西北大学 无机化学与化学分析 chapter 18

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1、西北大学精品课程·重点课程·学科核心课程----无机化学与化学分析第18章核化学简介Chapter18IntroductiontoNuclearChemistry教学要求1．了解有关放射性核素和放射性衰变的概念；2．会正确书写核化学方程式；3．了解放射性碳-14测定年代法；4．了解核能和核能利用的基本概念；5．简单了解人工核反应和超铀元素合成的基本内容。课时分配（4学时）1.放射性核素和放射性衰变:（2学时）放射性衰变和放射系核化学方程、半衰期和放射性活度放射性碳-14纪年2.核能和核能利用:（1学时）核素的平均

2、结合能核裂变核聚变3.人工核反应和超铀元素的合成:（1学时）人工核反应超铀元素的合成前言前面各章的注意力集中在单质及其化合物的性质、结构和化学反应上，核外电子往往起着支配作用。本章简要介绍核化学(nuclearchemistry),它是研究核反应及其在化学中的应用的科学。与以前各章的化学反应不同，核反应只涉及原子核的变化。核化学与人类关系密切。放射性同位素在医学上广泛用作诊断工具和治疗手段，特别是治疗癌症。作为示踪原子，它们被用来研究化合物的结构和化学反应机理，研究生物器官的功能。放射性同位素还被用来测定重要历史

3、遗物的年代。核能的利用曾经开创了一个时代,既能制造破坏力极大的核武器，也能用于发电等和平目的。18.1放射性核素和放射性衰变西北大学精品课程·重点课程·学科核心课程----无机化学与化学分析核子(nucleon)是组成原子核的粒子,质子和中子都是核子;核素(nuclide)则指确A定数目的质子和中子结合而成的原子核。核素的化学符号为ZE。迄今已知的核素共有2000多种，大多数为不稳定核素,即放射性核素。18.1.1放射性衰变和放射系核素自发发射射线的性质叫作放射性(radioactivity)，放射性衰变(rad

4、ioactivedecay)是一种过程,在这种过程中,原来的核素(母体)或者变为另一种核素(子体),或者进入另一种能量状态。根据发射出射线的性质可将最常见的衰变方式分为α衰变、β衰变和γ衰变三大类。α衰变是指放射性核发射α粒子衰变为另一种核的过程。例如：2262224488Ra86Rn+2α(2He)α粒子是He的原子核，α衰变中，子体的核电荷和质量数比母体分别减少2和4。核电荷数减少2意味着子核在元素周期表中的位置左移2格,这叫作α衰变的位移定则。β衰变是指放射性核发射电子变为另一种核的过程。β射线是由原子核发

5、射出来的高00速电子流，在核化学方程式中，将β粒子表示为-1e或-1β。例如：210210083Bi84Po+-1eβ衰变中，子体的核电荷数比母体增加1，而质量数不变。β衰变的位移定则是，子核在元素周期表中的位置右移1格。一次β衰变相当于将1个中子转化为质子：1100n1p+-1e需要指出的是，电子并不是组成原子核的一种核子！打个比方，两块金属撞击时放出火花，您却不能认为金属中含有火花。γ衰变是指激发态原子核发射γ射线的过程。γ射线由高能光子组成，或者说它是波长很短的电磁波(参见图1.2),在核化学方程式中表示为

6、γ。γ衰变过程中，原子核的质量数和60*60电荷数均不变，改变的只是能量的状态。例如,激发态Co衰变为低能态(或基态)Co的过程：60*6027Co27Co+γ由于α衰变和β衰变过程中原子核处于激发态，因而往往伴随发射γ射线。如果没有特殊西北大学精品课程·重点课程·学科核心课程----无机化学与化学分析226210需要,核化学方程式中不表示出γ射线，上述88Ra和83Bi发生衰变的方程都作了这种省略。辐射造成的生物效应迄今在自然界存在的放射性核素大多具有多代母子体衰变关系。母体放射性核素经多代子体放射性核素最后衰

7、变生成稳定核素，这一过程中发生的一系列核反应被称之为放射系(radioactiveseries)。已知存在着三个天然放射系，根据不同的母体分别叫作铀系、钍系和锕系。铀系的母体为铀-238，最终形成稳定核素铅-206。放射系(radioactiveseries)铀钍锕18.1.2核化学方程、半衰期和放射性活度1.核化学方程式核化学方程用于表示各种核变化过程。与化学反应方程式不同，核素的符号之后不需表明状态。书写核化学方程式需要遵守两条规则：(a)方西北大学精品课程·重点课程·学科核心课程----无机化学与化学分析程

8、式两端的质量数之和相等；(b)方程式两端的原子序数之和相等。您可以用两条规则检查本教材中所有的核化学方程式。2.半衰期原则上讲,我们应该能够从自然界得到三个天然放射系中的所有核素,但事实并非如此。这是因为不同核素发生衰变的速率不同。有些放射性核素(例如铀-238)衰变速率很慢，尽管是不稳定核素，仍然能够存在于自然界；有些放射性核素则在以秒计(或短于秒)的时间内完全衰变为它