Relazione tra decadimento radioattivo ed emivita

Ci sono alcuni isotopi presenti in natura che sono instabili a causa del numero squilibrato di protoni e neutroni che hanno nel loro nucleo di atomi. Pertanto, per diventare stabili, questi isotopi subiscono un processo spontaneo chiamato decadimento radioattivo. Il decadimento radioattivo fa convertire un isotopo di un particolare elemento in un isotopo di un altro elemento. Tuttavia, il prodotto finale del decadimento radioattivo è sempre stabile rispetto all'isotopo iniziale. Il decadimento radioattivo di una certa sostanza è misurato da un termine speciale noto come emivita. Il tempo impiegato da una sostanza per diventare la metà della sua massa iniziale attraverso il decadimento radioattivo è misurato come l'emivita di quella sostanza. Questa è la relazione tra il decadimento radioattivo e l'emivita.

Aree chiave coperte

1. Cos'è il decadimento radioattivo
      - Definizione, meccanismi, esempi
2. Cos'è Half Life
      - Definizione, spiegazione con esempi
3. Qual è la relazione tra decadimento radioattivo ed emivita
      - Decadimento radioattivo ed emivita

Termini chiave: emivita, isotopi, neutroni, protoni, decadimento radioattivo

Cos'è il decadimento radioattivo

Il decadimento radioattivo è il processo in cui gli isotopi instabili subiscono il decadimento attraverso l'emissione di radiazioni. Gli isotopi instabili sono atomi aventi nuclei instabili. Un atomo può diventare instabile a causa di diversi motivi, come la presenza di un numero elevato di protoni nei nuclei o un alto numero di neutroni nei nuclei. Questi nuclei subiscono decadimento radioattivo per diventare stabili.

Se ci sono troppi protoni e troppi neutroni, gli atomi sono pesanti. Questi atomi pesanti sono instabili. Pertanto, questi atomi possono subire decadimento radioattivo. Anche altri atomi possono subire decadimento radioattivo secondo il loro neutrone: rapporto protonico. Se questo rapporto è troppo alto, è ricco di neutroni ed è instabile. Se il rapporto è troppo basso, allora è un atomo ricco di protoni ed è instabile. Il decadimento radioattivo delle sostanze può verificarsi in tre modi principali.

• Emissione alfa / decadimento
• Emissione / decadimento beta
• Emissione / decadimento gamma

Emissione alfa

Una particella alfa è identica a un atomo di elio. È composto da 2 protoni e 2 neutroni. La particella alfa ha una carica elettrica +2 perché non ci sono elettroni per neutralizzare le cariche positive di 2 protoni. Il decadimento alfa causa la perdita di 2 protoni e 2 neutroni da parte degli isotopi. Quindi, il numero atomico di un isotopo radioattivo è diminuito di 2 unità e la massa atomica da 4 unità. Elementi pesanti come l'uranio possono subire emissioni alfa.

Emissione Beta

Nel processo di emissione beta (β), viene emessa una particella beta. Secondo la carica elettrica della particella beta, può essere una particella beta caricata positivamente o una particella beta caricata negativamente. Se è β^- emissione, quindi la particella emessa è un elettrone. Se è β + emissione, la particella è un positrone. Un positrone è una particella avente le stesse proprietà di un elettrone ad eccezione della sua carica. La carica del positrone è positiva mentre la carica dell'elettrone è negativa. Nell'emissione beta, un neutrone viene convertito in un protone e un elettrone (o un positrone). Quindi, la massa atomica non sarebbe cambiata, ma il numero atomico è aumentato di un'unità.

Emissione gamma

La radiazione gamma non è particolata. Pertanto, le emissioni gamma non cambiano né il numero atomico né la massa atomica di un atomo. La radiazione gamma è composta da fotoni. Questi fotoni portano solo energia. Pertanto, l'emissione gamma fa sì che gli isotopi liberino la loro energia.

Figura 1: Decadimento radioattivo dell'uranio-235

L'uranio-235 è un elemento radioattivo che si trova naturalmente. Può subire tutti e tre i tipi di decadimento radioattivo in condizioni diverse.

Cos'è Half Life

L'emivita di una sostanza è il tempo impiegato da quella sostanza per diventare metà della sua massa o concentrazione iniziale attraverso il decadimento radioattivo. Questo termine ha il simbolo t_1/2. Il termine semivita viene usato perché non è possibile prevedere quando un singolo atomo potrebbe decadere. Ma è possibile misurare il tempo impiegato a metà dei nuclei di un elemento radioattivo.

L'emivita può essere misurata in base al numero di nuclei o alla concentrazione. Isotopi diversi hanno emivite diverse. Pertanto, misurando l'emivita, possiamo prevedere la presenza o l'assenza di un particolare isotopo. L'emivita è indipendente dallo stato fisico della sostanza, dalla temperatura, dalla pressione o da qualsiasi altra influenza esterna.

L'emivita di una sostanza può essere determinata usando la seguente equazione.

ln(N_t / N_o) = Kt

dove,

N_t è la massa della sostanza dopo t tempo

N_o è la massa iniziale della sostanza

K è la costante di decadimento

t è il tempo considerato

Figura 02: una curva di
Decadimento radioattivo

L'immagine sopra mostra una curva di decadimento radioattivo di una sostanza. Il tempo è misurato in anni. Secondo questo grafico, il tempo impiegato dalla sostanza per diventare il 50% dalla massa iniziale (100%) è di un anno. Il 100% diventa 25% (un quarto della massa iniziale) dopo due anni. Pertanto, l'emivita di tale sostanza è di un anno.

100% → 50% → 25% → 12,5% → →   →

             (1^st emivita) (2^ND Half-Life 3^rd metà vita)

Il grafico sopra riportato ha riepilogato i dettagli forniti dal grafico.

Relazione tra decadimento radioattivo ed emivita

Esiste una relazione diretta tra il decadimento radioattivo e l'emivita di una sostanza radioattiva. Il tasso di decadimento radioattivo è misurato in mezzi mezzi equivalenti. Dall'equazione di cui sopra, possiamo derivare un'altra importante equazione per il calcolo della velocità di decadimento radioattivo.

ln (N_t / N_o) = Kt

poiché la massa (o il numero di nuclei) è la metà del suo valore iniziale dopo una metà tempo di vita,

N_t = N_o/ 2

Poi,

ln (N_o/ 2 / N_o) = Kt_1/2

ln (1/2 / 1) = kt_1/2

ln (2) = kt_1/2

Perciò,

t_1/2   = Ln2 / k

Il valore di ln2 è 0,693. Poi,

t_1/2   = 0,693 / k

Qui, t_1/2 è l'emivita di una sostanza e k è la costante di decadimento radioattivo. L'espressione di cui sopra indica che le sostanze altamente radioattive vengono spese rapidamente e che le sostanze debolmente radioattive impiegano più tempo a decadere completamente. Pertanto, un'emivita lunga indica un decadimento radioattivo rapido mentre un'emivita breve indica un giorno radioattivo lento. L'emivita di alcune sostanze non può essere determinata poiché potrebbero essere necessari milioni di anni per subire un decadimento radioattivo.

Conclusione

Il decadimento radioattivo è il processo in cui gli isotopi instabili subiscono il decadimento attraverso l'emissione di radiazioni. Esiste una relazione diretta tra il decadimento radioattivo di una sostanza e l'emivita poiché la velocità del decadimento radioattivo è misurata dagli equivalenti dell'emivita.

Riferimenti:

1. "Half-Life di Decadimento radioattivo - Un libro aperto senza limiti." Senza limiti. 26 maggio 2016. Web. Disponibile qui. 01 agosto 2017. 
2. "Il processo di decadimento radioattivo naturale". Manichini. N., n. Web. Disponibile qui. 01 agosto 2017. 

Cortesia dell'immagine:

1. "Decadimento radioattivo" di Kurt Rosenkrantz in PDF. (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia