资源简介

在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。
新课导入
第2节 放射性元素的衰变
天然放射现象中原子核自发地放出 α 射线或 β 射线，这样由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，就变成另一种原子核。 我们把这种变化称为原子核的衰变。
原子核自发地放出 α粒子或 β粒子而转变为新核的现象。
1、衰变：
学习任务一
学习任务一 原子核的衰变
⑴α衰变
????????????????????????→????????????????????????????+????????????????
?
2、衰变的种类
原子核自发放出α粒子而转变为新核的过程叫α衰变。
原子核放出一个α 粒子（ ），质量数减少4，电荷数减少2，就成了一个新原子核的过程 。
????????????????
?
比如铀238核放出一个α 粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，就变成了钍234核。
在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
衰变方程：
在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移还是向后移？要移动几位？你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？
α衰变的一般方程：
????????????→??????????????????????+????????????????
?
在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
发生一次α衰变，困为原子序数减小2，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移2位。
α衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。
⑵β衰变
2、衰变的种类
原子核自发放出β粒子而转变为新核的过程叫β衰变。
原子核放出一个β 粒子（ ），质量数不变，电荷数增加1，就成了一个新原子核的过程 。
?????????????
?
????????????????????????????→????????????????????????????+?????????????
?
比如 发生α衰变后产生的 也具有放射性，它放出一个β 粒子后质量数没有改变，但电荷数增加了1 ，就变成镤 。
????????????????????????????
?
????????????????????????
?
????????????????????????
?
发生β衰变时，除了产生电子 外，还产生反电子中微子 。由于 的质量数和电荷数都是0，所以在中学教科书中一般都不写出。
?????????????
?
????????
?
????????
?
“电荷数之和”指代数和，因为发生β衰变时，电子的电荷数是－1。
在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
????????????→????+????????????+?????????????
?
β衰变的一般方程：
β衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。
研究发现， β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。
????????????→????????????+?????????????
?
β衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
发生一次β衰变，困为原子序数增加1，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向后移1位。
β衰变的本质
放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
事实表明，两个中子和两个质子能十分紧密地结合在一起，因此，在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，即发生了α衰变。
原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此，也存在着能级，同样是能级越低越稳定。
当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。
α衰变的本质
????????????????+????????????????→????????????????
?
γ衰变的本质
α、β、γ三种射线同时出现
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
化学方程式
核反应方程式
联系
区别
电荷、质量守恒
电荷数、质量数守恒
用符号
用箭头
原子核
能量
质量亏损
光
这种光叫伽马射线：γ
放出粒子的不同
放出ɑ粒子和γ射线：ɑ衰变
放出β粒子和γ射线：β衰变
（氦核 ）
（电子 ）
说明：1.中间用单箭头，不用等号；2.是质量数守恒，不是质量守恒; 3.方程及生成物要以实验为基础,不能杜撰。
注意：质量数守恒指衰变前后核子的总数不变，并不是质量不变！
3.衰变的区别
例1 1964年10月16日,中国第一枚原子弹试爆成功,如图.该原子弹核反应物的主要成分是92235U.天然92235U是不稳定的,它通过若干次α衰变和β衰变最终成为稳定的元素82207Pb,则此过程α衰变和β衰变的次数分别为 (　)
A.7、4
B.5、8
C.12、14
D.14、46
?
学习任务一
A
学习任务一
[解析]发生一次α衰变,原子核释放出两个质子和两个中子,形成新的元素,衰变方程为?????????X→?????2?????4Y+24He,发生一次β衰变,原子核内的一个中子变成一个质子和一个电子,形成新的元素,衰变方程为?????????X→　?????+1????Y+　0-1e,可以看出,发生一次α衰变,新元素质量数减少4,核电荷数减少2,发生一次β衰变,新元素质量数不变,核电荷数增加1,假设92235U发生x次α衰变,发生y次β衰变,最终得到82207Pb,所以可得出235-4x=207、92-2x+y=82,联立解得x=7,y=4,故选A.
?
变式1 (多选)[2022·河北邯郸一中月考] A、B两种放射性元素,原来都静止在同一匀强磁场中,磁场方向如图所示,其中一个放出α粒子,另一个放出β粒子,α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直,图中a、b、c、d表示α粒子、β粒子以及两个新原子核的运动轨迹,则( 　)
A.甲图为α衰变的轨迹图,乙图为β衰变的轨迹图
B.甲图为β衰变的轨迹图,乙图为α衰变的轨迹图
C.b为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹
D.a为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹
学习任务一
AC
[解析] 原来静止的核在放出粒子的过程中总动量守恒,所以粒子和新原子核的速度方向一定相反,且新原子核和粒子的动量大小相等,由左手定则判断可知α衰变的轨迹为外切圆,β衰变的轨迹为内切圆,所以A正确,B错误;
由r=????????????????可得,动量一定时,电荷量小的半径大,所以b为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹,则C正确,D错误.
?
【要点总结】
学习任务一
1.对α衰变和β衰变的理解
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
ZAX→Z?2A?4Y+24He
?ZAX→Z+1AY+?10e
衰变实质
　2个质子和2个中子结合成氦核
　211H+201n→24He
1个中子转化为1个质子和1个电子
　01n→11H+?10e
典型方程
92238U→90234Th+24He
?90234Th→91234Pa+?10e
匀强磁场中的轨迹形状
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
衰变实质
典型方程
匀强磁场中的轨迹形状
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
学习任务一
2.确定原子核衰变次数的方法与技巧
(1)方法:设放射性原子核????????X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新原子核????′????′Y,则衰变方程为????????X→?????′????′Y+????24He+?????10e,根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m,联立解得n=?????????′4,m=?????????′2+Z'-Z.由此可见,确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.
(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定β衰变的次数.
?
11.4
7.6
3.8
1/2
1/4
1/8
m/m0
t /天
0
1.半衰期（????）：
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
氡的衰变
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
m/m0
t /天
3.8
1/2
2×3.8
1/4
3×3.8
1/8
1/16
4×3.8
…
…
若放射性元素原来的质量为m0 、原子数为N0；剩余的质量m，剩余的原子数为N，半衰期为????，半衰期个数为n，经过时间t，则：
⑴元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。不同元素半衰期不同。
⑵半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。
学习任务二 半衰期
学习任务二
例2 [2023·浙江1月选考] 宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应:714N+01n→614C+11H,产生的614C能自发进行β衰变,其半衰期为5730年,利用碳14的衰变规律可推断古木的年代.下列说法正确的是 (　)
A.614C发生β衰变的产物是715N
B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应,引起614C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的611C含量为活体植物的14,则该古木距今约为11 460年
?
学习任务二
D
学习任务二
[解析]根据衰变过程中的质量数、电荷数守恒规律可知,发生β衰变后质量数不变,电荷数增加1,即产生　714N,选项A错误;
原子核衰变的电子由原子核内部的中子产生,选项B错误;
半衰期不受外界因素干扰,所以不会因为温室效应改变,选项C错误;
若测得一古木样品的614C含量为活体植物的14,说明经过了2个半衰期,因此大约距今时间为5730×2=11 460年,选项D正确.
?
变式2 [2023·黄冈中学月考] 幽门螺杆菌在胃中产生的尿素酶,可将服用的碳14标记的尿素分解为氨和碳 14 标记的CO2.通过分析呼气中标记的CO2 的含量即可判断胃中幽门螺杆菌的存在.已知?614C半衰期为5730 年,则 (　)
A.改变胃部压强可以改变?614C衰变快慢
B.含 ?614C的化合物比单质?614C衰变可能慢些
C.改变胃部温度不能改变?614C衰变快慢
D.20 个?614C经过 5730 年有10个发生衰变
?
学习任务二
C
[解析]半衰期不受环境、压强、所处状态、存在形式等因素影响,由元素本身决定,A、B错误,C正确;
半衰期是大量原子核的统计规律,对少量原子核的衰变不适用,D错误.
【要点总结】
学习任务二
对半衰期规律的理解
半衰期
定义
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
衰变
规律
N余=N原12tτ,m余=m原12tτ
式中N原、m原分别表示衰变前的原子核数和质量,N余、m余分别表示衰变后的尚未发生衰变的原子核数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期
影响
因素
由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的外部条件、化学状态无关
半衰期规律是对大量原子核衰变行为作出的统计结果,可以对大量原子核衰变行为进行预测,而单个特定原子核的衰变行为不可预测
半衰期
定义
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
衰变
规律
影响
因素
由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的外部条件、化学状态无关
半衰期规律是对大量原子核衰变行为作出的统计结果,可以对大量原子核衰变行为进行预测,而单个特定原子核的衰变行为不可预测
1.定义：
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
2.原子核人工转变的三大发现
⑴1919 年，卢瑟福发现质子的核反应。
⑵1932 年查德威克发现中子的核反应。
⑶1934 年约里奥 — 居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。
在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。
I·约里奥·居里，1900～1958
F·约里奥·居里，1897～1956
法国科学家。是P·居里和M·居里的女儿和女婿.由于发现人工放射性而获得1935年诺贝尔化学奖.
学习任务三 核反应与核反应方程
学习任务三
例3 (多选)[2023·学军中学月考] 卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变,核反应方程为?714N+24He→817O+11H,下列说法中正确的是( 　)
A.通过此实验发现了质子
B.实验中利用了放射源放出的γ射线
C.实验中利用了放射源放出的α射线
D.原子核在人工转变中,电荷数可能不守恒
?
学习任务三
[解析]卢瑟福用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变,并发现了质子,故A、C正确,B错误;
在核反应中,质量数和电荷数一定守恒,故D错误.
AC
【要点总结】
1.核反应的实质:用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使核发生了转变.
2.核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中,一般会发生质量的变化.
学习任务三
学习任务三
3.原子核的衰变和人工转变
类型
可控性
核反应方程典例
α衰变
自发
92238U→90234Th+24He
β衰变
自发
90234Th→91234Pa+?10e
人工转变
人工控制
714N+24He→817O+11H(卢瑟福发现质子)
49Be+24He→612C+01n(查德威克发现中子)
?1327Al+24He→1530P+01n(约里奥·居里夫妇
发现放射性同位素)
类型
可控性
核反应方程典例
α衰变
自发
β衰变
自发
人工转变
人工控制
学习任务三
4.核反应方程的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号:质子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(?10e)、正电子(10e)、氘核(12H)、氚核(13H)等.
(2)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒.
(3)由于核反应不可逆,所以书写核反应方程时只能用“→”表示反应方向.
?
[教材链接]阅读教材“放射性同位素及其应用”“辐射与安全”相关内容,完成下列
填空:
(1)放射性同位素:有些同位素具有　　　　　,叫作放射性同位素.?
(2)放射性同位素的应用:①应用它的　　　　,②作　　　　　　.?
(3)辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境之中,　　　　的射线对人体组织有破坏作用.
要防止　　　　　　　对水源、空气、用具等的污染.?
学习任务四 放射性同位素及其应用　辐射与安全
学习任务四
放射性物质
放射性　
射线　
示踪原子　
过量　
学习任务四
例4 基因测序是一种新型基因检测技术,能够从血液或唾液中分析测定基因全序列,预测罹患多种疾病的可能性,提前预防和治疗.基因测序采用放射性同位素为标记,让基因序列自动显影.下列关于放射性同位素及射线的应用说法正确的是 (　)
A.α射线可以用来测量钢板的厚度
B.射线能够治疗癌症是因为癌细胞在射线照射下破坏得比健康细胞慢
C.天然放射性同位素比人工放射性同位素半衰期短
D.利用γ射线照射种子,会使种子的遗传基因发生变异,可培育出优良品种
D
学习任务四
[解析] α射线穿透能力弱,故不能用来测量钢板厚度,A错误;
射线照射患处杀死癌细胞是治疗癌症的一种方法,癌细胞在射线照射下破坏得比健康细胞快,故B错误;
天然放射性同位素比人工放射性同位素半衰期长,故C错误;
利用γ射线照射种子,会使种子的遗传基因发生变异,可以培育出新的优良品种,故D正确.
课堂小结
放射性同位素及其应用
核反应
辐射与安全
原子核的衰变
⑵衰变原则：
质量数守恒，电荷数守恒。
⑴原子核的衰变
?衰变:
β衰变:
γ射线:伴随?射线或?射线产生
半衰期
⑶三种衰变
ZAX→Z+1AY+?10e
?
ZAX→Z?2A?4Y+24He
?
放射性元素的衰变
课后习题
1.β射线是高速电子流。原子核中没有电子，为什么有些放射性元素的原子核会放出β粒子？写出下列各放射性元素的β衰变方程。（1）Bi (244)（铋核）。（2）Po (210)（钋核）。
课后习题
2.写出Th (234)（钍核）与Cu (66)（铜核）两种放射性元素的α衰变方程。U (238)（铀核）衰变为Rn(222)（氡核）要经过几次α衰变，几次β衰变？
课后习题
3.已知钍234的半衰期是24d，1g钍234经过120d后还剩多少？若已知铋210的半衰期是5d，经过多少天后，20g铋210还剩1.25g？
课后习题
4.原子核的人工转变与放射性元素的衰变有什么区别？
4.原子核的人工转变是指核在其他粒子的轰击下变成新核的过程。而放射性元素的衰变是指核自动转化成新核的变化过程。
课后习题
5.写出下列原子核人工转变的核反应方程。 （1）Na(23)（钠核）俘获1个α粒子后放出1个质子。 （2）Al(27)（铝核）俘获1个α粒子后放出1个中子。 （3）O(16)（氧核）俘获1个中子后放出1个质子。 （4）Si(30)（硅核）俘获1个质子后放出1个中子。
课后习题
6.完成下列核反应方程。 （1）F(19)＋He(4)→H(1)＋（ ）。 （2）B (11)＋（ ）→n (1)＋N(14)。 （3）N(14)＋n (1)→（ ）＋H(1)。
课后习题
7.存在射线危险的地方，常能看到如图5.2-9所示的标志。你在什么地方见过这个标志？为了保护人身安全，在有这样的标志的场所，应该注意什么？

7.在医院的放射室看见过这个标志。一般情况要远离该标志下所处的环境，特殊情况下要在医生指导下进出这些场所。

展开更多......

收起↑