26-5 „Rodokmene“ rádioaktívnych prvkov, rozpadové rady

26-1 Objav rádioaktivity; 26-2 Štruktúra atómového jadra; 26-3 Trubicové lúče a izotopy; 26-4 Lúče alfa, beta a gama; 26-5 "Rodokmene" rádioaktívnych prvkov, rozpadové rady; 26-6 Energia rozpadu;
26-7 Polčas rozpadu (premeny); 26-8 Datovacia metóda U-Pb; 26-9 Rádiokarbónová metóda; 26-10 Tríciová metóda;

Úlohy

26-4 Lúče alfa, beta a gama

26-5 „Rodokmene“ rádioaktívnych prvkov, rozpadové rady

Rádioaktivita, ako ho pozoroval Becquerel, je zložití dej, ktorého sa zúčastní viac rádioaktívnych prvkov. F. Soddy⁶ a Rutherford spolu preukázali, že rádioaktívne horniny obsahujú vyše tuctu rádioaktívnych prvkov a vytvárajú „rodiny“.

uránový rozpadový rad — Obr. 26.3:Uránový rozpadový rad. Pod prvkami je uvedený polčas rozpadu rok (a), deň (d), hodina (h). Prerušované čiary predstavujú alternatívne rozpadové kanály: časť atómov sa rozpadá týmito kanálmi.

V najdôležitejšej rodine, v rodine uránu – kam patrí aj rádium – úlohu hlavy rodiny hrá urán, a tomuto dlho žijúcemu prvku sa narodí nespočetne veľa detí, vnúčat, pravnúčat a podobne – jeho „rodokmeň“ je znázornený na obr. 26.3. Jadro $_{92}^{238} U$ (matka) vyžiari časticu alfa, a tým sa premení na iný prvok (dcéru), ktorý zatiaľ označme X. Nakoľko častica alfa odnáša z jadra 2 protóny a 2 neutróny, atómové číslo dcérinho prvku X bude $92 - 2 = 90,$ kým jeho atómové hmotnostné číslo bude $238 - 4 = 234 .$ Podľa periodickej sústavy prvkov atómové číslo 90 prislúcha tóriu (Th). Daný izotop uránu sa teda premenil na jeden z izotopov tória, čo pomocou rovnice jadrovej reakcie môžeme zapísať nasledovne

$_{92}^{238} U \to_{2}^{4} He +_{90}^{234} Th .$

Nakoľko vo všetkých jadrových reakciách elektrický náboj (atómové číslo, tj. protónové číslo) sa zachováva, a zachováva sa aj počet nukleónov (atómové hmotnostné číslo), na oboch stranách rovnice sa súčet dolných indexov a horných indexov musí rovnať. Jadro $_{90}^{234} Th$ sa rozpadá ale ďalej, a vyžiarením beta častice sa premení na určitý prvok Y (teraz to nepomýľme s prvkom ytrium!). Vyžiarením elektrónu sa počet nukleónov nezmení, hmotnostné číslo Y je naďalej 234. Odobratím elektrónu sme však odobrali jeden záporný náboj, čo je to isté, akoby sme do jadra pridali jeden kladný náboj, preto atómové číslo prvku Y je 91. Prvok s atómovým číslom 91 je protaktínium (Pa), a rovnica jadrovej reakcie je

$_{90}^{234} Th \to_{- 1}^{0} β +_{91}^{234} Pa .$

Po celkom 7-ich alfa a 6-ich beta rozpadoch sa dostaneme k atómu polónia, ktorý po vyžiarení 8-ej častice alfa sa premení na olovo (Pb): jeho atómové číslo je $92 - 8 \times 2 + 6 \times 1 = 82$ , a jeho atómová hmotnosť je $238 - 4 \times 8 = 206 .$ Tento izotop olova ( $^{206} Pb$ ) je už stabilný, a nemáme viac rádioaktívnych premien, rozpadov.

Znázornenie rodokmeňa tória prípadne aktínia je postup rovnaký ako v prípade uránu, končia v stabilnom $^{208} Pb$ prípadne $^{207} Pb$ . Tieto rodokmene nazývame dnes rozpadové rady pomenované väčšinou po prvých prvkoch⁷: uránový rad, tóriový rad, aktíniový rad a neptúniový rad.

Môžeme spomenúť, že okrem týchto rozpadových radov, ku ktorým patria najťažšie prvky periodickej sústavy, a dostanú sa k stabilným izotopom olova prostredníctvom série alfa a beta rozpadov, aj ľahšie jadrá majú izotopy, ktoré sa ale rozpadajú v jedinom kroku. Patrí sem napríklad samárium ( $^{148} Sm$ ), ktorý sa alfa rozpadom premení na stabilný neodým ( $^{144} Nd$ ), alebo beta žiariče draslík $^{40} K$ či rubídium ( $^{87} Rb$ ), z ktorých vzniká stabilný vápnik ( $^{40} Ca$ ) či stroncium ( $^{87} Sr$ ).

⁶Frederick Soddy [frederik soddy] (02.09.1877 - 22.09.1956) anglický nukleárny chemik, nositeľ Nobelovej ceny za chémiu za rok 1921, „za jeho prispenie k poznatkom o chémii rádioaktívnych látok, a za skúmanie pôvodu a povahy izotopov“. Soddy zaviedol pojem izotop (v gréčtine „to isté miesto“).

⁷Presnejšie, sú pomenované po najdlhšie žijúcich prvkoch daného radu - výnimkou je aktíniový rad, kde najdlhšie žijúcim prvkom je U-235, ale nechceme dva rady s rovnakým názvom.

26-6 Energia rozpadu