Types of Decay

SAL: Mọi thứ chúng ta đã đề cập cho đến
nay trong

hành trình tìm hiểu về hóa học đều xoay
quanh sự ổn định của

electron và vị trí electron thích hợp nhất

trong các lớp electron bền vững

Giống như tất cả mọi thứ trong cuộc sống,
nếu bạn khám phá nguyên tử

sâu hơn một chút, bạn sẽ nhận ra rằng
electron không phải

là thứ duy nhất diễn ra trong một nguyên
tử

Bản thân hạt nhân cũng có những tương tác
hoặc có một số

trạng thái không bền vững, cần được giải
phóng theo cách nào đó

Đó là những gì chúng ta sẽ nói

trong video này

Thực ra cơ chế của quá trình này vượt xa
phạm vi

của một khóa học hóa học năm nhất, nhưng
ít nhất thì

biết rằng nó diễn ra cũng là
điều cần thiết

Rồi sẽ có một ngày khi chúng ta học về lực
hạt nhân mạnh

vật lý lượng tử và các lĩnh vực tương tự,
chúng ta có thể bắt đầu

giải thích chính xác về lý do tại sao các
proton, neutron

và các quark cấu thành nên chúng lại tương
tác

theo cách chúng đang làm

Nhưng như đã nói, ít nhất chúng ta hãy
nghĩ về

các kiểu phân rã chính của hạt nhân

Vậy giả sử tôi có một số proton

Tôi sẽ chỉ vẽ một vài hạt ở đây

Một số proton ở đó, và tôi sẽ vẽ một số
neutron

Và tôi sẽ vẽ chúng bằng một màu trung tính

Có lẽ màu xám sẽ phù hợp

Để tôi vẽ một số neutron ở đây

Vậy tôi có bao nhiêu proton?

Tôi có 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Tôi sẽ vẽ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
neutron

Hãy gọi đây là hạt nhân của nguyên tử của
chúng ta

điều này đã được đề cập đến trong video

đầu tiên tôi tạo về nguyên tử-- hạt nhân
nếu bạn thực sự

muốn vẽ một nguyên tử thực sự-- và thực
sự rất khó để

vẽ một nguyên tử vì nó không có ranh giới
rõ ràng

Electron thực sự có thể ở bất kỳ thời điểm
nào

nó có thể ở bất cứ đâu

Nhưng nếu bạn hỏi, vậy 90% thời gian

electron sẽ ở đâu

Bạn sẽ nói, đó là bán kính, hoặc

đường kính của nguyên tử

Trong video đầu tiên, chúng ta đã học rằng
hạt nhân chỉ

chiếm một phần cực nhỏ bé trong thể tích
của

hình cầu nơi electron sẽ xuất hiện 90%
thời gian

Điều thú vị ở đây là hầu hết

những gì chúng ta nhìn thấy trong cuộc
sống chỉ là không gian trống

Tất cả những thứ này chỉ là không gian mở

Nhưng tôi chỉ muốn nhắc lại điều đó bởi vì

điểm nhỏ xíu mà chúng ta đã nói đến trước
đó

mặc dù nó chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong

thể tích của một nguyên tử--thực ra nó gần
như là toàn bộ khối lượng của

nguyên tử-- đó là thứ tôi đang phóng to
đến điểm này.

Đây không phải là các nguyên tử, đây không
phải là các electron.

Bây giờ chúng ta đang phóng to hạt nhân

Hóa ra, đôi khi hạt nhân

không ổn định và nó muốn đạt đến trạng
thái cấu hình

ổn định hơn

Chúng ta sẽ không đi sâu vào cơ chế
chính xác

xác định hạt nhân không bền và những thứ
tương tự

Nhưng để đạt được trạng thái ổn định hơn,

đôi khi hạt nhân phát ra thứ được gọi là
hạt alpha, hoặc

quá trình này được gọi là phân rã alpha

Phân rã alpha

Và nó phát ra một hạt alpha,

nghe có vẻ rất kỳ lạ

Nó chỉ đơn giản là một tập hợp các
neutron và proton

Vì vậy, một hạt alpha bao gồm hai neutron
và hai proton

Có thể những hạt này cảm thấy chúng không
thực sự phù hợp

ở bên trong hạt nhân, vì vậy chúng tập
hợp lại ở đây

Và chúng được phát ra

Chúng rời khỏi hạt nhân

hãy cùng suy nghĩ xem điều gì sẽ xảy ra
với một nguyên tử khi

một thứ gì đó như thế xảy ra

Giả sử tôi có một nguyên tố bất kỳ, tôi sẽ
gọi

nó là nguyên tố E

Giả sử nó có p, proton

Tôi sẽ tô màu chúng theo màu của proton

Nó có p, proton

Nó có số khối nguyên tử, là tổng số

proton cộng với số neutron

Và tôi sẽ phải tô neutron màu xám, đúng
chứ?

Vậy, khi nó trải qua phân rã alpha, điều
gì

sẽ xảy ra với nguyên tố này?

Số proton của nó sẽ giảm đi 2

Vì vậy, số proton của nó sẽ bằng p trừ 2

Và số neutron của nó cũng sẽ giảm đi 2

Vì vậy, số khối của nó sẽ giảm đi 4

Ở trên bạn sẽ có p trừ 2, cộng với số
neutron trừ 2,

do đó chúng ta sẽ có trừ 4

Vậy, khối lượng của nó sẽ giảm đi 4 và nó

thực sự sẽ biến thành một nguyên tố mới

Hãy nhớ rằng, các nguyên tố được xác định
bởi

số lượng proton

Vì vậy, trong quá trình phân rã alpha, khi
bạn mất đi hai neutron và

hai proton, nhưng đặc biệt là các proton
sẽ biến

bạn thành một nguyên tố khác

nếu gọi nguyên tố này là số 1,

thì chúng ta sẽ có một nguyên tố khác,
nguyên tố số 2

Nếu bạn nghĩ về những gì được tạo ra,
chúng ta đang phát ra

một thứ gì đó có hai proton

và hai neutron

Vì vậy, khối lượng của nó sẽ bằng khối
lượng của hai proton

và hai neutron

Vậy chúng ta đang phát ra cái gì

Chúng ta đang phát ra một thứ gì đó có
khối lượng là 4

Vậy nếu bạn nhìn vào, 2 proton và 2
neutron là gì?

Thực ra tôi không nhớ bảng

tuần hoàn

Tôi quên dán nó trước video này

Nhưng bạn không cần mất nhiều thời gian
để tìm nguyên tố

có hai proton trong bảng tuần hoàn, đó
chính là heli

Nó thực sự có khối lượng nguyên tử là 4

Vì vậy, đây thực chất là hạt nhân heli
được giải phóng trong quá trình

phân rã alpha

Đây thực chất là một hạt nhân heli

Và vì nó là hạt nhân heli và không có

electron nào để cân bằng với hai proton
của nó, nên đây sẽ là một

ion heli

Về cơ bản nó không có electron

Nó có hai proton nên nó có điện tích cộng
2

Vì vậy, một hạt alpha thực sự chỉ là một
ion heli, một ion

heli tích điện dương 2 được giải phóng
tự phát bởi

hạt nhân để đạt đến trạng thái ổn định hơn

Đây là một loại phân rã

Chúng ta hãy khám phá các loại khác

Bây giờ hãy để tôi vẽ một hạt nhân khác
ở đây

Tôi sẽ vẽ một số neutron

Tôi sẽ chỉ vẽ một số proton

hóa ra đôi khi một neutron cảm thấy không

thoải mái với chính nó

Nó nhìn vào những gì các proton làm
hàng ngày và nói,

bạn biết là gì không?

Vì lý do nào đó, khi nhìn vào trái tim
mình, tôi cảm thấy mình

thực sự nên là một proton

Nếu tôi là một proton, thì toàn bộ hạt
nhân sẽ

ổn định hơn một chút

Để trở thành 1 proton, những gì nó làm là
-- hãy nhớ rằng, một

neutron có điện tích trung hòa

Những gì nó làm là phát ra một electron

Và tôi biết bạn đang nghĩ, Sal, điều đó
thật điên rồ, tôi

thậm chí còn không biết neutron có
electron bên trong,

và tất cả những thứ đó

Tôi đồng ý với bạn

Nó thật điên rồ

Một ngày nào đó chúng ta sẽ nghiên cứu
tất cả những gì tồn tại

bên trong hạt nhân

Nhưng hãy giả sử nó có thể phát ra một
electron

Vậy, nó phát ra một
electron

Và chúng tôi biểu thị nó bằng-- khối
lượng của nó gần bằng 0

Chúng ta biết một electron thực sự không
có khối lượng bằng 0, nhưng

chúng ta đang nói về đơn vị khối lượng
nguyên tử

Nếu proton là 1, thì electron là 1/1836

Chúng ta chỉ làm tròn nó

Chúng ta nói nó có khối lượng bằng 0

Khối lượng thực sự của nó không bằng 0

Và điện tích của nó là trừ 1

Nó mang tính nguyên tử, bạn có thể nói số
hiệu

nguyên tử của nó là trừ 1

Nó phát ra một electron

Bằng cách phát ra một electron, thay vì
trung hòa, bây giờ

nó biến thành một proton

Và quá trình này được gọi là phân rã beta

Hạt beta thực chất chỉ là electron được
phát ra

Hãy quay trở lại trường hợp về một phần tử

Nó có một số proton nhất định, và sau đó

là một số neutron nhất định

bạn có các proton và neutron, sau đó bạn
có được

số khối của nó

Khi nó trải qua quá trình phân rã beta,
thì điều gì xảy ra?

Vậy, các proton có bị thay đổi không?

Chắc chắn rồi, chúng ta có nhiều hơn một
proton so với trước đây

Vì một neutron đã biến thành một proton

Vì vậy, bây giờ số proton của chúng ta là
cộng 1

Số khối của chúng ta có thay đổi không?

Cùng xem nào

Số neutron giảm đi một nhưng số

proton của bạn tăng lên một

Vì vậy, số khối của bạn sẽ không thay đổi

Nó vẫn sẽ là p cộng N

khối lượng của bạn vẫn giữ nguyên, không
giống như trường hợp

phân rã alpha, nhưng nguyên tố của
bạn sẽ thay đổi

Số proton của bạn thay đổi

Một lần nữa, bạn đang đối phó với một
nguyên tố mới trong

quá trình phân rã beta

Giả sử chúng ta có một tình huống khác

Giả sử có một tình huống mà một trong
những proton này

nhìn vào các neutron và nói, bạn biết là
gì không?

Tôi thấy cách chúng tồn tại

Điều đó thật hấp dẫn đối với tôi

Tôi nghĩ mình sẽ phù hợp hơn và cộng
đồng các phân tử

bên trong hạt nhân của chúng ta sẽ hạnh
phúc hơn nếu

tôi cũng là một neutron

Tất cả chúng ta sẽ ở trong một trạng
thái ổn định hơn

Điều chúng làm là, proton nhỏ bé khó chịu
đó

có một xác suất phát ra-- đây là một

khái niệm mới đối với bạn-- một positron,
chứ không phải một proton

Nó phát ra một positron

Vậy positron là gì

Nó là một thứ có khối lượng

chính xác bằng electron

Vì vậy, nó bằng 1/1836 khối lượng của
một proton

Nhưng chúng ta chỉ viết một số 0 ở đó
vì trong đơn vị khối lượng nguyên tử

nó gần như bằng 0

Nhưng nó có điện tích dương

Và điều hơi khó hiểu là họ vẫn sẽ

viết e ở đó

Bất cứ khi nào tôi nhìn thấy ký hiệu e,
tôi nghĩ ngay đến electron

Nhưng không, họ nói e bởi vì nó giống như
cùng

một loại hạt, nhưng thay vì mang điện tích
âm

nó mang điện tích dương

Đây là một positron

Và bây giờ chúng ta bắt đầu đi vào các
loại

và vật chất kỳ lạ

Nhưng điều này thực sự xảy ra

Và nếu bạn có một proton phát ra hạt này,

mang theo hầu hết điện tích dương của nó

thì proton này sẽ biến thành một neutron

Và đó được gọi là phát xạ positron

Phát xạ positron thường khá dễ để xác định
bản

chất của nó, bởi vì họ gọi nó là phát xạ
positron

Nếu chúng ta bắt đầu với cùng một nguyên
tử E, nó có một số

proton nhất định và một số neutron nhất
định

Nguyên tố mới sẽ là gì?

Nó sẽ mất đi một proton. p trừ 1

Và nó sẽ được chuyển thành 1
neutron

Vì vậy, p sẽ giảm đi 1

N sẽ tăng lên 1

Do đó, khối lượng của toàn bộ nguyên tử sẽ
không thay đổi

Vậy thì nó sẽ bằng p cộng N

Nhưng chúng ta vẫn sẽ có một nguyên tố
khác, phải không?

Khi xảy ra phân rã beta, chúng ta làm tăng

số proton

Vì vậy, chúng ta đã đi về bên phải trong
bảng tuần hoàn hoặc

chúng ta đã tăng dần về bên phải,
bạn hiểu rồi đấy

Khi xảy ra phát xạ positron, chúng ta làm
giảm

số proton

Thực ra tôi nên viết điều đó ở đây trong

cả hai phản ứng này

Đây là phát xạ positron, và tôi còn lại

một positron

Và trong quá trình phân rã beta, tôi còn
lại một electron

Chúng được viết theo cách hoàn toàn giống
nhau

Bạn biết đây là một electron vì nó có điện
tích trừ 1

Bạn biết đây là một positron vì nó

có điện tích cộng 1

Bây giờ còn một loại phân rã cuối cùng mà

bạn nên biết

Nhưng nó không làm thay đổi số lượng
proton hoặc neutron

trong hạt nhân

nó chỉ giải phóng rất nhiều năng lượng,
hoặc đôi khi

là một proton năng lượng cao

Và đó gọi là phân rã gamma

Phân rã gamma có nghĩa là các hạt nhân này
tự sắp xếp lại

cấu trúc

Có thể chúng xích lại gần nhau hơn 1 chút

Bằng cách đó, chúng giải phóng năng
lượng dưới dạng

sóng điện từ có bước sóng rất cao

Về cơ bản đây là tia gamma, bạn có thể
gọi nó là hạt

gamma hoặc tia gamma

Và nó có năng lượng rất cao

Tia gamma là thứ bạn không muốn tiếp xúc

Chúng có khả năng gây chết người rất cao

Mọi thứ chúng ta đã thảo luận cho đến nay
chỉ mang tính lý thuyết

Bây giờ, hãy giải một số bài toán thực tế
và xác định xem chúng ta

đang đối mặt với loại phóng xạ nào

Ở đây tôi có Berili-7, với 7

là khối lượng nguyên tử của nó

Và nó đang được chuyển đổi thành Liti-7.
Vậy

chuyện gì đang xảy ra

Berili của tôi, khối lượng hạt nhân vẫn
giữ nguyên, nhưng

số proton giảm từ bốn xuống còn ba

Vì vậy, tôi đang giảm số proton

Tổng khối lượng của tôi không thay đổi

Vì vậy, đây chắc chắn không phải là phân
rã alpha

Phân rã alpha là giải phóng toàn bộ 1

hạt heli ra khỏi hạt nhân

Vậy tôi đang giải phóng thứ gì?

Tôi đang giải phóng một điện tích dương,
hoặc tôi

đang giải phóng một positron

Trên thực tế, tôi có cái này trong phương
trình này

Đây là một positron

Vì vậy, loại phân rã của Berili-7 thành
Liti-7 này là

phát xạ positron

Nghe hợp lý

Bây giờ chúng ta hãy xem xét phân rã tiếp
theo

Chúng ta có urani-238 phân rã thành
thori-234

Ta thấy khối lượng nguyên tử giảm 4, trừ

4, và số hiệu nguyên tử giảm, hay

số proton giảm đi 2

Vì vậy, về bản chất, bạn phải giải phóng
một thứ gì đó

có khối lượng nguyên tử là 4, và số hiệu
nguyên tử

là 2, hoặc heli

Như vậy đây là phân rã alpha

Vậy đây chính là một hạt alpha

Và đây là một ví dụ về phân rã alpha

Bây giờ có lẽ bạn đang nói, này Sal,
đợi đã, có điều gì đó kỳ lạ

đang xảy ra ở đây

Bởi vì nếu tôi chỉ chuyển từ 92 proton
sang 90 proton, tôi vẫn

có 92 electron ở bên ngoài

Vậy tôi sẽ không có điện tích âm 2 sao?

Thậm chí còn tốt hơn, heli tôi giải phóng
ra, nó không có

bất kỳ electron nào đi kèm

Nó chỉ là hạt nhân heli

Vậy nó không có điện tích dương 2 sao?

Và nếu bạn nói vậy, thì bạn hoàn toàn
chính xác

Nhưng thực tế là ngay khi quá trình phân
rã này xảy ra

thori không có lý do gì để giữ lại hai

electron đó, vì vậy hai electron đó biến
mất và

thori trở lại trạng thái trung hòa

Với heli, tương tự, cũng diễn ra rất nhanh

Nó thực sự cần hai electron để ổn định,
vì vậy nó

nhanh chóng lấy hai electron từ bất cứ
nơi nào nó va chạm

vào và do đó trở nên ổn định

Vậy nên bạn có thể viết theo hai cách

Bây giờ hãy làm thêm một ví dụ nữa

Tôi có đây là iốt

Hãy xem điều gì sẽ xảy ra

Khối lượng không thay đổi

Vậy nên, chắc chắn phải có proton biến
thành neutron hoặc

neutron biến thành proton

Tôi thấy ở đây tôi có 53 proton, và

bây giờ tôi có 54 proton

Vậy nên một neutron chắc chắn đã biến
thành một proton

Một neutron đã biến thành một proton

Cách mà một neutron biến thành một proton
là

giải phóng một electron

Chúng ta có thể thấy điều đó trong phản
ứng này

Một electron đã được giải phóng

Đây là quá trình phân rã beta

Đây là một hạt beta

Và logic tương tự cũng được áp dụng

Chờ đã, tôi vừa tăng từ 53 lên 54 proton

Bây giờ tôi có thêm proton này, liệu tôi
sẽ có 1

điện tích dương ở đây phải không

Đúng vậy

Nhưng rất nhanh điều này có thể xảy ra--
có thể sẽ không nhận được chính xác

những electron này, có rất nhiều electron
chạy xung quanh-- nhưng

nó sẽ lấy một số electron từ một nơi nào
đó để ổn định

và sau đó nó sẽ ổn định trở lại

Nhưng bạn hoàn toàn đúng khi nghĩ, chẳng
phải nó sẽ là

ion trong một khoảng thời gian ngắn sao?

Bây giờ hãy làm thêm 1 ví dụ nữa

chúng ta có radon-222, với số hiệu nguyên
tử là 86

biến thành poloni-218, với số hiệu nguyên
tử là 84

Và đây thực sự là một điều thú vị

Poloni được đặt theo tên Ba Lan, bởi vì
Marie Curie,

Vào thời điểm đó, Ba Lan, đây là vào đầu
thế kỷ trước

khoảng cuối những năm 1800, Ba Lan không
tồn tại

như một quốc gia riêng biệt

Nó bị chia cắt giữa Phổ, Nga và Áo

Và họ thực sự muốn mọi người biết rằng,

chúng ta nghĩ chúng ta là một dân tộc

Vì vậy, họ đã phát hiện ra rằng khi radon
phân rã

nó tạo thành nguyên tố này

Và họ đặt tên nó theo quê hương của họ,
theo Ba Lan

Đó là đặc quyền của những người khám phá
ra các nguyên tố mới

Dù sao thì hãy quay lại với bài toán

Vậy chuyện gì đã xảy ra

Khối lượng nguyên tử của chúng ta đã giảm
đi 4

Số proton của chúng ta giảm đi 2

Một lần nữa, chúng ta có thể đã giải phóng
một hạt alpha

Hạt nhân heli, thứ có khối lượng nguyên tử
là

4 và số proton là 2

Và đó chính là điều đã xảy ra

Đây là quá trình phân rã alpha

Chúng ta có thể viết nó như là một hạt
nhân heli

Vậy nên nó không có electron

Thậm chí chúng ta có thể nói ngay rằng nó
sẽ mang

điện tích âm, nhưng sau đó nó lại mất
đi điện tích