Izotopy promieniotwórcze są to nietrwałe izotopy, których jądra atomów są niestabilneniestabilne izotopyniestabilne i ulegają samorzutnym przemianom promieniotwórczympromieniotwórczośćpromieniotwórczym. Jądro atomu pierwiastka chemicznego jest trwałe, jeśli siły przyciągania między nukleonami (protonami i neutronami) są większe od siły odpychania między protonami.

R1Ma9LflhdDHl1

Ilustracja przedstawia protony (czerwone kulki) oraz neutrony (szare kulki). To jądro atomowe. W centrum jądra leży neutron, w jego środku są wektory rozchodzące się promieniście i skierowane na zewnątrz. Wokół neutronu położone są protony i neutrony. Znajdują się w nich wektory skierowane do środka jądra, czyli do centralnie położonego neutronu. Protony są czerwonymi kulkami, neutrony szarymi.

Pierwiastkami promieniotwórczymipierwiastek promieniotwórczyPierwiastkami promieniotwórczymi nazywano pierwiastki, których jądra rozpadają się, samorzutnie emitując przy tym promieniowanie. Te promienie, czyli inaczej mówiąc strumień pewnych fal elektromagnetycznych i cząstek, to nic innego jak właśnie promieniowanie jądrowepromieniowanie jądrowepromieniowanie jądrowe. Nietrwałe jądro atomowe ulega przemianom do czasu, aż powstanie trwałe jądro atomowe. Promieniowanie jądrowe jest niewidoczne dla ludzkiego oka, jednak można je zmierzyć przy pomocy dozymetru. Po przekroczeniu pewnej dawki może mieć ono szkodliwy wpływ na organizmy żywe.

Międzynarodowy symbol oznaczenia substancji promieniotwórczych został przedstawiony poniżej:

RsXhKsYNLLRWu1

Na ilustracji znajduje się koło, w środku którego jest znak imitujący kształtem trójlistną koniczynę. Czarny znak znajduje się na żółtym tle w kole.

Wyróżnia się dwa rodzaje promieniotwórczości: naturalnąpromieniotwórczość naturalnanaturalną oraz sztucznąpromieniotwórczość sztucznasztuczną. Promieniotwórczość sztuczna, czyli wymuszona, dotyczy izotopów, które nie występują naturalnie w środowisku. Takie nuklidy muszą zostać wytworzone przez człowieka. Naturalne rozpady promieniotwórcze to te, które zachodzą w przyrodzie samorzutnie i bez ingerencji człowieka.

Rf7ZrQd09h5eb

Zdjęcie przedstawia znak ostrzegający przed substancjami promieniotwórczymi. Znak jest namalowany czerwoną farbą na żółtym tle trójkąta. Został wykonany z blachy i umieszczony na pręcie wbitym do ziemi. Obok znaku widać dłoń trzymającą niewielkie prostokątne urządzenie - dozymetr. Na wyświetlaczu dozymetru jest wartość 0,43. W tle jest trawa i drzewo.

Do trwałych należą jądra izotopów o określonym stosunku liczby neutronów do liczby protonów. Jądra, które zawierają parzystą liczbę protonów oraz neutronów są trwalsze od jąder o innym składzie nukleonów. Dla pierwiastków występujących na Ziemi można zaobserwować, że wraz ze wzrostem liczby atomowej stopniowo wzrasta przewaga liczby neutronów nad liczbą protonów w jądrach atomów. Źródłem promieniotwórczości są jądra atomów. Aby to było zrozumiałe, należy wziąć pod uwagę ładunki elektryczne nukleonów w jądrze. Protony są dodatnio naładowane i wzajemnie się odpychają, natomiast pomiędzy neutronami nie występuje taki typ odpychania. Neutrony są niezbędne, aby zrównoważyć siły elektrostatycznego odpychania protonów. Stanowią „łącznik” dla składników jądra atomowego, utrzymują zawartość jądra bez zwiększania odpychania. Jest to oddziaływanie silne, krótkiego zasięgu. Jeśli jądro zawiera dużą ilość protonów, potrzebuje również dużej liczby neutronów, aby możliwe było utrzymanie ich ze sobą. Począwszy od pierwiastka z liczbą atomową równą 83, czyli bizmutu, do końca układu okresowego wszystkie izotopy kolejnych pierwiastków są nietrwałe, a więc promieniotwórcze. Na poniższym wykresie przedstawiono zależność liczby neutronów (zawartych w jądrach trwałych izotopów występujących na Ziemi) od liczby protonów.

R1KExRkJHKQTZ

Na wykresie przedstawiono zależność Z - liczby protonów od N - liczby neutronów. Pomiędzy osią X i Y poprowadzona jest linia na skos nachylona pod kątem 45 stopni w stosunku do osi X. Kiedy liczba protonów jest równa liczbie neutronów punkty odpowiadające trwałości jądra atomowego układają się wzdłuż linii prostej. Im większa jest liczba atomowa, tym punkty punkty sprawiają wrażenie położonych chaotycznie. Znajdują się pod linią wyznaczoną na początku wykresu. Dodatkowo dla izotopów o liczbie protonów mniejszej od 30, stosunek liczby neutronów do liczby protonów w jądrze atomu wynosi 1 lub nieznacznie więcej, a zatem atom powinien być trwały.

Na podstawie wykresu można zauważyć, że początkowo, kiedy liczba protonów (Z) jest równa liczbie neutronów (N), punkty odpowiadające trwałości jądra atomowego układają się wzdłuż linii prostej. Jednak im większa jest liczba atomowa, tym punkty układają się coraz bardziej chaotycznie, poniżej linii, która została wyznaczona na początku. Ponadto, dla izotopów o Z mniejszym od 30, stosunek liczby neutronów do liczby protonów w jądrze atomu jest równy jeden lub nieznacznie więcej, a zatem atom powinien być trwały. Po przekroczeniu pewnego progu izotop zaczyna być nietrwały. Im większa liczba protonów, tym więcej neutronów jest potrzebnych do stabilizacji nuklidu. Jednak te o większych wartościach Z wymagają jeszcze większej liczby neutronów, N> Z, aby były stabilne. Rozpad promieniotwórczy jest spowodowany tym, że siły elektrostatycznego odpychania dodatnio naładowanych protonów przewyższają siły wzajemnego przyciągania wszystkich nukleonów.

Dla przykładu dla izotopów węgla wygląda to następująco:

Jak można zauważyć, węgiel posiada dwa trwałe izotopy, których stosunek $\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{Z}}$ jest równy jeden lub bliski jedności oraz jeden izotop promieniotwórczy, w którym stosunek liczby neutronów do liczby protonów w jądrze odbiega od jedności (stosunek $\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{Z}}$ wynosi 1,33).

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy Chemii Nieorganicznej, Warszawa 2010.

Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy ósmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.

Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.

Łasiński D., Sporny Ł., Strutyńska D., Wróblewski P., Podręcznik dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Mac edukacja 2020.

Penkala T., Podstawy chemii ogólnej, Warszawa 1982.

Sobkowski J., Jelińska–Kazimierczuk M., Chemia jądrowa, Warszawa 2006.

Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, Warszawa 1978.