Chapter 19: Radioactivity and Nuclear Chemistry

Back to chapter

19.2:

Soorten Radioactiviteit

JoVE Core
Química

É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.

JoVE Core Química

Types of Radioactivity

Próximo Vídeo
19.3: Nuclear Stability

Idiomas

COMPARTILHAR

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Radionucliden vallen uiteen in dochternucliden samen met de emissie van deeltjes of elektromagnetische straling. De fundamentele nucleaire emissies omvatten alfadeeltjes, bètadeeltjes, positronen, neutronen, gammastralen en röntgenstralen. Een alfadeeltje is samengesteld uit twee protonen en twee neutronen en lijkt op de helium-4-kern.Elk van deze deeltjes heeft een lading van twee plus. Alfa-verval vermindert het atoomnummer met twee en het massagetal met vier, zoals de omzetting van polonium-210 in lood-206. Bèta min verval is een emissie van hoogenergetische elektronen uit de kern door omzetting van een neutron in een proton.De dochternuclide heeft een extra proton en het atoomnummer is één groter dan dat van de oudernuclide. Tijdens het proces neemt het aantal neutronen met één af;het aantal protonen neemt echter met één toe. Het massagetal blijft dus ongewijzigd.Bèta plus verval is de omzetting van een proton in een neutron, waarbij een positief geladen deeltje uit de kern komt. Dit deeltje heeft dezelfde massa als een elektron, waardoor het een antideeltje van het elektron is, en wordt een positron genoemd. De uitgezonden positron vermindert het atoomnummer van een dochternuclide met één.Het positron is van korte duur omdat het snel botst met een elektron en beide deeltjes worden vernietigd. Hun energie wordt vrijgegeven als twee 511 keV gammastralen. Emissie van gammastraling vindt ook plaats wanneer een aangeslagen dochternuclide vervalt tot zijn nucleaire grondtoestand.Dus bèta min verval van kobalt-60 produceert een geëxciteerde toestand nikkel-60, die twee gammastralen uitzendt terwijl het naar de nucleaire grondtoestand valt. Het massagetal en het atoomnummer veranderen niet tijdens gamma-verval. De emissie van gammastraling vindt plaats in combinatie met andere nucleaire vervalreacties.Neutronenemissie is het uitwerpen van een neutron uit de kern. Het kan spontaan gebeuren, zoals het verval van beryllium-13 tot beryllium-12, of als reactie op bombardementen door gammastralen of deeltjes. Het atoomnummer blijft tijdens dit proces ongewijzigd, terwijl het massagetal met één afneemt.De omzetting van kalium-40 in argon-40 is een voorbeeld van de emissie van energie als gevolg van elektronenvangst. De kaliumkern vangt een binnenste elektron in het atoom op, en een proton wordt omgezet in een neutron. Een buitenste elektron zakt naar het binnenste niveau om de leegte te vullen, gekenmerkt door een emissie van röntgenstralen met een energie die overeenkomt met de overgang.Het penetratievermogen van alfadeeltjes, de meest massieve kerndeeltjes, is erg laag, terwijl gammastraling door de meeste materialen gaat. Neutronen en bètadeeltjes kunnen effectief worden geblokkeerd door relatief lichtgewicht materialen.

19.2:

Soorten Radioactiviteit

The most common types of radioactivity are α decay, β decay, γ decay, neutron emission, and electron capture.

Alpha (α) decay is the emission of an α particle from the nucleus. For example, polonium-210 undergoes α decay:

Alpha decay occurs primarily in heavy nuclei (A > 200, Z > 83). Loss of an α particle gives a daughter nuclide with a mass number four units smaller and an atomic number two units smaller than those of the parent nuclide.

Beta (β) decay is the emission of an electron or positron from a nucleus. Iodine-131 is an example of a nuclide that undergoes β⁻ decay:

The electron emitted is from the atomic nucleus and is not one of the electrons surrounding the nucleus. Emission of an electron does not change the mass number of the nuclide but does increase the number of its protons and decrease the number of its neutrons. An antineutrino () is also emitted owing to conservation of energy.

Oxygen-15 is an example of a nuclide that undergoes positron emission, or β⁺ decay:

Positron decay is the conversion of a proton into a neutron with the emission of a positron. A neutrino (ν_e) is also emitted owing to conservation of energy.

Gamma emission (γ emission) is observed when a nuclide is formed in an excited state and then decays to its ground state with the emission of a γ ray, a quantum of high-energy electromagnetic radiation. The presence of a nucleus in an excited state is often indicated by an asterisk (*). Cobalt-60 emits γ radiation and is used in many applications, including cancer treatment:

There is no change in mass number or atomic number during the emission of a γ ray. However, γ emission may accompany one of the other modes of decay that would result in a change in mass number or atomic number.

Neutron emission is the ejection of a neutron from the nucleus. It can happen spontaneously, like the decay of beryllium-13 to beryllium-12, or in response to bombardment by gamma rays or particles. The atomic number remains unchanged during this process, whereas the mass number decreases by 1.

Electron capture occurs when one of the inner electrons in an atom is captured by the atom’s nucleus. For example, potassium-40 undergoes electron capture:

Electron capture occurs when an inner-shell electron combines with a proton and is converted into a neutron. The loss of an inner-shell electron leaves a vacancy that will be filled by one of the outer electrons. As the outer electron drops into the vacancy, it will emit energy. In most cases, the energy emitted will be in the form of an X-ray. Electron capture has the same effect on the nucleus as positron emission does: the atomic number is decreased by one and the mass number does not change.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 21.3: Radioactive Decay.

Leitura Sugerida

Cottingham, W. N., Greenwood, D. A. (2001). An Introduction to Nuclear Physics. Cambridge, U.K. Cambridge University Press.