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超鈾元素的結構為何?為什麼不穩定(具放射性)?(彰化/小麻煩•小周) |
維尼哥哥:
超鈾元素和其他元素並沒有不同,還是由電子、質子和中子組成。
為什麼有的元素具放射性呢?同一種元素的質子數是固定不變的,但是電子數和中子數則可能不同。電子數不同的時候,就是所謂的離子狀態,而中子數不同的時候,就是所謂的同位素。自然界任何元素都具有不同的同位素,以碳為例子,它的同位素共有十三種,如下表:
質子數 |
中子數 |
質量數 |
穩定性 |
自然界存在之比例 |
6 |
2 |
8 |
非常不穩定 |
人造 |
6 |
3 |
9 |
非常不穩定 |
人造 |
6 |
4 |
10 |
不穩定 |
人造 |
6 |
5 |
11 |
不穩定 |
人造 |
6 |
6 |
12 |
穩定 |
98.89% |
6 |
7 |
13 |
穩定 |
1.11% |
6 |
8 |
14 |
不穩定 |
少於0.01% |
6 |
9 |
15 |
不穩定 |
人造 |
6 |
10 |
16 |
不穩定 |
人造 |
6 |
11 |
17 |
非常不穩定 |
人造 |
6 |
12 |
18 |
非常不穩定 |
人造 |
6 |
13 |
19 |
非常不穩定 |
人造 |
6 |
14 |
20 |
非常不穩定 |
人造 |
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- 其中存在於自然界中的只有C12、C13、C14三種,而穩定存在的只有C12和C13,C14和另外十種人造的同位素,其原子核都不穩定,很容易就分裂開來,而具有放射性,我們把它們稱為『放射性同位素』。
同位素是不是穩定,牽涉到原子核裡中子數(N)和質子數(P)的比例關係。通常,原子序小的元素,當N/P等於1或略大於1的時候最為穩定。而原子序越大,這個穩定的比值可以增加到1.5左右。在這個範圍之外的同位素,原子核都不穩定,會發生分裂現象,而具有放射性,並逐漸轉變為穩定的元素。(這個過程叫做『放射性衰變』。)
但是任何量的放射性同位素,並非全部同時發生衰變,而是大部分保持穩定,只有小部份產生衰變。而當放射性同位素中剛好有一半發生衰變所需的時間,叫做『半衰期』。(利用C14的半衰期,偵測含碳物質中C14同位素的含量,以測定該物質的年代,是考古學與地質學上的重要方法。)
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- 放射性同位素的原子核分裂時,所放出的放射性輻射有三種:
輻射種類 |
性
質 |
速
度 |
穿
透
力 |
α射線 |
即氦原子核,含兩個質子、兩個中子 |
光速的十分之一 |
弱(厚紙板即可阻擋) |
β射線 |
電子流 |
光速的一半 |
中(0.1公分的鋁板可阻擋) |
γ射線 |
高能量的電磁波 |
光速 |
強(1.5公分的鋁板方能阻擋) |
而超鈾元素,都是人造元素,其原子核中的中子數過高,因此相當不穩定,很快就衰變成其他穩定的元素,當然具有放射性!(而且其半衰期都相當相當短,即使好不容易創造出來,也存活不久!)
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