время распа­дается только 5 миллиардных долей грамма радия. Если же подсчитать всю теплоту, выделяемую при распаде одного грамма радия, то она составит около 3 ООО ООО ООО малых калорий. Таким количеством теплоты можно на­греть 30 тонн воды от 0° до кипения. Для получения та­кого же количества теплоты необходимо сжечь 375 кило­граммов самого высококачественного угля. И всё это даёт только один грамм радия! Однако эта энергия освобож­дается крайне медленно, за несколько тысяч лет, и потому её очень трудно использовать для практических целей.