迄今爲止化學學習中
我們所討論的
都是圍繞著電子的水力安定性
電子更喜歡穩定的電子層
像生活中所有的東西一樣
如果你進一步研究原子
你會發現電子不是原子中
唯一運動的東西
原子核本身有一些運動
或者有一些不穩定
需要以某種方式緩解
這就是這集我們要討論一下的內容
然而其實它的機理超出了
第一年化學課的範圍
但至少了解一下也是不錯的
然後有一天如果我們學習強核力
和量子物理學之類的
這樣我們才能具體討論
爲什麽這些質子和中子
和它們的組分誇克
會這樣相互影響
但因此
我們至少要先認識一下不同類型的
原子核放射衰變
假設有許多質子
我這只畫一些
一些質子
一些質子 然後畫一些中子
我會用中性的顏色來畫
嗯 淺灰色應該不錯
那麽畫些中子在這
我畫了多少質子？
這兒有1,2… 7,8
我要畫1,2… 9個中子
那麽假設這是我們的原子核
記住 這是
你知道 在頭幾集裏
我講過原子 原子核
如果你要畫一個具體的原子
事實上是很難的
因爲它沒有明確的界限
電子真的可以在
你知道 在任一時刻
它可能在任何地方
但是如果你說 好啦
90%的時間電子在哪呢？
你可以說 在半徑以內
或者這是原子的直徑
在頭幾集中我們學到
原子核只占球的體積的
幾乎無限小的部分
而電子90%的時間會出現在這
這是簡潔的處理方法
呐 我們在生活中看到幾乎所有
都只是開放的空的空間
這些都只是開放空間
但是我只是想重覆一下
因爲我們前面講到的
無限小的點
盡管它是原子體積的
非常小的一部分
卻其實幾乎占了全部質量
這就是我放大的地方
這些不是原子 也不是電子
我們放大原子核
然後發現
有時候原子核有點不穩定
而它想達到一個更穩定的結構
我們不會深入探討具體的
不穩定原子核的定義之類的
但爲了變成一個更穩定的原子核
有時候它會釋放一個α粒子
或這稱作α放射衰變
α放射衰變
它釋放一個α粒子
這聽起來很高深
它只是中子和質子的集合體
而一個α粒子由兩個中子和兩個質子構成
或許是這些家夥
它們只是覺得自己不合群
所以它們就變成了集合體
然後它們被釋放了
它們離開了原子核
那麽想想原子發生了什麽變化
這樣的事發生的時候
那假設某個隨機的元素
我們就叫它元素E
假設它有p個質子
讓我用質子的顏色來寫吧
它有p個質子
然後是原子質量數
等於質子數加上中子數
用灰色寫中子數 對吧？
那麽當它經曆了α放射衰變
元素發生了什麽？
它的質子數要減少2
所以它的質子數變爲P-2
然後它的中子數
也要減少2
所以質量數要減少4
所以上邊將是P-2
加上中子數的-2
所以就有-4
所以質量數要減少4
而事實上就變成了一個新的元素
記住 元素是由質子數
定義的
所以在這個α放射衰變中
失去了兩個中子和兩個質子後
尤其多重點是質子數的改變
會使之變成了一個不同的元素
那麽如果我們叫這個元素1(E1)
我就這樣叫它吧
它要變成一個不同的元素 元素2(E2)
而且如果你想一下生成了什麽
原子核釋放了有兩個質子的東西
還有兩個中子
那麽它的質量數就是
兩個質子加兩個中子
那麽釋放的是什麽？
我們釋放了質量數爲4的粒子
那如果你查一下
兩個質子加兩個中子是什麽？
其實我沒有準備元素周期表
在這集前我忘了剪切粘貼了
但在周期表上找到有兩個質子的元素
不會花太長時間
而那就是氦(He)
而其實它的質量數是4
所以這就是一個氦核
伴隨著α放射衰變被釋放出來的
事實上這就是一個氦核
而且正因它是一個氦核
並且它沒有電子
來拉著兩個質子
所以這是一個氦離子
其實它沒有電子
它有兩個質子所以帶兩個正電荷
所以α粒子實際上是氦離子
一個帶兩個正電荷的氦離子
它自發地被原子核釋放
只爲了達到一個更穩定的狀態
這就是放射衰變的一種類型
讓我們來學習其它的
那麽讓我再畫一個原子核
我會畫些中子
也會畫些質子
那麽結果就是有時
中子感到自我懷疑
它看著質子的日常生活
然後說 你知道嗎？
由於某些原因 當我俯瞰內心深處
我覺得我應該是一個質子
如果我是一個質子
整個原子核可能會更穩定一些
然後它決定要變成一個質子
記住 中子是電中性的
那麽它所做的就是 釋放一個電子
我知道你會說 Sal 不要鬧了
我甚至不知道中子裏有電子
還釋放呢
你是對的
這很瘋狂
但某天我們會學習
原子核裏存在的所有微粒
但先假設它可以釋放一個電子
所以這釋放了一個電子
而我們用…
它的質量近似爲0
我們知道電子的質量並非真的是0
不過這用的是相對原子質量
如果質子是1 一個電子就是1/1,836
所以很接近了
我們假設它的質量是0
它的質量不真的是0
而它所帶的電荷是-1
它的原子…
你可以說它的原子序是-1
所以它釋放了一個電子
而通過釋放一個電子
現在它變成了一個質子
不再是中性的了
而這叫作β放射衰變
而β粒子就是釋放的那個電子
那麽讓我們回到元素上面
它有一定數目的質子
也有一定數目的中子
那麽質子數加上中子數
就得到了質量數
當經曆了β放射衰變 什麽改變了？
質子數變了嗎？
當然 比原來多了一個質子
因爲中子變成了一個質子
所以現在質子數要加1
那質量數改變了嗎？
那我們來看一下
中子數減1
但是質子數加1
所以質量數沒有改變
所以仍然是P+
所以質量保持不變
不像α放射衰變的情況
但是元素卻改變了
質子數改變了
那麽現在 又一次
在β放射衰變中 出現一個新元素
現在 我們假設有另一種情況
假設有這樣一種情況
其中一個看著中子
然後說 你知道嗎？
我了解它們的生活
那非常吸引我
我認爲我會適應得更好
而且原子核中的粒子團體
將會更和諧
如果我也是個中子
我們會處於一個更穩定的狀態
所以這個難受的質子 它所做的是
它可能會釋放…
一個新的概念來了
一個正子 而不是一個質子
它釋放了一個正子
什麽是正子？
它和電子的質量
完全相等
也就是質子質量的1/1836
不過這兒我們只是寫個0
因爲相對原子質量中
它非常接近0
但是它帶一個正電荷
這著實讓人疑惑
因爲它還是寫成e
無論何時我看到e 都以爲是個電子
其實不對 寫成e是因爲它們很像
同類的粒子
但它沒有帶負電荷
而是帶一個正電荷
這就是正子
然後我們開始對目前正在用的
粒子們的類型感到
新奇
但是這確實發生了
如果一個質子釋放了這樣的粒子
它的所有正電荷都跟著它
沒了
這個質子就變成了中子
而這叫作β+放射衰變
β+放射衰變很容易
理解
因爲它又稱正子發射
那麽如果我們又從E開始
它有一定數目的質子
和一定數目的中子
那新元素會是什麽呢？
呐 它將會減少1個質子 P-1
而同時會變成一個中子
所以P要減少1
N將增加1
那麽整個原子的質量不會改變
所以將仍是P+
但還是變成了一個不同的元素 對嗎？
發生β放射衰變時
我們增加了質子數
那麽我們稍微向元素周期表的右邊移動
或者增大… 嗯… 你懂的
當發生β+放射衰變時
我們減少了質子數
事實上我應該在這
寫這兩個反應的
那麽這是β+放射衰變
釋放了一個正子
而β放射衰變中
釋放了一個電子
它們被寫成一樣的格式了
你知道這是一個電子
因爲它帶一個負電荷
而你知道這是一個正子
因爲它帶一個正電荷
現在還有最後一種放射衰變類型
是你需要了解的
但是它不會改變原子核的
質子數或中子數
而它只會釋放大量能量
或者有時 你知道 釋放高能質子
這叫作γ放射衰變
γ放射衰變的意思是
這些家夥只是重組自身
或許它們會變得更靠近
而通過這樣它們釋放能量
以波長很小的電磁波形式
實質上就是
你可以叫它γ粒子或γ射線
它的能量非常高
γ射線是你不會想靠近的東西
它們非常有可能會殺掉你
我們講的這些
我講得有點理論化
我們來看些具體問題吧
識別一下做的是哪種放射衰變
那麽這有铍7(Be7)
7是它的質量數
而我讓它變成锂7(Li7)
那這是發生了什麽？
铍 原子核質量保持不變
但是質子數從4變爲3
所以質子數減少了
總共的原子質量沒有變
所以這肯定不是α放射衰變
你知道 α放射衰變是
從原子核釋放一整個的氦核
那釋放的是什麽呢？
釋放的大概是一個正電荷
或者是一個正子
而事實上式子中我寫這個
這是一個正子
所以從铍7到锂7的放射衰變
是β+放射衰變
好了
現在讓我們看下一個
鈾238(U238)放射衰變成钍234(Th234)
我們看到質量數減少了4
-4 而你也看到原子序減少了
或者叫質子數 減少了2
所以說必須要釋放 實質上
原子質量爲4
原子序爲2的東西 也就是氦
所以這是α放射衰變
那麽這就是α粒子
這就是一個α放射衰變的例子
現在你可能說 嘿 等一下
一些奇怪的事發生了
以爲如果只是92個質子變成90個質子
那我還有下92個電子呢
那爲什麽不是帶2個負電荷呢？
而甚至 釋放的氦
它不帶任何電子
它只是一個氦核
那麽它怎麽不帶2個正電荷呢？
如果你這樣說 那是絕對正確的
但是事實是
放射衰變一旦發生
钍 它沒有原因保留
這兩個電子
所以這兩個電子消失了
而钍又變成中性的了
而氦 同樣地 它非常快地…
它非常想得到兩個電子來變穩定
所以它非常迅速地在碰撞中
掠奪了別人兩個電子
因此它變得穩定了
所以你用哪種方式寫都可以
接著我們再做一個
這有碘(I)
我們看看發生了什麽
質量沒有改變
那麽我必須把質子變成中子
或者把中子變成質子
而我看到這有53個質子
現在有54個質子
那麽一個中子一定變成了質子
一個中子一定變成了一個質子
而一個中子變成一個質子
是通過釋放一個電子實現的
那我們看看這個反應
一個電子被釋放了
所以這是β放射衰變
這是一個β粒子
同理
你會說等等 只是從53個質子變爲54個質子
既然有了多的質子
這爲什麽沒帶一個正電荷呢？
會帶的
但是迅雷不及掩耳
它可能不會剛好得到這個電子
有這麽多電子在附近跑動
但是它會從某個地方奪來某些電子
變得穩定
然後它又穩定了
但是你會馬上又想 嘿
在某個小時段裏它不會是離子嗎？
現在我們再做一個
那麽這有氡222(Rn222) 它的質量數是86
變成了钋218(Po218) 質量數是84
那做一個有趣的拓展吧
钋以波蘭命名的
因爲居裏夫人 她--
在當時的波蘭
在上個世紀之交
大約是1800's的末期
波蘭不是作爲一個獨立的國家而存在
它被普魯士、俄羅斯、和奧地利分裂
而他們十分想讓人民知道
嘿 你知道 我們認爲我們是一個民族
所以當他們發現
你知道 氡放射衰變後形成了這個元素
然後他們以祖國命名 以波蘭命名
這是發現新元素的殊榮
不過好啦 回到這個問題上
那麽發生了什麽呢？
原子質量減少了4
原子序減少了2
再次 我們又釋放了一個氦核
一個氦核
原子質量是4
原子序是2的東西
然後變成了這樣
所以這是一個α放射衰變
我們可以寫成一個氦核
所以它沒有電子
我們可能馬上會說
它會帶一個負電荷
但是然後它消失了