Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 2.2. Периодическая система элементов. Все элементы могут быть размещены в виде таблицы в порядке, соответствующем числу протонов в их ядрах и расположению электронов в их внешних оболочках. На основе положения любого элемента в периодической системе можно предсказать его химическое поведение.
# Протон
.. ...-Д:'-' ...-.V:--* • Электрон
'--mw
Водород,1а.еж Дейтерий, Zа.е.м. Тритий, За.е.м.
Устойчивый Устойчибый Радиоактивный
Рис. 2.3. Изотопы водорода. У всех трех изотопов водорода имеется единственный орбитальный электрон, но они отличаются по массе ядер (и по устойчивости). Устойчивые водород и дейтерий имеют один протон и один протон плюс один нейтрон соответственно; в ядре нестабильного (радиоактивного) трития находятся один протон и два нейтрона.
по существу, совпадают, между изотопами существуют два важных различия, которые и составляют основу для схем определения возраста.
Во-первых, в ультрамикромире атомов и молекул химические реакции обусловлены их скоростями. При одинаковых ускоряющих воздействиях более тяжелые частицы приобретают мепьпше скорости, чем более легкие. В результате этого более легкие изотопы легче вступают в химические реакции, быстро протекающие в одном направлении. Так, в биологических системах изотоп азота 14N реагирует легче, чем более тяжелый изотоп 15N, и поэтому биологические системы стремятся накопить большее количество 14N, чем 15N. Аналогично происходит и обогащение изотопом 12С по сравнению с 13С и 1бО по сравнению с 180. Это селективное обогащение биологических систем легкими изотопами может быть измерено.
Во-вторых, изотопы обладают различной устойчивостью. Физическая теория пока не может этого объяснить, но факты таковы, что некоторые сочетания протонов и нейтронов устойчивы, тогда как другие неустойчивы и подвергаются радиоактивному распаду. И водород 1Н, и дейтерий 2Н устойчивы, но тритий 3Н распадается, высвобождая высокоскоростной электрон, называемый р-части-цей; в этом процессе 3Н превращается в 3Не. Изотопы углерода 12С и 13С устойчивы, но 14С распадается с освобождением р-частицы, превращаясь в устойчивый 14N.
Аналогично изотопы калия 39К и 4|К устойчивы, по
Пример к-распада
238 и 2°6РЬ 8а-частиц
А = 92 А = 76 (92 ~ 16) + (всего 16 протоноВ
Z = 2}8 Z = 2об (2}8 - *2, и 16 нейтронов)
Пример р-распада
40К 40 Са
А --- 19 А = 2о (19 + 1)
Z --- 40 Z = 40 (fie меняется)
7 бытоэнергетический электрон
+ 1 у-фотон
Рис. 2.4. Механизмы радиоактивного распада. Существует три типа распада радиоактивных изотопов: испускание а-частицы, в котором ядро одновременно теряет два протона и два нейтрона (а-ча-стицу); ^-распад, в котором теряется один высокоэнергетический электрон, и электронный захват, в котором тер'яется один высоко-энергетический (у) фотон.
40К распадается, испуская р-частицу и превращаясь в 40Са. 40К может распадаться и по другому пути (называемому путем электронного захвата), в котором один из находящихся на орбите электронов захватывается ядром и соединяется с протоном, образуя нейтрон. В этом случае продуктом является 40Аг.
Многие из более сложных элементов, имеющих большее число протонов и нейтронов, распадаются на продукты, которые сами радиоактивны. Рядами радиоактивного распада характеризуется поведение 235U и 238U- Часто в этих процессах распада испускаются а-частицы (ядра гелия, состоящие из двух нейтронов и двух протонов).
Процессы распада радиоактивных изотопов можно подразделить на группы по типам распада (рис. 2.4). Ядра, испускающие электрон (Р-частицу), не просто выбрасывают находившийся на орбите электрон; он появляется в
ядре при распаде нейтрона на протон и электрон. В этом процессе, называемом Р-распадом, атомный номер увеличивается на единицу и один элемент превращается в другой. При а-распаде атомный номер уменьшается на две единицы (теряются два протона), а масса — на четыре (два протона плюс два нейтрона) на каждую выбрасываемую а-частицу. Электронный захват (или К-захват) является процессом, обратным испусканию Р-частицы, поскольку при этом протон ядра захватывает внутренний электрон с К-орбиты и становится нейтроном. При К-за-хвате атомный номер уменьшается на единицу, а масса остается неизменной.
Скорость, с которой распадается радиоактивный изотоп какого-либо элемента, строго постоянна для него, она не зависит ни от каких изменений окружающей среды. Скорости распада обычно выражают в периодах полураспада; период полураспада изотопа — это время, требуемое для распада половины его имеющегося количества. Тогда как точный момент распада каждого отдельного атома предсказать невозможно, периоды полураспада определяют со значительной точностью, поскольку этот процесс подчиняется статистическим законам. Даже в очень маленьких по размеру образцах вещества присутствует большое число атомов, например 1 г углерода содержит около 5 • 1022 атомов.
