3. Диаграмма свойств нуклидов

3. Диаграмма свойств нуклидов

В Периодической системе представлены сведения об элементах, организуя их в группы в соответствии с числом электронов, находящихся на каждой оболочке. Однако,  However, у каждого элемента может быть несколько изотопов, о которых необходимо иметь сведения. Для  того, чтобы получить сведения о свойствах изотопов всех элементов, используется диаграмма свойств нуклидов.

В диаграмме свойств нуклидов помещены все нуклиды, естественные и искусственно полученные, в соответствии с наличием числа протонов и нейтронов в ядре. Число нейтронов располагается вдоль оси x-ов (горизонтальной оси), а число протонов – вдоль оси y-ов (вертикальной оси).  В результате изотопы определенного элемента располагаются в диаграмме свойств нуклидов вдоль горизонтальной оси.

Полная диаграмма свойств нуклидов приведена, начиная со с. 18, в прилагаемом буклете ‘Нуклиды и изотопы’.  Посмотрите на нее сейчас.

Диаграмма свойств нуклидов содержит большое количество информации, часть которой не требуется, в общем, в работе по обеспечению радиационной безопасности. На данном этапе этого курса необходимы только основные функции диаграммы свойств нуклидов. Более детальная информация из диаграммы свойств нуклидов будет извлекаться при последующем изучении курса. Аннотированная диаграмма, расположенная на с. 16 буклета, описывает расположение и вид информации, которую можно найти в каждом из квадратиков, посвященных одному из нуклидов.

Основная информация, помещенная в диаграмме свойств нуклидов, включает в себя:

  • данные об отдельном элементе в начале каждой строки (аналогично информации, имеющейся в Периодической системе);
  • каждый нуклид определен с помощью его массового числа и символа;
  • содержание и/или период полураспада нуклида; и
  • главную и вторичные виды реакций (моды) распада, если нуклид является радиоактивным.

Содержание отдельного элемента определяется как процентное содержание изотопа по отношению к полному содержанию элемента в природе.

Период полураспада – это время, за которое половина атомов радионуклида претерпевает радиоактивный распад; так что, чем короче период полураспада, тем быстрее распадается радионуклид. Отсутствие периода полураспада означает отсутствие радиоактивного распада и стабильность нуклида. Как период полураспада, так и моды распада подробно обсуждаются в модуле 1.3 «Ионизирующее излучение и радиоактивный распад.

Стабильные нуклиды (те, которые не подвергаются радиоактивному распаду) и которые имеют очень большие периоды полураспада (больше половины миллиарда лет) в диаграмме свойств нуклидов в общем случае затенены серым цветом. Естественные радионуклиды отмечены черной полосой, выделяющей наименование изотопа.

Искусственные нуклиды создаются в ряде технологических процессов.  Они в общем случае нестабильны и претерпевают радиоактивный распад до стабильных нуклидов. Поскольку они не встречаются в природе, их содержание не указывается в диаграмме свойств нуклидов. Некоторые элементы, главным образом, имеющие высокие атомные номера, не встречаются в природе.

Основные понятия

  • Атомы являются строительными блоками материи.
  • Атомы построены из малых частиц, называемых протонами, электронами и нейтронами.
  • Протоны имеют массу, равную одной атомной единице массы, и электрический заряд, равный +1.
  • Нейтроны имеют массу, равную одной атомной единице массы и не обладают электрическим зарядом.
  • Масса электронов составляет 1/1820 атомной единицы массы и электрический заряд, равный -1.
  • В соответствии с моделью атома по Бору протоны и нейтроны образуют ядро атома, а электроны движутся по орбитам вокруг ядра и находятся в электронных оболочках.
  • Чтобы изменить орбиту электрона, необходимо атому сообщить энергию, либо высвободить ее.
  • Атомы с одинаковым числом протонов, называются элементами.
  • Химические свойства элемента определяются числом протонов, и, следовательно, числом электронов в атоме.
  • Атомное число (Z) определяется как число протонов в ядре атома.
  • Массовое число атома (A) определяется как суммарное число протонов и нейтронов в ядре атома.
  • Изотопы определяются как атомы элемента, имеющие одинаковое число нейтронов.
  • Термин «нуклид» является более общим термином, используемым для описания любого изотопа любого элемента.
  • Изотопы, испускающие излучение, называются радиоизотопами.
  • Нуклиды, испускающие излучение, называются радионуклидами.
  • Все изотопы отдельного элемента имеют одинаковые химические свойства, но могут иметь различные испускательные свойства.
  • Каждый атом имеет единственную комбинацию атомного номера и массового числа, и это в общем случае изображается в следующей стандартной форме:

  • Атомная структура нуклида может быть выведена из его обозначения и массового числа.
  • Ковалентная связь есть вид химической связи, при которой электроны распределяются как общие для атомов.
  • Ионная связь есть вид химической связи, образованной передачей электронов от одного атома другому и притяжением полученных в результате этого положительных и отрицательных ионов
  • Положительным ионом является атом, имеющий положительный заряд.
  • Отрицательным ионом является атом, имеющий отрицательный заряд.
  • Молекула представляет собой группу атомов, которые связаны химическими связями.
  • Неметалл определяется как элемент, который нуждается в приобретении электронов, чтобы стать химически стабильным.
  • Металлом является элемент который нуждается в утере электронов, чтобы стать химически стабильным.
  • Соль определяется как соединение металла и неметалла.
  • Атомы связываются между собой путем либо распределения электронов друг между другом, либо путем взаимной передачи электронов между атомами.
  • Поскольку электроны в атоме находятся в строго определенных электронных оболочках, элементы с одинаковым числом электронов на внешней оболочке проявляют одинаковые химические свойства.
  • В периодической системе все элементы расположены на основе наличия электронов и, следовательно, схожих химических свойств.
  • Диаграмма свойств нуклидов дает данные по всем нуклидам, как естественным, так и искусственно созданным, на основе числа протонов и нейтронов, содержащихся в ядре. Число нейтронов располагается вдоль оси x-ов (горизонтальной оси), а число протонов – вдоль оси y-ов (вертикальной оси).
  • Все изотопы отдельного элемента изображены на диаграмме свойств нуклидов в виде горизонтальной полосы.
  • Стабильные нуклиды (те, которые не претерпевают радиоактивный распад) и те, которые имют большие периоды полураспада (больше половины миллиарда лет) на диаграмме свойств нуклидов в общем случае затенены серым цветом.
  • Естественные радионуклиды, являющиеся радиоактивными, отмечены черной полосой, выделяющей наименование изотопа.

Приложение A

Структура электронных оболочек

Элемент Символ Общее числоэлектронов Число электронов в оболочке
K L M N
Водород H 1 1
Гелий He 2 2
Литий Li 3 2 1
Бериллий Be 4 2 2
Бор B 5 2 3
Углерод C 6 2 4
Азот N 7 2 5
Кислород O 8 2 6
Фтор F 9 2 7
Неон Ne 10 2 8
Натрий Na 11 2 8 1
Марганец Mg 12 2 8 2
Алюминий Al 13 2 8 3
Кремний Si 14 2 8 4
Фосфор P 15 2 8 5
Сера S 16 2 8 6
Хлор Cl 17 2 8 7
Аргон Ar 18 2 8 8
Калий K 19 2 8 8 1
Кальций Ca 20 2 8 8 2


Приложение B

Элементы и их обозначения

Наименование Обозначение Наименование Обозначение
АктинийАлюминий

Америций

Сурьма

Аргон

Мышьяк

Астат

Барий

Берклий

Бериллий

Висмут

Бор

Бром

Кадмий

Цезий

Кальций

Калифорний

Углерод

Церий

Хлор

Хром

Кобальт

Медь

Кюрий

Диспрозий

Эйнштейний

Эрбий

Европий

Фермий

Фтор

Франций

Гадолиний

Галлий

Германий

AcAl

Am

Sb

Ar

As

At

Ba

Bk

Be

Bi

B

Br

Cd

Cs

Ca

Cf

C

Ce

Cl

Cr

Co

Cu

Cm

Dy

E

Er

Eu

Fm

F

Fr

Gd

Ga

Ge

ЗолотоГафний

Гафний

Гелий

Гольмий

Водород

Индий

Йод

Иридий

Железо

Курчатовий

Криптон

Лантан

Лоуренсий

Свинец

Литий

Лютеций

Магний

Марганец

Менделеевий

Ртуть

Молибден

Неодим

Неон

Нептуний

Никель

Ниобий (колумбий)

Азот

Нобелий

Осмий

Кислород

Палладий

Фосфор

Платина

AuHf

Ha

He

Ho

H

Im

I

Ir

Fe

Ku

Kr

La

Lw

Pb

Li

Lu

Mg

Mn

Mv

Hg

Mo

Nd

Ne

Np

Ni

Nb

N

No

Os

O

Pd

P

Pt

Приложение B
Наименование Обозначение Наименование Обозначение
ПлутонийПолоний

Калий

Празеодим

Прометий

Протактиний

Радий

Радон

Рений

Родий

Рубидий

Рутений

Самарий

Скандий

Селен

Кремний

Серебро

Натрий

Стронций

PuPo

K

Pr

Pm

Pa

Ra

Rn

Re

Rh

Rb

Ru

Sm, Sa

Sc

Se

Si

Ag

Na

Sr

СераТантал

Технеций

Теллур

Тербий

Таллий

Торий

Тулий

Олово

Титан

Вольфрам

Уран

Ванадий

Ксенон

Иттербий

Иттрий

Цинк

Цирконий

STa

Tc

Te

Tb

Tl

Th

Tm

Sn

Ti

W

U

V

Xe

Yb

Y

Zn

Zr


Приложение C

Свойства элементов

Элемент Обозна­чение Атомный номерZ Число нейтр­онов*N Массовое число*A
Водород H 1 0 1
Гелий He 2 2 4
Литий Li 3 4 7
Бериллий Be 4 5 9
Бор B 5 6 11
Углерод C 6 6 12
Азот N 7 7 14
Кислород O 8 8 16
Фтор F 9 10 19
Неон Ne 10 10 20
Натрий Na 11 12 23
Марганец Mg 12 12 24
Алюминий Al 13 14 27
Кремний Si 14 14 28
Фосфор P 15 16 31
Сера S 16 16 32
Хлор Cl 17 18 35
Аргон Ar 18 22 40
Калий K 19 20 39
Кальций Ca 20 20 40

* Для наиболее часто встречающегося стабильного атома.

Глоссарий

Содержание Отношение количества данного изотопа ко всему количеству изотопов, встречающихся в природе в процентах.
Атом Строительный блок материи
Атомная единица массы Определяется как 1/12 массы углерода-12 (12C) and и составляет около 1,66 X 10-24 г.
Атомное число (Z) Число протонов в ядре атома.
Изотопы Атомы отдельного элемента, которые имеют одинаковое число нейтронов
Ионная связь Тип химической связи, образованной электронами, переданными от одного атома к другому, и приводящей к взаимодействию положительных и отрицательных ионов.
Ковалентная связь Вид связи, при которой электроны распределяются между атомами.
Массовое число (A) Общее число протонов и нейтронов в ядре атома
Металл Элемент, которому нужно освободиться от электронов, чтобы стать химически стабильным.
Молекула Группа атомов, объединенных химической связью.
Нейтрон Незаряженная частица в ядре атома,
Неметалл Элемент, которому нужно приобрести электроны, чтобы стать химически стабильным.
Нуклид Общий термин, относящийся к некоторому изотопу элемента.
Оболочка Совокупность электронов, имеющих одинаковые или близкие значения энергии в атоме
Орбита Траектория движения электронов в атоме.
Отрицательный ион Отрицательно заряженный атом.
Период полураспада Время, необходимое для того, чтобы половина атомов радионуклида претерпела радиоактивный распад.
Периодическая система Группирование элементов по правилам заполнения электронных оболочек.
Плотность Масса вещества, деленная на его объем.
Положительный ион Положительно заряженный атом.
Протон Положительно заряженная частица, находящаяся в ядре атома.
Радиоактивный распад Изменение, которое происходит в ядре атома, чтобы сделать его более стабильным.
Радиоизотоп Изотоп, испускающий излучение
Радионуклид Нуклид, испускающий излучение
Соль Соединение металла и неметалла.
Температура плавления Температура, при которой твердое тело превращается в жидкость.
Точка кипения Температура, при которой жидкость превращается в пар.
Химическая связь Способ, которым соединяются атомы.
Химический символ Буква(буквы), используемые для обозначения отдельного элемента
Число нейтронов (N) Число нейтронов, находящихся в ядре атома.
Электрон Отрицательно заряженная частица, движущаяся вокруг ядра атома.
Элемент Вещество, в котором все атомы имеют одинаковое число протонов.
Ядро Положительно заряженный центр атома; состоит из протонов и нейтронов