核化學(xué)與放射化學(xué)復(fù)習(xí)丁藝省公開課一等獎(jiǎng)全國示范課微課金獎(jiǎng)

核化學(xué)與放射化學(xué)復(fù)習(xí)第1頁放射化學(xué)：研究放射性物質(zhì)，及與原子核轉(zhuǎn)變過程相關(guān)化學(xué)問題化學(xué)分支學(xué)科第2頁1、放射性：在包括放化操作整個(gè)過程中，放射性一直存在，放射性核素一直按固有速率衰變，并釋放出帶電粒子或射線。這是放射化學(xué)最主要特點(diǎn)。2、不穩(wěn)定性：因?yàn)榉派湫晕镔|(zhì)總是在不停地衰變，由一個(gè)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)或各種物質(zhì)，使研究體系組成不停發(fā)生改變。這就要求對應(yīng)快化學(xué)研究方法。3、微量性：放射性物質(zhì)量通常都比較?。╣、ng級），低于普通化學(xué)方法檢出限。操作中要注意丟失現(xiàn)象。放射化學(xué)特點(diǎn)第3頁同位素：質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不一樣兩個(gè)或多個(gè)核素。第4頁同質(zhì)異能素：處于不一樣能量狀態(tài)且其壽命能夠用儀器測量同一個(gè)原子核第5頁質(zhì)量虧損：組成原子核Z個(gè)質(zhì)子和（A-Z）個(gè)中子質(zhì)量和與該原子核質(zhì)量m(Z,A)之差稱為質(zhì)量虧損，用m(Z,A)表示m(Z,A)=Zmp+(A-Z)mn-m(Z,A)=ZMH+(A-Z)mn-M(Z,A)第6頁質(zhì)量過剩(Massexcess)以原子質(zhì)量單位表示原子質(zhì)量M(Z,A)與原子核質(zhì)量數(shù)A之差稱為質(zhì)量過剩，用表示

=M(Z,A)-A第7頁B(Z,A)=m(Z,A)c2原子核結(jié)合能：由Z個(gè)質(zhì)子和N個(gè)中子結(jié)合成質(zhì)量數(shù)為A=Z+N原子核時(shí)，所釋放能量稱為該原子核結(jié)合能，以B(Z,A)表示第8頁比結(jié)合能：原子核結(jié)合能對其中全部核子平均值

亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均對每個(gè)核子所要添加能量。用于表示原子核結(jié)合松緊程度。將結(jié)合能B(Z,A)除以核子數(shù)A，所得商ε第9頁10半衰期

放射性原子核數(shù)目因衰變減小到原來核數(shù)二分之一所需要時(shí)間表示方法：放射性衰變服從指數(shù)衰減規(guī)律式中：N0為t＝0時(shí)母體同位素原子數(shù)；N為時(shí)間t時(shí)存在母體同位素原子數(shù)；e為自然底數(shù)，e=2.71828;λ為衰變常數(shù)，它表示一個(gè)放射性原子核在單位時(shí)間內(nèi)衰變概率.

第10頁11放射性活度及其單位放射性樣品單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變原子核數(shù)。以A表示。定義：單位：貝可勒爾（Bq）：1Bq=每秒1次核衰變居里（Ci）:1Ci=3.7×1010次衰變/s放射性活度是指單位時(shí)間發(fā)生衰變原子核數(shù)目，而不是放射源發(fā)出粒子數(shù)目。第11頁放射性平衡在遞次衰變中，假如母體半衰期比任何一代子體都長，從純母體出發(fā)，經(jīng)過足夠長(5～10倍于最長子體半衰期)時(shí)間以后，母體原子數(shù)(或放射性活度)與子體原子數(shù)(或放射性活度)之比不隨時(shí)間改變，稱在該母子體之間到達(dá)了放射性平衡，又稱久期平衡。

第12頁暫時(shí)平衡某種放射性核素母體按本身衰變規(guī)律產(chǎn)生子體核素。若母體半衰期在有限程度上長于子體半衰期，在經(jīng)過一定衰變期以后，子體核素原子數(shù)以一個(gè)固定比值與母體原子數(shù)建立平衡現(xiàn)象就是暫時(shí)平衡T1＞T2，λ1＜λ2第13頁長久平衡當(dāng)母體半衰期T1很長時(shí)，在通常測量時(shí)間內(nèi)，觀察不到母體放射性活度改變，稱為長久平衡

T1＞＞T2，λ1＜＜λ2第14頁不成平衡當(dāng)母體半衰期T1小于子體半衰期T2時(shí)，或者λ1＞λ2，母體以自己半衰期衰減，子體則從零開始生長，到達(dá)極大值后以慢于母體速度衰減，待時(shí)間足夠長[t＞（7-10）T1]，母體衰變殆盡，子體以其本身半衰期衰減。整個(gè)過程母、子體放射性活度之比一直在改變，不存在任何放射性平衡稱為長久平衡。T1＜T2，λ1＞λ2

第15頁長久平衡:

T1>>T2，λ1<<λ2例：有一鈾礦樣品，測得其中含238U1g，含226Ra3.59×10-7g，問該礦石中鈾與鐳是否平衡？第16頁放射性衰變類型依據(jù)原子核中放出射線種類，可將放射性衰變分為以下幾個(gè)類型：1.α衰變

α衰變時(shí)，放射性母體同位素(X)放出α粒子(實(shí)際為氦原子核)而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)新子體核素(Y):第17頁

β衰變是指原子核自發(fā)地放射出β粒子（電子或正電子）或俘獲一個(gè)軌道電子而發(fā)生核內(nèi)核子之間相互轉(zhuǎn)化過程。原子核從核外電子殼層中俘獲一個(gè)軌道電子過程稱軌道電子俘獲（Electroncapturedecay(EC,ore)）（K俘獲、L俘獲）2.β衰變第18頁3.γ衰變

γ衰變是指從原子核內(nèi)部放出一個(gè)電磁輻射，它普通是伴伴隨α或β衰變產(chǎn)生.原子核經(jīng)過γ衰變從能量較高激發(fā)狀態(tài)躍遷到較低能量狀態(tài)(基態(tài)).第19頁4.電子俘獲衰變（EC）

原子核從核外電子殼層中俘獲電子而發(fā)生放射性衰變叫電子俘獲衰變.

母體經(jīng)過從核外俘獲電子而使核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶雍椭形⒆?第20頁放射性衰變規(guī)律放射性同位素不論其衰變方式怎樣，它們數(shù)量隨時(shí)間減小都服從于指數(shù)定律：

N=N0e-λt式中：N0為t＝0時(shí)母體同位素原子數(shù)；N為時(shí)間t時(shí)存在母體同位素原子數(shù)；e為自然底數(shù)，e=2.71828;λ為衰變常數(shù)，它表示一個(gè)放射性原子核在

單位時(shí)間內(nèi)衰變概率.

第21頁放射性衰變系列

在已知天然放射性同位素中，原子序數(shù)大于82放射性同位素可組成三個(gè)天然放射性衰變系列.

依據(jù)其母體同位素，可分別稱為238U衰變系列(鈾系)、235U(錒鈾系)和232Th(釷系).人工放射性同位素發(fā)展后，又發(fā)覺237Np衰變系列(镎系).它們基本特征是，在同一個(gè)衰變系列中，母體與子體同位素原子量之差為4倍數(shù)第22頁第23頁原子核反應(yīng)

入射粒子（或原子核）與原子核（靶核）碰撞造成原子核狀態(tài)發(fā)生改變或形成新核過程原子核衰變

原子核自發(fā)射出某種粒子而變?yōu)榱硪粋€(gè)核過程第24頁核反應(yīng)普通表示式：A

為靶核；a

為入射粒子；B

為剩下核；b1,b2…為出射粒子。或：對于出射粒子為一個(gè)情況：二體反應(yīng)或：三體反應(yīng)出射粒子為兩個(gè)情況：第25頁核反應(yīng)能Q對核反應(yīng)：靜止質(zhì)量對應(yīng)動(dòng)能由能量守恒：反應(yīng)能Q定義為：Q>0

為放能反應(yīng)；Q<0

為吸能反應(yīng)。第26頁核反應(yīng)閾能

核反應(yīng)中，若為吸能反應(yīng)，這時(shí)核反應(yīng)能Q<0，需要提供能量核反應(yīng)才能進(jìn)行。提供方式是由入射粒子攜帶

我們將能使核反應(yīng)發(fā)生最小入射粒子動(dòng)能定義為：核反應(yīng)閾能，以表示。第27頁粒子加速器（particleaccelerator）：

是一個(gè)用人工方法產(chǎn)生高速帶電粒子裝置

第28頁

核反應(yīng)堆是一個(gè)能維持和控制核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)或核聚變反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)核能-熱能轉(zhuǎn)換裝置。

從能量產(chǎn)生方式看，核反應(yīng)堆能夠分成裂變反應(yīng)堆和聚變反應(yīng)堆兩大類。當(dāng)前世界上有大小反應(yīng)堆上千座，絕大多數(shù)屬于裂變反應(yīng)堆，而聚變反應(yīng)堆因?yàn)榧夹g(shù)原因，尚處于發(fā)展過程中。第29頁放射性核素Radioactiveisotope：能發(fā)生放射性衰變核素。放射性核素按其起源有天然放射性核素和人工核素之分載體Carrier：

載體：是以適當(dāng)數(shù)量載帶某種微量物質(zhì)共同參加某化學(xué)或物理過程另一個(gè)物質(zhì)

載體與被載帶物含有相同化學(xué)行為，最終能與放射性物質(zhì)一起被分離出來第30頁載體有兩類：同位素載體、非同位素載體同位素載體：載體是微量物質(zhì)同位素

分離89Sr、90Sr用SrCl2；137Cs用CsCl，131I用127I，3H用1H等非同位素載體：載體不是微量物質(zhì)同位素

分離226Ra加入Ba，

147Pm钷-Nd(NO3)3；99Tc-NH4ReO4

第31頁放射性核素純度(Radionuclidepurity)

放射性核素純度也稱放射性純度，指在含有某種特定放射性核素物質(zhì)中，該核素放射性活度對物質(zhì)中總放射性活度比值。（該物質(zhì)中可能有各種放射性核素，放射性核素純度只與其中放射性雜質(zhì)量相關(guān)，而與非放射性雜質(zhì)量無關(guān)）第32頁放射化學(xué)純度(Radiochemicalpurity)

簡稱放化純度，指在一個(gè)放射性樣品中，以某種特定化學(xué)形態(tài)存在放射性核素占總該放射性核素百分?jǐn)?shù)（該物質(zhì)中可能有各種放射性核素，只針對某一個(gè)放射性核素而言）第33頁比活度(Specificactivity)

也稱為比放射性，指放射源放射性活度與其質(zhì)量之比，即單位質(zhì)量(通慣用重量表示)產(chǎn)品中所含某種核素放射性活度式中：A，mA分別是物質(zhì)中某種放射性核素化合物放射性活度及其質(zhì)量，m是該物質(zhì)中穩(wěn)定核素化合物質(zhì)量通常情況下，mmA，則

第34頁對于無載體純放射性核素設(shè)系數(shù)K=6.02×1023×0.693S0該放射性核素一個(gè)特征常數(shù)，單位為Bq/gk值：S/60→min/60→h/24→d/365→a第35頁共沉淀法

此法是放射化學(xué)分離中應(yīng)用最早一個(gè)分離方法，對微量放射性物質(zhì)而言，是一個(gè)分離和富集放射性核素有效伎倆。

定義

當(dāng)溶液中引入某種常量物質(zhì),并使之形成沉淀時(shí),微量放射性核素能隨常量物質(zhì)一起自溶液轉(zhuǎn)入沉淀物中現(xiàn)象第36頁共沉淀機(jī)制形成混晶表面吸附生成化合物第37頁（1）形成混晶例子：BaSo4-RaSO4混晶，微量組分Ra取代一小部分BaSo4晶格上Ba位置。微量組分在常量組分沉淀中分配服從均勻分配定律：也可服從對數(shù)分配定律：式中：a、x—微量組分在體系和晶體中量；b、y—常量組分在體系和晶體中量；

D、λ—分離系數(shù)和對數(shù)分配系數(shù)

影響共沉淀原因有：溫度、液相組成、固相組成及溶劑等第38頁（2）表面吸附最慣用吸附劑是無定型氫氧化鐵，慣用（Fe（OH）3、Al（OH）3等氫氧化物，PbS等硫化物，磷酸鈦、磷酸鈣等磷酸鹽，硫酸鹽、鹵化物及草酸等）吸附效率影響原因：

①微量組分形成化合物溶解度，溶解度愈小，越輕易被吸附②無定型沉淀表面所帶電荷符號(hào)及數(shù)量，當(dāng)微量組分所帶電荷符號(hào)與沉淀相反時(shí)，吸附量大，所以pH及其它電解質(zhì)存在將有較大影響③吸附劑表面積大小，表面積越大，吸附量越大

與形成混晶相比，表面吸附共沉淀選擇性要差得多第39頁（3）生成化合物

主要是指用有機(jī)沉淀劑時(shí)，生成化合物，主要指生成螯合物及離子締合物

生成螯合物：在不一樣pH下，1-硝基-2-萘酚能夠載帶60Co、59Fe、237Pu等

離子締合物：金屬離子與中性絡(luò)合劑或陰離子配體形成絡(luò)合離子后，能夠與相對分子量較大含有相反電荷有機(jī)沉淀劑生成難溶離子締合物，從而使微量金屬離子被載帶下來。

慣用有機(jī)沉淀劑：甲基紫、次甲基藍(lán)、羅丹明B等，如：在氯化物溶液中，In3+以InCl4-配陰離子存在，次甲基藍(lán)可使