資源簡介

在古代，不論是東方還是西方，都有一批人追求“點石成金”之術，他們試圖利用化學方法將一些普通的礦石變成黃金。當然，這些煉金術士的希望都破滅了。那么，真的存在能讓一種元素變成另一種元素的過程嗎？
類似于“點石成金”的事一直就在自然界中進行著，這就是伴隨著天然放射現象發生的原子核“衰變”過程。
新課導入
第2節 放射性元素的衰變
天然放射現象中原子核自發地放出 α 射線或 β 射線，這樣由于核電荷數變了，它在元素周期表中的位置就變了，就變成另一種原子核。 我們把這種變化稱為原子核的衰變。
原子核自發地放出 α粒子或 β粒子而轉變為新核的現象。
1、衰變：
學習任務一
學習任務一 原子核的衰變
⑴α衰變
????????????????????????→????????????????????????????+????????????????
?
2、衰變的種類
原子核自發放出α粒子而轉變為新核的過程叫α衰變。
原子核放出一個α 粒子（ ），質量數減少4，電荷數減少2，就成了一個新原子核的過程 。
????????????????
?
比如鈾238核放出一個α 粒子后，質量數減少4，電荷數減少2，就變成了釷234核。
在這個衰變過程中，衰變前的質量數等于衰變后的質量數之和；衰變前的電荷數等于衰變后的電荷數之和。大量事實表明，原子核衰變時電荷數和質量數都守恒。
衰變方程：
在α衰變中，新核的質量數與原來的核的質量數有什么關系？相對于原來的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置應當向前移還是向后移？要移動幾位？你能概括出α衰變的質量數、核電荷數變化的一般規律嗎？
α衰變的一般方程：
????????????→??????????????????????+????????????????
?
在這個衰變過程中，衰變前的質量數等于衰變后的質量數之和；衰變前的電荷數等于衰變后的電荷數之和。
發生一次α衰變，困為原子序數減小2，所以相對于原來的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置應當向前移2位。
α衰變過程中質量數守恒，核電荷數守恒。
⑵β衰變
2、衰變的種類
原子核自發放出β粒子而轉變為新核的過程叫β衰變。
原子核放出一個β 粒子（ ），質量數不變，電荷數增加1，就成了一個新原子核的過程 。
?????????????
?
????????????????????????????→????????????????????????????+?????????????
?
比如 發生α衰變后產生的 也具有放射性，它放出一個β 粒子后質量數沒有改變，但電荷數增加了1 ，就變成鏷 。
????????????????????????????
?
????????????????????????
?
????????????????????????
?
發生β衰變時，除了產生電子 外，還產生反電子中微子 。由于 的質量數和電荷數都是0，所以在中學教科書中一般都不寫出。
?????????????
?
????????
?
????????
?
“電荷數之和”指代數和，因為發生β衰變時，電子的電荷數是－1。
在β衰變中，質量數、核電荷數有什么變化規律？原子核里沒有電子，β衰變中的電子來自哪里？
????????????→????+????????????+?????????????
?
β衰變的一般方程：
β衰變過程中質量數守恒，核電荷數守恒。
研究發現， β衰變實質是核內的中子轉化成了一個質子和一個電子。
????????????→????????????+?????????????
?
β衰變過程中，衰變前的質量數等于衰變后的質量數之和；衰變前的電荷數等于衰變后的電荷數之和。
發生一次β衰變，困為原子序數增加1，所以相對于原來的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置應當向后移1位。
β衰變的本質
放射性的原子核在發生α衰變、β衰變時產生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，并放出γ光子。γ射線經常是伴隨α射線和β射線產生的。
事實表明，兩個中子和兩個質子能十分緊密地結合在一起，因此，在一定條件下它們會作為一個整體從較大的原子核中被拋射出來，即發生了α衰變。
原子核的能量也跟原子的能量一樣，其變化是不連續的，也只能取一系列不連續的數值，因此，也存在著能級，同樣是能級越低越穩定。
當放射性物質連續衰變時，原子核中有的發生α衰變，有的發生β衰變，同時伴隨著γ射線輻射。這時，放射性物質發出的射線中就會同時具有α、β、γ三種射線。
α衰變的本質
????????????????+????????????????→????????????????
?
γ衰變的本質
α、β、γ三種射線同時出現
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
化學方程式
核反應方程式
聯系
區別
電荷、質量守恒
電荷數、質量數守恒
用符號
用箭頭
原子核
能量
質量虧損
光
這種光叫伽馬射線：γ
放出粒子的不同
放出ɑ粒子和γ射線：ɑ衰變
放出β粒子和γ射線：β衰變
（氦核 ）
（電子 ）
說明：1.中間用單箭頭，不用等號；2.是質量數守恒，不是質量守恒; 3.方程及生成物要以實驗為基礎,不能杜撰。
注意：質量數守恒指衰變前后核子的總數不變，并不是質量不變！
3.衰變的區別
例1 1964年10月16日,中國第一枚原子彈試爆成功,如圖.該原子彈核反應物的主要成分是92235U.天然92235U是不穩定的,它通過若干次α衰變和β衰變最終成為穩定的元素82207Pb,則此過程α衰變和β衰變的次數分別為 (　)
A.7、4
B.5、8
C.12、14
D.14、46
?
學習任務一
A
學習任務一
[解析]發生一次α衰變,原子核釋放出兩個質子和兩個中子,形成新的元素,衰變方程為?????????X→?????2?????4Y+24He,發生一次β衰變,原子核內的一個中子變成一個質子和一個電子,形成新的元素,衰變方程為?????????X→　?????+1????Y+　0-1e,可以看出,發生一次α衰變,新元素質量數減少4,核電荷數減少2,發生一次β衰變,新元素質量數不變,核電荷數增加1,假設92235U發生x次α衰變,發生y次β衰變,最終得到82207Pb,所以可得出235-4x=207、92-2x+y=82,聯立解得x=7,y=4,故選A.
?
變式1 (多選)[2022·河北邯鄲一中月考] A、B兩種放射性元素,原來都靜止在同一勻強磁場中,磁場方向如圖所示,其中一個放出α粒子,另一個放出β粒子,α與β粒子的運動方向跟磁場方向垂直,圖中a、b、c、d表示α粒子、β粒子以及兩個新原子核的運動軌跡,則( 　)
A.甲圖為α衰變的軌跡圖,乙圖為β衰變的軌跡圖
B.甲圖為β衰變的軌跡圖,乙圖為α衰變的軌跡圖
C.b為α粒子軌跡,c為β粒子軌跡
D.a為α粒子軌跡,d為β粒子軌跡
學習任務一
AC
[解析] 原來靜止的核在放出粒子的過程中總動量守恒,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動量大小相等,由左手定則判斷可知α衰變的軌跡為外切圓,β衰變的軌跡為內切圓,所以A正確,B錯誤;
由r=????????????????可得,動量一定時,電荷量小的半徑大,所以b為α粒子軌跡,c為β粒子軌跡,則C正確,D錯誤.
?
【要點總結】
學習任務一
1.對α衰變和β衰變的理解
衰變類型
α衰變
β衰變
衰變方程
ZAX→Z?2A?4Y+24He
?ZAX→Z+1AY+?10e
衰變實質
　2個質子和2個中子結合成氦核
　211H+201n→24He
1個中子轉化為1個質子和1個電子
　01n→11H+?10e
典型方程
92238U→90234Th+24He
?90234Th→91234Pa+?10e
勻強磁場中的軌跡形狀
衰變規律
電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒
衰變類型
α衰變
β衰變
衰變方程
衰變實質
典型方程
勻強磁場中的軌跡形狀
衰變規律
電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒
學習任務一
2.確定原子核衰變次數的方法與技巧
(1)方法:設放射性原子核????????X經過n次α衰變和m次β衰變后,變成穩定的新原子核????′????′Y,則衰變方程為????????X→?????′????′Y+????24He+?????10e,根據電荷數守恒和質量數守恒可列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m,聯立解得n=?????????′4,m=?????????′2+Z'-Z.由此可見,確定衰變次數可歸結為解一個二元一次方程組.
(2)技巧:為了確定衰變次數,一般先由質量數的改變確定α衰變的次數(這是因為β衰變對質量數沒有影響),然后根據衰變規律確定β衰變的次數.
?
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數發生衰變所需的時間。
氡的衰變
{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
…
…
若放射性元素原來的質量為m0 、原子數為N0；剩余的質量m，剩余的原子數為N，半衰期為????，半衰期個數為n，經過時間t，則：
⑴元素的半衰期由原子核內部的因素決定，只與元素的種類有關，跟元素所處的物理或化學狀態無關。不同元素半衰期不同。
⑵半衰期是一個統計規律，只對大量的原子核才適用，對少數原子核是不適用的。
學習任務二 半衰期
學習任務二
例2 [2023·浙江1月選考] 宇宙射線進入地球大氣層與大氣作用會產生中子,中子與大氣中的氮14會產生以下核反應:714N+01n→614C+11H,產生的614C能自發進行β衰變,其半衰期為5730年,利用碳14的衰變規律可推斷古木的年代.下列說法正確的是 (　)
A.614C發生β衰變的產物是715N
B.β衰變輻射出的電子來自于碳原子的核外電子
C.近年來由于地球的溫室效應,引起614C的半衰期發生微小變化
D.若測得一古木樣品的611C含量為活體植物的14,則該古木距今約為11 460年
?
學習任務二
D
學習任務二
[解析]根據衰變過程中的質量數、電荷數守恒規律可知,發生β衰變后質量數不變,電荷數增加1,即產生　714N,選項A錯誤;
原子核衰變的電子由原子核內部的中子產生,選項B錯誤;
半衰期不受外界因素干擾,所以不會因為溫室效應改變,選項C錯誤;
若測得一古木樣品的614C含量為活體植物的14,說明經過了2個半衰期,因此大約距今時間為5730×2=11 460年,選項D正確.
?
變式2 [2023·黃岡中學月考] 幽門螺桿菌在胃中產生的尿素酶,可將服用的碳14標記的尿素分解為氨和碳 14 標記的CO2.通過分析呼氣中標記的CO2 的含量即可判斷胃中幽門螺桿菌的存在.已知?614C半衰期為5730 年,則 (　)
A.改變胃部壓強可以改變?614C衰變快慢
B.含 ?614C的化合物比單質?614C衰變可能慢些
C.改變胃部溫度不能改變?614C衰變快慢
D.20 個?614C經過 5730 年有10個發生衰變
?
學習任務二
C
[解析]半衰期不受環境、壓強、所處狀態、存在形式等因素影響,由元素本身決定,A、B錯誤,C正確;
半衰期是大量原子核的統計規律,對少量原子核的衰變不適用,D錯誤.
【要點總結】
學習任務二
對半衰期規律的理解
半衰期
定義
放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間
衰變
規律
N余=N原12tτ,m余=m原12tτ
式中N原、m原分別表示衰變前的原子核數和質量,N余、m余分別表示衰變后的尚未發生衰變的原子核數和質量,t表示衰變時間,τ表示半衰期
影響
因素
由原子核內部自身的因素決定,跟原子所處的外部條件、化學狀態無關
半衰期規律是對大量原子核衰變行為作出的統計結果,可以對大量原子核衰變行為進行預測,而單個特定原子核的衰變行為不可預測
半衰期
定義
放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間
衰變
規律
影響
因素
由原子核內部自身的因素決定,跟原子所處的外部條件、化學狀態無關
半衰期規律是對大量原子核衰變行為作出的統計結果,可以對大量原子核衰變行為進行預測,而單個特定原子核的衰變行為不可預測
1.定義：
原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，稱為核反應。
2.原子核人工轉變的三大發現
⑴1919 年，盧瑟福發現質子的核反應。
⑵1932 年查德威克發現中子的核反應。
⑶1934 年約里奧 — 居里夫婦發現放射性同位素和正電子的核反應。
在核反應中，質量數守恒、電荷數守恒。
I·約里奧·居里，1900～1958
F·約里奧·居里，1897～1956
法國科學家。是P·居里和M·居里的女兒和女婿.由于發現人工放射性而獲得1935年諾貝爾化學獎.
學習任務三 核反應與核反應方程
學習任務三
例3 (多選)[2023·學軍中學月考] 盧瑟福通過實驗首次實現了原子核的人工轉變,核反應方程為?714N+24He→817O+11H,下列說法中正確的是( 　)
A.通過此實驗發現了質子
B.實驗中利用了放射源放出的γ射線
C.實驗中利用了放射源放出的α射線
D.原子核在人工轉變中,電荷數可能不守恒
?
學習任務三
[解析]盧瑟福用α粒子轟擊氮核首次實現了原子核的人工轉變,并發現了質子,故A、C正確,B錯誤;
在核反應中,質量數和電荷數一定守恒,故D錯誤.
AC
【要點總結】
1.核反應的實質:用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開,而是粒子打入原子核內部使核發生了轉變.
2.核反應方程遵守質量數守恒而不是質量守恒,核反應過程中,一般會發生質量的變化.
學習任務三
學習任務三
3.原子核的衰變和人工轉變
類型
可控性
核反應方程典例
α衰變
自發
92238U→90234Th+24He
β衰變
自發
90234Th→91234Pa+?10e
人工轉變
人工控制
714N+24He→817O+11H(盧瑟福發現質子)
49Be+24He→612C+01n(查德威克發現中子)
?1327Al+24He→1530P+01n(約里奧·居里夫婦
發現放射性同位素)
類型
可控性
核反應方程典例
α衰變
自發
β衰變
自發
人工轉變
人工控制
學習任務三
4.核反應方程的書寫
(1)熟記常見基本粒子的符號:質子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(?10e)、正電子(10e)、氘核(12H)、氚核(13H)等.
(2)核反應過程中質量數守恒,電荷數守恒.
(3)由于核反應不可逆,所以書寫核反應方程時只能用“→”表示反應方向.
?
[教材鏈接]閱讀教材“放射性同位素及其應用”“輻射與安全”相關內容,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)放射性同位素的應用:①應用它的　　　　,②作　　　　　　.?
(3)輻射與安全
人類一直生活在放射性的環境之中,　　　　的射線對人體組織有破壞作用.
要防止　　　　　　　對水源、空氣、用具等的污染.?
學習任務四 放射性同位素及其應用　輻射與安全
學習任務四
放射性物質
放射性　
射線　
示蹤原子　
過量　
學習任務四
例4 基因測序是一種新型基因檢測技術,能夠從血液或唾液中分析測定基因全序列,預測罹患多種疾病的可能性,提前預防和治療.基因測序采用放射性同位素為標記,讓基因序列自動顯影.下列關于放射性同位素及射線的應用說法正確的是 (　)
A.α射線可以用來測量鋼板的厚度
B.射線能夠治療癌癥是因為癌細胞在射線照射下破壞得比健康細胞慢
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射線照射種子,會使種子的遺傳基因發生變異,可培育出優良品種
D
學習任務四
[解析] α射線穿透能力弱,故不能用來測量鋼板厚度,A錯誤;
射線照射患處殺死癌細胞是治療癌癥的一種方法,癌細胞在射線照射下破壞得比健康細胞快,故B錯誤;
天然放射性同位素比人工放射性同位素半衰期長,故C錯誤;
利用γ射線照射種子,會使種子的遺傳基因發生變異,可以培育出新的優良品種,故D正確.
課堂小結
放射性同位素及其應用
核反應
輻射與安全
原子核的衰變
⑵衰變原則：
質量數守恒，電荷數守恒。
⑴原子核的衰變
?衰變:
β衰變:
γ射線:伴隨?射線或?射線產生
半衰期
⑶三種衰變
ZAX→Z+1AY+?10e
?
ZAX→Z?2A?4Y+24He
?
放射性元素的衰變
課后習題
1.β射線是高速電子流。原子核中沒有電子，為什么有些放射性元素的原子核會放出β粒子？寫出下列各放射性元素的β衰變方程。（1）Bi (244)（鉍核）。（2）Po (210)（釙核）。
課后習題
2.寫出Th (234)（釷核）與Cu (66)（銅核）兩種放射性元素的α衰變方程。U (238)（鈾核）衰變為Rn(222)（氡核）要經過幾次α衰變，幾次β衰變？
課后習題
3.已知釷234的半衰期是24d，1g釷234經過120d后還剩多少？若已知鉍210的半衰期是5d，經過多少天后，20g鉍210還剩1.25g？
課后習題
4.原子核的人工轉變與放射性元素的衰變有什么區別？
4.原子核的人工轉變是指核在其他粒子的轟擊下變成新核的過程。而放射性元素的衰變是指核自動轉化成新核的變化過程。
課后習題
5.寫出下列原子核人工轉變的核反應方程。 （1）Na(23)（鈉核）俘獲1個α粒子后放出1個質子。 （2）Al(27)（鋁核）俘獲1個α粒子后放出1個中子。 （3）O(16)（氧核）俘獲1個中子后放出1個質子。 （4）Si(30)（硅核）俘獲1個質子后放出1個中子。
課后習題
6.完成下列核反應方程。 （1）F(19)＋He(4)→H(1)＋（ ）。 （2）B (11)＋（ ）→n (1)＋N(14)。 （3）N(14)＋n (1)→（ ）＋H(1)。
課后習題
7.存在射線危險的地方，常能看到如圖5.2-9所示的標志。你在什么地方見過這個標志？為了保護人身安全，在有這樣的標志的場所，應該注意什么？

7.在醫院的放射室看見過這個標志。一般情況要遠離該標志下所處的環境，特殊情況下要在醫生指導下進出這些場所。

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