Natürliche Kernreaktionen und radioaktive Zerfälle
Bei radioaktiven Reaktionen bleiben Ladung und Mas-Nummer
erhalten. Jetzt erklären wir die radioaktiven Zerfälle, Strahlung
nacheinander.
1. Alpha-Zerfall (Strahlung):
Alpha (
α) Partikel können als
Helium-4-Kerne (24He+2) bezeichnet
werden. Nach dem Alpha-Zerfall nimmt die Atomzahl des Kerns um 2 und
die Massenzahl um 4 und die Anzahl der Neutronen um 2 ab.
Beispiel:
92238U
→
90234Th + 24He
86222Rn
→ 84218Po
+ 24He
Eigenschaften von α Partikeln:
- Da sie positiv geladen sind, ist ihre
Ionisationsfähigkeit hoch.
- Sie werden durch ein elektrisches
Feld beeinflusst und weichen in Richtung einer negativ geladenen
Platte ab.
- Ein Stück Papier kann die Bewegung
von α Partikeln stoppen.
2. Betazerfall (Strahlung):
Bei der Umwandlung eines Neutrons in ein Proton entsteht
Beta-Strahlung. Nach diesem Prozess erzeugte Partikel sind
Elektronen. Wir zeigen es in Kernreaktionen mit dem griechischen
Buchstaben "β-"
01n → 11p +
-10e(
β-)
Nach dem Beta-Zerfall steigt die Anzahl der Protonen um eins und die
Anzahl der Neutronen sinkt um eins. Somit bleibt die Massenzahl
konstant.
Beispiel:
55137Cs → 56137Ba
+ -10e
13H → 23He +
-10e
614C → 714N +
--10e
Eigenschaften von Beta-Partikeln:
- Beta-Partikel bewegen sich mit einer
Geschwindigkeit, die näher an der Lichtgeschwindigkeit liegt.
- Da ihre Ladung geringer ist als die
von Alpha-Partikeln, ist ihre Ionisationsfähigkeit geringer als
die von Alpha-Partikeln.
- Da es sich um geladene Teilchen
handelt, weichen sie in elektrischen und magnetischen Feldern
ab.
- Ihre Durchdringungsfähigkeit ist
höher als die von Alpha-Partikeln. Sie können Aluminium mit
einer Dicke von 2 bis 3 mm durchdringen.
3. Positronenzerfall (Strahlung):
Es wird auch Beta-positiver Zerfall genannt. Es wird mit
+10e oder
β+ bezeichnet. Der
Positronenzerfall ist die Umwandlung eines Protons in ein Neutron.
11p → 01n +
+10e
Beim Zerfall von Positronen bleibt die Massenzahl erhalten, jedoch
nimmt die Anzahl der Protonen um eins und die Anzahl der Neutronen
um eins ab.
Beispiel:
1938K → 1838Ar
+ +10e
53122I → 52122Te
+ +10e
2754Co → 2654Fe
+ +10e
Eigenschaften von Positronenteilchen:
- Da es sich um geladene Teilchen
handelt, weichen sie in elektrischen und magnetischen Feldern
ab.
- Positronenteilchen haben die gleichen
Eigenschaften wie Beta-Teilchen hinsichtlich der Fähigkeit, zu
ionisieren und einzudringen.
4. Gamma-Zerfall (Strahlung):
Gammastrahlen sind kurzwellige elektromagnetische Wellen.
Gamma-Zerfälle treten nach anderen Strahlungen auf, um überschüssige
Kernenergie zu emittieren und stabil zu werden. Gammastrahlung wird
mit "
γ" angezeigt.
In Reaktionen wird es als "
00γ" angezeigt. Nach dem
Gammazerfall bleiben die Ordnungszahl und die Massenzahl des Kerns
erhalten.
Beispiel:
1st step: 94240Pu
→ [92236U]
+24He
2nd step: 92236U
→ 92236U
+ 00γ
Eigenschaften von Gammastrahlen:
- Sie sind hochenergetische
elektromagnetische Wellen
- Da sie neutral sind, weichen sie
nicht im elektrischen und magnetischen Feld ab.
- Ihre Durchdringungsfähigkeit ist zu
hoch.
5. Elektroneneinfang:
Einige Kerne fangen ein Elektron in der inneren Hülle ein. Dieses
Elektron wandelt ein Proton in ein Neutron im Kern um.
11p + -10e → 01n
Nach dem Elektroneneinfang bleibt die Massenzahl erhalten, die
Atomzahl sinkt um eins und die Anzahl der Neutronen steigt um eins.
Beispiel:
2758Co + -10e → 2658Fe
47106Ag + -10e → 46106Pd
Beispiel:
90234X + β- → Y + γ + 2β+ +
α
Bestimmen Sie die Anzahl der Protonen und die Massenzahl von Y in
der oben angegebenen Reaktion.
Lösung:
Anzahl der Protonen auf der linken Seite der Reaktion ist;
90 + (- 1) = 89
Somit muss die Anzahl der Protonen auf der rechten Seite der
Reaktion 89 betragen.
Y+1.(0) + 2.(+1) +2 =89
Y+4=89
Y = 85 Anzahl der Protonen
Die Massenzahl der Reaktanten muss gleich der Massenzahl der
Produkte sein.
234 + 0 = 234 Massenzahl der Reaktanten
Y + 1. (0) + 2. (0) + 4 = 234
Y + 4 = 234
Y = 230 Massenzahl von Y
85230Y
Beispiel: X zerfällt im Kern und wird in Y
umgewandelt. Die folgende Grafik zeigt Änderungen der Massenzahl
gegenüber der Atomzahl von X.
Welche der folgenden Aussagen sind wahr?
I. X macht
2α und
4 β- Zerfälle
II. X und Y sind Isotope
III. Die Neutronenzahl von Y ist 126
Lösung:
In
β- Zerfall bleibt
die Massenzahl konstant und die Ordnungszahl steigt um 1. In
α Zerfall sinkt die Massenzahl um
4 und die Ordnungszahl um 2.
I. Wie in der Grafik gezeigt, macht X 2α und 4 β- Zerfälle I ist wahr
II. Wir sehen, dass in Grafik X und Y die gleiche
Ordnungszahl haben, also Isotope sind. II ist wahr
III. In der Grafik sehen wir, dass die Ordnungszahl von
Y 84 und die Massenzahl 210 ist
210-84 = 126 Neutronen III ist wahr.
Kernchemie
(Radioaktivität) Prüfungen und Problemlösungen
