《无机化学与化学分析》章末总结19

最后一章，核化学。不算是通常意义上的化学内容，所以也不是重点。

19.1 放射性核素和放射性衰变

核子（nucleon）是组成原子核的粒子，质子和中子都是核子；核素（nuclide）则指确定数目的质子和中子结合而成的原子核。

核素自发发射射线的性质叫放射性（radioactivity），放射性衰变（radioactive decay）则是一种核素变为另一种核素或进入另一种能量状态的过程。最常见的衰变方式包括$\alpha$衰变、$\beta$衰变和$\gamma$衰变等。

• $\alpha$衰变是指放射性核发射$\alpha$粒子衰变为另一种核的过程：

$$
^{236}{88}Ra \longrightarrow ^{222}{86}Rn + ^4_2\alpha
$$

• $\beta$衰变是指放射性核发射电子变为另一种核的过程：

$$
^{210}{83}Bi \longrightarrow ^{210}{84}Po + ^0_{-1}e
$$

• $\gamma$衰变是指激发态原子发射由高能光子组成的$\gamma$射线的过程：

$$
^{60}{27}Co^* \longrightarrow ^{60}{27}Co + \gamma
$$

母体放射性核素经多代子体放射性核素最后衰变生成稳定核素，这一过程中发生的一系列核反应成为放射系（radioactive series），已知的三个天然放射系为铀系、钍系和锕系。以铀系为例：

$$
U \rightarrow Th \rightarrow Pa \rightarrow U \rightarrow Th \rightarrow Ra \rightarrow Rn \rightarrow Po \rightarrow Pb \rightarrow Bi \rightarrow Po \rightarrow … \rightarrow ^{206}Pb
$$

用核化学方程式表示核变化过程，书写时保证两端质量数之和与原子序数之和相等。

放射性核素的衰变速率用半衰期表示，符号为$t_{1/2}$。半衰期（half-life）是指放射性核素减少一半所经历的时间，每种核素都有其特定的半衰期，且半衰期不受外界条件和化合状态的影响。

衰变反应半衰期与反应物的起始浓度无关，美国化学家利比（W. F. Libby）利用这一性质发明了放射性碳14纪年法（radiocarbon dating）。

19.2 核能和核能利用

核子之间靠核力（nuclear force）结合成原子核，核力是核子之间的短程强吸引力，作用范围为$2fm$。尽管原子核由质子和中子组成，但其总质量总是小于组成它的全部核子的质量和，其差值称为质量亏损（mass defect）。

根据质能方程可知，质量亏损说明能量也相应减少，减少的能量称为核的结合能（nuclear binding energy），用其除以核子数得平均结合能/比结合能（average binding energy）。比结合能即为核子结合的过程中，每个核子释放的能量，可以据此反应核的稳定性，比结合能越大则原子核越稳定。

核裂变（nuclear fission）是重核分裂为轻核的过程，该过程释放大量能量，普通核武器和核电站都依赖于此过程。

核聚变（nuclear fusion）是由两个或多个轻核形成较重核的过程，由不同区域平均结合能曲线的斜率可判断出核聚变释放能量比核裂变要大得多。聚变反应需要很高的反应温度，因而又叫热核反应（thermonuclear reaction），也正因其条件极端苛刻，目前人类还不能实现可控核聚变。

19.3 人工核反应核超铀元素的合成

人工核反应是指原子核受中子、质子、$\alpha$粒子、重粒子等轰击而形成的核嬗变（nuclear transmulation）。人工核反应的通式为：

$$
^{A_1}{Z_1}X + ^{A_2}{Z_2}a \longrightarrow ^{A_3}{Z_3}Y + ^{A_4}{Z_4}b
$$

第一个核嬗变反应是卢瑟福在1919年实现的：

$$
^{14}_7N + ^4_2\alpha \longrightarrow ^{17}_8O + ^1_1p
$$

人工核反应的实现，使科学家在实验室合成已知元素的新核素和新的化学元素成为可能。

1940年之前，已知元素都是自然界存在的元素，同年，科学家通过人工核反应制得了第一个人工元素镎$^{239}_{93}Np$。从那时起，许多新元素陆续被合成，由于这些元素在周期表中处于铀之后，被称为超铀元素（transuranium elements）。

总结

终于写完了哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈。

接下来把其余两本无机过一遍后去学中无了。