САЛ: Всичко, което разглеждаме досега
в нашето пътешествие в химията, се върти около стабилността
на електроните и кога те ще се намират в стабилни слоеве.
И като всички неща в живота, ако изследваш атома
малко по-задълбочено, става ясно, че електроните
не са единственото интересно нещо в един атом.
В ядрото също има някакви взаимодействия
или нестабилност, която трябва да бъде облекчена по някакъв начин.
Ето това ще разглеждаме в това видео.
Определено механизмите са доста извън материала
на гимназиалната химия, но е хубаво
поне да знаеш, че това се случва.
И един ден, когато учим за силните ядрени сили,
квантова физика и подобни, тогава можем да започнем
да разглеждаме точно защо тези протони и неутрони
и съставящите ги кварки се държат по този начин.
А сега нека да видим какви са
различните начини, по които едно ядро може да се разпадне.
Нека да имаме някакво количество протони.
Тук ще нарисувам няколко.
Това са протоните и ще нарисувам и няколко неутрона.
Ще ги нарисувам в "неутр"-ален цвят.
Може би сиво ще е подходящо.
Само да нарисувам няколко неутрона.
Колко протони имам?
Имам 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
Ще направя 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 неутрона.
Нека това да е ядрото на нашия атом.
И запомни... това е първото видео,
което правя за атома... ядрото, ако рисуваш един истински атом...
всъщност е много трудно да се нарисува атом,
защото той няма ясни граници.
Електроните могат да бъдат във всеки един момент
на всяко едно място.
Но ако кажеш: къде ще бъде електронът през 90% от времето?
И казваш, ето това е радиусът,
или това е диаметърът на атома.
В най-първото видео видяхме, че ядрото
е почти незначително малка част от обема на тази сфера,
в която електроните са в 90% от времето.
А изводът е, че това, което виждаме ежедневно,
е просто празно пространство.
Всичко това е открито пространство.
Но пак искам да повторя, че
тази незначителна точка, за която говорих преди малко,
макар и много малка част от обема на атома...
всъщност е почти цялата му маса...
ето това рисувам уголемено тук.
Това не са атоми, това не са електрони.
Ние се вглеждаме в ядрото.
И излиза, че понякога ядрото може да е малко нестабилно,
и иска да постигне по-стабилна конфигурация.
Няма да се задълбавам какво прави нестабилно едно ядро.
Но когато имаме нестабилно ядро,
понякога то емитира т.нар. алфа чистици,
или това се нарича алфа-разпад.
Алфа-разпад.
И то отделя алфа-частица,
което звучи много засукано.
То е просто сбор от неутрони и протони.
Една алфа-частица е два неутрона и два протона.
Значи тези приятелчета тук не се чувстват комфортно тук,
те се събират тук
и се отлъчват.
Напускат ядрото.
Нека да видим какво се става с един атом, когато това се случи.
Нека да имам някакъв случаен елемент, ще го нарека Е.
Нека той да има р, протони.
Нека го направя в цвета на моите протони.
Той има р, протони.
И има масово число, което е
броят на протоните плюс броят на неутроните.
Неутроните са в сиво, нали?
Когато се получи алфа-разпад, какво става с елемента?
Протоните намаляват с два.
Значи протоните ще бъдат р – 2.
Неутроните също намаляват с два.
Значи масовото число намалява с четири.
Тук горе имаме р – 2 и плюс –2 за неутроните,
значи имаме общо –4.
Значи масата ще намалее с четири,
и ще имаме нов химичен елемент.
Спомни си, видът на химичния елемент зависи от броя на протоните.
Значи при този алфа-разпад, когато губим два неутрона
и два протона, специално заради протоните получаваме нов елемент.
Ако наречем това елемент 1, просто така ще го означа,
той се превръща в нов елемент, елемент 2.
И ако се замислиш какво се отделя,
нещо, което има два протона и два неутрона...
Масата му ще бъде масата на два протона и два неутрона.
Какво се емитира?
Емитира се нещо, което има маса четири.
Ако се вгледаш, то има два протона и два неутрона.
Всъщност аз нямам периодична система...
Но в периодичната система веднага ще намериш
кой елемент има два протона, и това е хелият.
И той действително има маса, равна на четири.
Значи при алфа-разпада се отделя хелиево ядро.
Това е хелиево ядро.
И понеже това е хелиево ядро и то няма електрони,
които да балансират тези два протона,
то е хелиев йон.
То всъщност си няма електрони.
Има само два протона и затова има заряд +2.
Значи алфа-частицата е просто хелиев йон със заряд +2,
хелиевият йон се емитира спонтанно от ядрото,
за да достигне ядрото по-стабилно състояние.
Това е единият вид разпад.
Сега да разгледаме другите видове.
Нека отново начертая едно ядро.
Рисувам няколко неутрона.
И рисувам няколко протона.
Изглежда, че понякога някой неутрон не се чувства добре.
Той гледа какво правят по цял ден протоните и си казва:
Знаете ли, с цялото си сърце чувствам, че трябва да бъда протон.
Ако аз съм протон, цялото ядро ще стане по-стабилно.
И той просто става протон.
Спомни си, че неутронът има неутрален заряд.
И това което прави, е да емитира един електрон.
Знам, че сега си мислиш, че съм луд,
ти дори не предполагаш, че неутроните съдържат в себе си електрони.
Съгласен съм, че изглежда шантаво.
Един ден ще учим за всичко, което е вътре в ядрото.
Сега просто ще приемем, че той излъчва един електрон.
Значи емитира един електрон.
Означаваме го... масата му е приблизително нула.
Знаем, че масата на електрона в действителност не е нула,
но тук говорим за единици атомна маса.
Ако протонът има маса 1, електронът има 1/1836-та част от нея.
Просто го закръгляваме.
Казваме, че има нулева маса.
Макар масата реално да не е нула.
И има заряд –1.
Това е атомно число, можеш да кажеш че е атомно число –1.
Значи емитира един електрон.
И след като емитира един електрон, вместо да остане неутрален,
се превръща в протон.
Този процес се нарича бета-разпад.
И бета-частица е просто този отделен електрон.
Нека да се върнем към примера с нашия елемент.
Той има някакъв брой протони и някакъв брой неутрони.
Сборът от броя на протоните и неутроните е масовото число.
Какво се случва при бета-разпад?
Промениха ли се протоните?
Да, имаме един протон повече от преди.
Тъй като нашият неутрон се превърна в протон.
Сега протоните са +1.
Промени ли се масовото число?
Да видим.
Неутроните намаляха с един, но протоните са с един повече.
Значи масовото число не се промени.
То все още е Р + N.
Значи масата остава същата, за разлика от алфа-разпада,
но елементът се промени.
Промени се броят на протоните.
Значи при бета-разпад получаваме отново нов елемент.
Нека сега да видим обратния случай.
Нека да имаме ситуация, когато един от тези протони
поглежда към неутроните и си казва:
Виж ги как си живеят!
Това много ми харесва.
Мисля, че ще съм по-добре приет, пък и нашето общество от частици,
в ядрото ще се чувства по-щастливо
ако и аз стана неутрон.
Всички ще бъдем в по-стабилно състояние.
И това което става, е, че този притеснен протон
може да излъчи... тук ще чуеш нещо ново..
ще излъчи един позитрон (не протон).
Той излъчва един позитрон.
Какво е позитрон?
Това е частица със същата маса като на елекрона.
Значи неговата маса е 1/1836-та част от масата на протона.
Тук ще запишем просто нула, защото това в атомни масови единици
е твърде близко до нула.
Само че има положителен заряд.
Това е малко объркващо, защото все още пишем 'e' тук.
Винаги, когато видя 'e', си мисля за електрон.
Но тук се използва 'e', защото това е същият тип частица,
само че вместо отрицателен, има положителен заряд.
Това е позитрон.
Тук започна да става доста екзотично по отношение на
частиците, които разглеждаме.
Но това се случва.
И ако имаш протон, който излъчва тази частица,
при което целият му положителен заряд заминава с нея,
тогава протона става неутрон.
И това се нарича позитронна емисия.
Позитронна емисия, това е много лесно за разбиране,
ето защо са я нарекли така.
И ако започнем с нашият елемент Е, който има определен брой протони,
и определен брой неутрони,
какъв ще бъде новият елемент?
Значи той ще има един протон по-малко, р – 1.
И протонът става неутрон.
Значи Р намалява с едно.
N се увеличава с едно.
При което масата на атома не се променя.
Остава Р + N.
Но пак ще имаме различен елемент, нали?
Когато имаме бета-разпад, се увеличаваше броят на протоните.
Значи един вид отиваме надясно в периодичната система,
увеличаваме... схващаш какво имам предвид.
При позитронната емисия намалява броят на протоните.
И аз всъщност ще го запиша тук при двете реакции.
Това е позитронна емисия, и аз оставам с един позитрон.
При бета-разпада ми остава един електрон.
Те се записват еднакво.
Знаем, че това е електрон от заряда –1.
Знаем, че това е позитрон, защото има заряд +1.
И остана един последен вид разпад, за който трябва да знаеш.
При него не се променя броят на протоните и неутроните в ядрото.
Но пък се отделя цял тон енергия, или понякога високоенергиен протон.
Това се нарича гама-разпад.
Гама-разпад означава, че тези приятелчета просто се реконфигурират.
И когато правят това, отделят енергия под формата на
електромагнитна вълна с голяма дължина.
Може да се наричат гама-частици или гама-лъчи.
Това е много висока енергия.
Гама-лъчите са нещо, край което не искаш да бъдеш.
Много е вероятно да те убият.
Всичко, което казах дотук, е малко теоретично.
Нека да решим няколко задачи за определяне на вида на разпада.
Тук имаме берилий-7, като седем е атомната му маса.
И той се превръща в литий-7.
Какво се случва тук?
Атомната маса на берилия не се променя,
но от четири протона оставам само с три.
Значи намалява броят на протоните.
Общата маса обаче не се променя.
Това определено не е алфа-разпад.
При алфа-разпад, спомни си, се отделя цяло хелиево ядро.
Какво се отделя тук?
Изглежда, че намалява положителният заряд, или се отделя позитрон.
И всъщност това се вижда тук в това уравнение.
Това е позитрон.
Значи превръщането на берилий-7 в литий-7
е позитронна емисия.
Добре.
Сега да видим следващия пример.
Уран-238 се разпад до торий-234.
Атомната маса намалява с четири, имаме минус 4,
атомното число намалява с две или
протоните намаляват с 2.
Значи се излъчва нещо, което
има атомна маса четири, и атомен номер две, или хелий.
Значи това е алфа-разпад.
Това тук е алфа-частица.
Това е пример за алфа-разпад.
Сега вероятно си мислиш: Чакай, Сал, тук става нещо странно.
Защото отиваме от 92 протона на 90 протона,
а си имаме 92 електрона.
Няма ли да имаме заряд –2?
Освен това, този отделен хелий няма никакви електрони.
Това е просто хелиево ядро.
Той няма ли заряд 2+?.
И това е точно така.
Но в реалността, точно когато се случва този разпад,
този торий няма причина да задържи двата електрона,
затова те се отделят и торият става неутрален атом.
А този хелий пък е много бърз.
Той наистина иска електрони, за да стане стабилен,
затова бързо грабва двата електрона, когато се сблъска с тях,
и става стабилен.
Така че можеш да го запишеш и по двата начина.
Хайде да решим още един пример.
Тук имам йод.
Да видим какво се случва.
Масата не се променя.
Трябва да има протони, които се променят в неутрони
или неутрони, които стават протони.
Виждам, че тук имам 53 протона, а тук имам вече 54 протона.
Значи един неутрон е станал протон.
Неутрон се е превърнал в протон.
Начинът един неутрон да стане протон е като отдели електрон.
Това става в ето тази реакция.
Отделя се един електрон.
Това е бета-разпад.
Това е бета-частица.
И логиката е същата.
Чудиш се, като отиваме от 53 протона на 54 протона,
обаче имаме един протон повече,
няма ли да имаме положителен заряд? Да, имаме.
Много бързо... това може да не са същите електрони,
има толкова много електрони наоколо, но
той си грабва няколко електрона отнякъде
и става отново стабилен.
Но напълно правилно считаш, че
за известно време ще бъде йон.
Хайде да направим още един пример.
Имаме радон 222... той има атомен номер 86...
който се превръща в полоний-218 с атомен номер 84.
Този пример е много интересен.
Полоният е кръстен на Полша, защото Мария Кюри...
по това време, в края на 19-ти век
Полша не е била самостоятелна държава.
Била е разделена между Прусия, Русия и Австрия.
И те наистина искали да кажат на света, че са един народ.
И открили, че когато радонът се разпада, се получава този елемент.
И го кръстили на своята Родина, на Полша.
Това е привилегията да откриеш нов химичен елемент.
Както и да е, да се върнем на задачата.
Какво се случва?
Атомната маса намалява с четири.
Атомният номер намалява с две.
Отново, трябва да се е отделило хелиево ядро.
Хелиевото ядро има атомна маса четири
и атомен номер две.
И ето ни тук – това е алфа-разпад.
Можем да запишем това като хелиево ядро.
Няма електрони.
Можем да кажем, че ще има отрицателен заряд, но
но после го загубва.