Атомы, как известно, состоят из протонов, нейтронов и электронов. Число протонов, имеющих заряд +1, всегда равно числу электронов, имеющих заряд -1. Именно поэтому атом не имеет заряда (или имеет заряд 0). А вот число нейтронов в атоме может разниться. И такие разновидности называются изотопами.
Изотопы – это разновидности атомов одного элемента, которые различаются числом нейтронов.
У изотопов одного элемента всегда одно и то же число протонов (и, следовательно, заряд ядра) и число электронов. Это очень важно запомнить! Различаются изотопы одного элемента только числом нейтронов!
В природе встречаются разные изотопы, но одни существуют годами и даже веками, другие оказываются очень нестойкими и существуют несколько дней или несколько секунд. Можно ли превратить один изотоп в другой, удалив или добавив нейтрон в ядро? Да, человечество уже научилось кое-что делать для этого. И тут нам стоит поговорить о понятии «радиоактивность».
Как протекает процесс радиоактивного распада, мы будем разбирать позднее, а сейчас поговорим о радиоактивности в общем. Сразу надо отметить, что радиоактивный распад – это процесс особый. Когда речь идёт о физических превращениях, то не происходит изменения состава вещества. Примером может служить таяние льда, когда имеет место лишь изменение агрегатного состояния воды, но состав вещества (воды) не меняется.
При химических превращениях происходит изменение состава вещества. Например, если через воду пропустить ток, то образуется два вещества, кислород и водород:
2Н2О = 2Н2 + О2
Здесь мы видим, что было одно вещество (вода), а получились два новых (кислород и водород). Важно, что при химических превращениях внутри атомов нет никаких преобразований!
Атом водорода в молекуле воды и в молекулу газообразного водорода – это один и тот же атом!
То же и с атомом кислорода – он не меняется.
В ходе радиоактивного распада меняется сам атом.
Это принципиальное отличие радиоактивного распада от прочих процессов. Трансформации происходят в самом ядре, при этом меняется число нейтронов или образуются новые частицы.
Теперь перейдём к простым примерам. Наверняка вы что-то слышали о радиоактивных веществах, используемых в реакторах атомных электростанций и при создании оружия. Чаще всего упоминаются уран и плутоний.
Давайте найдём уран в таблице Менделеева. Он имеет порядковый номер 92 и находится в ряду актиноидов. Заряд ядра урана – 92 (это показывает порядковый номер), столько же в атоме урана и электронов. А вот число нейтроном у изотопов урана может различаться. В природе существует три изотопа:
уран-234, в ядре которого 142 нейтрона,
уран-235, в ядре которого 143 нейтрона,
уран-238, в ядре которого 146 изотопов.
Радиоактивностью обладает только уран-235, но его процентное содержание в природе очень мало, поэтому в промышленности используют технологию обогащения урана, доводя долю урана-235 в топливе до 80%.
А вот плутоний в природе встречается в ничтожных количествах, добыть его практически невозможно. В таблице Менделеева плутоний находится на 94-м месте и тоже стоит в ряду актиноидов. Откуда же его берут? Дело в том, что плутоний-239 (атом, в составе которого 94 протона, 94 электрона и 145 нейтронов) получают искусственно из урана-238, которого в природе очень много и который радиоактивным не является.
Обратите внимание, что радиоактивностью обладают не все изотопы, это свойства лишь отдельных изотопов.