什么是衰变

原子是保持物质化学性质的最小微粒，化学反应中原子的种类和数目保持不变，当原子被破坏，元素改变时，该反应已不属于化学反应，而成为了核反应。可见物理与化学在微粒反应方面紧密结合。利用核反应前后电荷与质量守恒可判断微粒的构成，根据微粒的构成，结合化学基本理论，可推知微粒的化学性质。

原子里具有相同质子数和不同中子数的同种元素的原子互称同位素。“同位”之意，是它们在元素周期表中共同占有一个位置。同位素这个概念是1913年由英国科学家素迪（1877～1956年）提出的，当时由于放射性元素的发现，在研究放射性元素的性质时，观察到有些放射性不同的元素，尽管它们的原子量各不相同，而化学性质却完全一样。如铀有原子量为234、235、238等多种放射性元素。同一元素的各种同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质几乎完全相同。在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子百分比一般是不变的。同位素原子在许多方面有着广泛的应用。

原子物理中光子提供的能量在化学与生物的反应中有重要作用，公式为E＝hv＝hc/λ，其中v为光子的频率，λ为波长，c为光速，h为普朗克常数，即h＝6.63×10－34J·s，E为光子具备的能量。

例题解析

例题1．放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”。它可以用来断定古生物体死亡至今的年代。此项研究成果获得1960年诺贝尔化学奖。

1．宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后，就会形成C，写出它的核反应方程式。

2．C很不稳定，容易发生β衰变，其半衰期5730年。写出它发生衰变的方程。

3．C的生成和衰变通常是平衡的，即空气中、生物活体中C的含量是不变的。当机体死亡后，机体内的C含量将会不断减少，若测得一具古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5％，则这具遗骸死亡至今应有多少年？

【解析】

解答本题的难点在于两方面，其一是能正确理解生物体活着时因新陈代谢不断进行，C含量不变。生物体死亡后，C要按一定的半衰期衰变，而含量减少。其二是要会运用计算半衰期的公式，求出半衰期数。测定含量的方法，通常用放射计数器记录每分钟射出电子的个数，两种样品的这个数量之比往往就是C的含量比。

【参考答案】

1．N＋n→C＋H

2．C→N＋e

3．设活体中含C的量为ρ0，遗骸中含量为ρ，C的半衰期为T，半衰期的数为n，则ρ/ρ0＝1/2n，n＝3。因为n＝t/T，所以t＝nT＝17190年。

【评述】

本题是物理知识与考古学的紧密结合，而元素和同位素知识又跟化学有关，研究的又是生物体何时死亡的问题，因而具有较广泛的综合性。考生要会书写核反应方程式，掌握半衰期定义，并会进行简单计算。

例题2．氯分子的解离是一个吸热过程，每摩尔氯分子完全解离为氯原子需要吸收246.3kJ的能量。光也可以引起氯的解离。当能引起氯解离的光照射Cl2和H2的混合物时，将生成HCl。设混合气体受到汞紫外灯照射，灯的输入功率为10瓦，其中2％的能是被装在10L的容器中的混合气体吸收。在照射2.5s期间生成0.065mol的HCl气体。

1．预期引起氯解离的光的波长多大？

2．比计算的临界值长或短的波长的光也能引起氯解离吗？为什么？

3．量子产额多大？（量子产额＝每吸收一个光子得到的产物分子的个数）

【解析】

由1mol Cl2分子解离吸收的能量，可求出单个Cl2分子解离（Cl2→2Cl·）需由光子提供的能量，再由Q＝hc/λ可求得临界波长，这可与物理中的光电效应进行对比。量子产额也可转化为得到产物的分子总额与吸收的光子总数的比值进行求解。

【参考答案】

1．λ＝c/ν Q＝NA·h·ν λ＝4.91×10－7m（1分）

2．比临界值短的波长的光是有效的，比临界值长的波长的光是无效的，它的v较小，能量较小。

3．＝3.2×104

【评述】

考查物理知识在化学中的应用；考查知识迁移能力；考查信息的应用和物理公式的应用。量子产额的结果并不是1或2，而是有数万，原因何在？其实解离出1个Cl原子后能发生一系列循环反复的链锁反应，Cl·＋H2→HCl＋H·；H·＋Cl2→HCl＋Cl……。（学生不必掌握）

例题3．有A、B、C、D四种短周期元素。已知一个B原子的原子核受到a粒子的轰击得到一个A原子的原子核和一个C原子的原子核，又知C、D元素同主族，且能发生下面两个反应：

A、B 化合物＋ B、C 化合物 B单质 ＋ A、C 化合物

A、D 化合物 ＋ D、C 化合物 D单质 ＋ A、C 化合物

请回答：

1．比较B、C原子半径大小 ；画出D离子的结构示意图 。

2．写出B原子核受α粒子轰击的核反应方程式 。

3．写出两个反应方程式 ； 。

【解析】

这是一个综合物理核反应的化学推断试题。从核反应中我们可以得到：B的原子序数加上2（α粒子为氦的原子核）等于A的原子序数加上C的原子序数，仔细观察两个反应方程式；得到B、D单质，是两个归中反应，B、D应为非金属，短周期中常见的有Cl、S、N等，还有P、Si、C、B等，而它们常见的化合物极可能是氢化物与氧化物间的反应，联想2H2S＋SO2＝3S＋2H2O等反应，而C、D又同主族，很容易想到是O、S，显然满足条件，根据推进验证，A、B、C、D四种元素分别为H、N、O、S。

【参考答案】

1．B＞C；；

2．N＋α→O＋H（其它满足条件的质量数也可以）

3．2NH3＋N2O3＝2N2＋3H2O（2N2H4＋N2O4＝3N2＋4H2O也可以）；

2H2S＋SO2＝3S＋2H2O

【评述】

要适应在一门学科中渗入一些其它学科知识的试题。

基本训练

一．选择题

1．据测，哈雷彗星上碳的两种同位素12C和13C的原子个数比为65∶1，而地球上12C和13C的原子个数比为89∶1。地球上碳元素的原子量是12.011，那么哈雷彗星上碳元素的原子量应是

A 12.000 B 12.009 C 12.015 D 12.980

2．迄今为止合成的最重的元素是112号元素，它是用高能原子轰击的靶子，使锌核与铅核熔合而得，每生成一个112号元素的原子的同时向外释放出一个中子。下列说法错误的是

A 112号元素是金属元素

B 112号元素位于第七周期第四主族

C 科学家合成的112号元素的原子的中子数为166

D 112号元素为放射性元素

1999年4月，人类合成超重元素的努力竖立起了一个新的里程碑，美国劳仑斯－柏克莱国家实验室的领导人，核化学家Kenneth E. Gregorich宣布，在该实验室的88英寸回旋加速器上，研究者用高能离子轰击靶，氪核与铅核融合，放出1个中子，形成了一种新元素A；120微秒后，该A元素的原子核分裂出1个α粒子，衰变成另一种新元素B；600微秒后又释放出一个α粒子，形成另一种新元素C的一种同位素。新元素C是在1998年末，俄美科学家小组用核轰击靶时得到的。

3．人们发现新元素A、B、C的时间先后顺序为

A A B C B C B A C B A C D C A B

4．人们发现的新元素A的原子序数为

A 112 B 114 C 116 D 118

5．在1999年4月得到的C元素的一种同位素的原子核中中子数有

A 169 B 171 C 172 D 175

6．下列有关B元素性质的说法错误的是

A B元素的单质是固体

B B元素是金属元素

C B元素具有放射性

D B元素具有类似卤素的化学性质

1999年9月，日本发生了严重核泄漏，这是加工厂将核原料（六氟化钠）提炼成核反应材料（二氯化铀）时操作失误造成的，工作人员在一个加工炉中投入了16kg的核原料，大大超过了规定标准，从而造成了核泄漏。

7．这个标准为

A 临界温度 B 临界压强

C 临界体积 D 由一定的温度、压强和体积共同确定

8．下列哪种反应导致了核泄漏

A 氧化反应 B 分解反应 C 化合反应 D 链式反应

9．核泄漏会导致生物体的

A 基因重组 B 基因突变 C 基因互换 D 染色体变异

原子核放出了几个质子或中子，从而变成了另一种原子核
有α衰变：释放α射线，即氦原子核，即两个质子两个中子
β衰变：一个中子变成了一个质子和一个电子和一个电子型反中微子，电子发射出去就叫β射线