Száz évvel ezelôtt, 1896-ban Henri Becquerel megfigyelte, hogy a kálium-uranil-szulfát, K2UO2(SO4)2 · 2 H2O olyan sugárzást bocsájt ki, amely nyomot hagy a becsomagolt fényképészeti lemezen. 1898-ban Pierre és Marie Curie a jelenséget radioaktivitásnak nevezte el. 1903-ban ôk hárman kapták a kémiai Nobel-díjat.
Az atom atommagból és elektronokból áll. Az atommagban protonok és neutronok vannak. A protonok és a neutronok együttes száma a tömegszám (M). Az elem rendszáma (Z) az atommagban levô protonok számával egyezik meg. Egy elem minden atomjának ugyanaz a rendszáma. Egy elem izotópjai különbözô számú neutronokat tartalmaznak, ezért tömegszámuk különbözô.
A kémiai reakciókban a külsô, vegyértékelektronok vesznek részt. A magreakciókban az atommag változik meg. A magkémia a magreakciók kémiai következményeivel foglalkozik.
| Magreakciók | Kémiai reakciók |
| A protonok és a neutronok az atommagban lépnek reakcióba. | Az elektronok reakciója az atommagon kívül zajlik. |
| Az elem másik elemmé alakul át. | Minden atomból ugyananyi van a kiindulási anyagok és a végtermékek között. |
| Az izotópok különbözôképpen reagálnak. | Az izotópok közel azonos módon reagálnak. |
| Nem függ a kémiai összetételtôl. | Függ a kémiai összetételtôl. |
| Az energiaváltozás 108 kJ nagyságrendű. | Az energiaváltozás 10-103 kJ/mól nagyságrendű. |
| A tömegváltozás kimutatható. | A kiindulási anyagok tömege megegyezik a termékek tömegével. |
A radioaktív atomok alfa-, béta- vagy gamma-sugárzást bocsájtanak ki.
A magreakciók egyenletei radioaktív bomlási folyamatot írnak le. Az egyenletek két oldalán a részecskék és a magtöltések száma megegyezik.
A termékek tömegszámainak összege tehát megegyezik a kiindulási anyagok tömegszámainak összegével.
A termékek magtöltéseinek összege szintén megegyezik a kiindulási anyagok magtöltéseinek összegével.
Kidolgozott feladat:
Az urán ezüstös-fehér, radioaktív fém. Moláris atomtömege
238,03. Ez a legnehezebb természetes elem. A természetben az urán három izotóp keverékeként fordul elô. Izotópjai a következôk: 238U, 235U és 234U.
Írja fel az 238U alfa-bomlását.
Megoldás:
A bal felsô indexben szereplô szám a tömegszám. A rendszámot a periódusos rendszerbôl kereshetjük ki. (Z=92) Az 238U magkémiában és magfizikában szokásos jelölése:
238
U
92
A reakcióban keletkezô részecskét jelöljük X-szel. A reakciót most így írhatjuk:
238 A 4
U --> X + He
92 Z 2
ahol a termék tömegszáma A, rendszáma Z.
Az egyenlôség feltételei akkor teljesülnek, ha
A periódusos rendszer szerint a 90-es rendszámú elem a Th. Tehát:
238 226 4
U --> Th + He
92 90 2
Most Ön következik.
A radon (Rn) színtelen, íztelen, szagtalan anyag. Nemesgáz. A rádium radioaktív bomlásakor keletkezik. Legalább 17 izotópja van. A legstabilabb izotóp tömegszáma 222.
Írja le a 222Rn alfa-bomlásának egyenletét.
Kidolgozott feladat:
A 131I a légköri atomrobbanás egyik radioaktív terméke. A laboratóriumi körülmények között elôállított 131I izotópot a pajzsmirigy méretének, alakjának és működésének meghatározására használják. (A szervezetbe kerülô jód a pajzsmirigyben halmozódik fel. A vizsgálatot 131I izotópot tartalmazó KI-oldattal végzik.) A 131I béta-bomlással bomlik.
Írja fel a 131I béta-bomlásának egyenletét.
Megoldás:
A béta-részcske magkémiai jele:
0
e
-1
Kövessük az alfa-bomlásnál alkalmazott eljárást.
131 A 0
I --> X + e
53 Z -1
Az egyenlôség feltételei akkor teljesülnek, ha
A periódusos rendszer szerint az 54-es rendszámú elem a Xe. Tehát:
131 131 0
I --> Xe + e
53 54 -1
Most Ön következik.
Az 238U radioaktív bomlásának terméke, a 234Th szintén radioaktív; béta-bomlással bomlik.
Írja le a 234Th béta-bomlásának egyenletét.
Az elôbbieken kívül másfajta önmaguktól lejátszódó radioaktív folyamatok is léteznek. Ezek közé tartozik a pozitronbomlás, az elektronbefogás és a maghasadás.
A pozitron pozitív töltésű elektron; az elektron antirészecskéje. A következô egyenlet a pozitronbomlásra mutat példát.
8 8 0
B --> Be + e
5 4 -1
7 0 7
Be + e --> Li
4 -1 3
250 142 106 1
Cm --> Xe + Mo + 2 n
96 54 42 0