Что такое превращение элемента
Что такое превращение элемента
При распаде атомных ядер радиоактивного изотопа какого-либо элемента образуются ядра изотопов других элементов, например, при распаде радия образуются радон и гелий. Таким образом, радиоактивный распад сопровождается превращением одного химического элемента в другой.
Известно, что химическая природа атомов определяется их ядрами. Для того чтобы атом одного химического элемента превратился в атом другого элемента, должен измениться заряд 
ядра атома. Так, при испускании а-частицы заряд 
ядра уменьшается на две единицы и становится равным 
при испускании р-частицы заряд увеличивается на единицу и становится равным 
Таким образом, из ядер атомов радия при испускании а-частиц образуются ядра атомов радона; из ядер атомов актиния при испускании р-частиц получаются ядра атомов тория. Подобные превращения можно выразить правилом смещения: при испускании а-частиц химический элемент перемещается в таблице Менделеева на два места влево, а при испускании 
-частиц — на одно место вправо.
Что касается у-излучения, то оно обычно возникает вслед за а- и 
-излучением. После испускания а- или Р-частиц атомное ядро часто оказывается в возбужденном состоянии, т. е. обладает избытком энергии, и, переходя на более низкий энергетический уровень (в нормальное состояние), излучает у-квант.
Образовавшиеся в результате радиоактивного распада новые ядра могут оказаться также радиоактивными и распадаться с образованием ядер изотопов других элементов и т. д., пока на каком-нибудь этапе в цепи последовательных превращений одного радиоактивного элемента в другой не образуется устойчивый элемент. Так, из радиоактивного урана и тория в конце концов получается нерадиоактивный свинец. Самопроизвольный распад атомных ядер
радиоактивных элементов, встречающихся в естественных условиях, называется естественной радиоактивностью.
Так как радиоактивные процессы не зависят от внешних условий, то можно определить возраст урановой руды по соотношению в ней количества урана и конечного продукта — свинца. Возраст урановых руд в различных рудниках получается примерно одинаковым: около 4-109 лет. Это позволяет заключить, что земная кора образовалась около 4 млрд. лет назад.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Превращение химических элементов осуществляется в результате ядерных реакций. [1]
Используемое ныне в научной литературе выражение превращение химических элементов некорректно. [4]
С внутриядерными процессами и прежде всего с процессами радиоактивного распада и превращениями химических элементов связано изменение концентраций и соотношений количеств химических элементов, что находит свое отражение в физических свойствах горных пород и геофизических полях. [6]
Широкое значение имеет гидрогеология, изучающая происхождение и режим подземных вод. Исключительно велико теоретическое и практическое значение геохимии, которая изучает историю развития и превращений химических элементов в земной коре и недрах Земли, а также их поведение в различных термодинамических и физико-химических природных условиях. [9]
В перспективе несомненно эволюционная теория достижения того или иного химического равновесия и адаптации веществ к нему перестает быть чисто умозрительной, а станет существенной и для практики. Захватывающий интерес представляет собой эволюционная теория рождения и превращений химических элементов на звездах, смыкающаяся с учением о космогонической эволюции. [12]
Правда, и в более молодые годы, и на склоне лет Менделеев считал, что если будет доказано превращение химических элементов друг в друга, то, вероятно, откроется возможность понять причину периодической закономерности у элементов. При этом неравенство атомного веса получающегося элемента сумме атомных весов исходных элементов он объяснял тем, что вследствие выделения большого количества энергии происходит изменение веса взаимодействующих элементов. [14]
Правда, если бомбардировать вещество не заряженными частицами, а нейтронами, эффективность реакций может стать сравнительно очень большой. Однако само получение нейтронов связано с реакциями первого типа, с малоэффективными реакциями, осуществляемыми или путем бомбардировки ядер заряженными частицами, или путем освещения у-лучами. Поэтому практического значения ядерные реакции и превращения химических элементов пока не могут иметь, хотя в некоторых специальных случаях они могут приобрести практическое значение уже в ближайшие годы. Так, например, не исключена возможность, что в ближайшее время изготовление искусственных радиоактивных веществ путем соответствующих ядерных реакций окажется возможным в достаточно больших масштабах и что эти вещества будут широко применены в медицине. [15]
Превращение химических элементов
Из определения понятия «химический элемент» вытекает, что элемент сохраняется, пока сохраняется заряд ядер его атомов. Химический элемент превращается в новый элемент, если изменяется заряд ядер его атомов.
Атомы не вечны. Элементы с наивысшими порядковыми номерами самопроизвольно разрушаются в процессе радиоактивного распада, превращаясь в другие элементы. Выбрасываемые ими частицы в свою очередь могут вызывать превращение одних химических элементов в другие.
Для превращения одних элементов в другие в настоящее время используют не только потоки быстродвижущихся частиц, самопроизвольно выбрасываемых радиоактивными элементами. Подобные же потоки частиц, способных разрушать ядра атомов и присоединишься к ним, получают и искусственно в особых установках. С их помощью удалось осуществить сотни ядерных превращений и создать также разновидности атомов, которые в природе не обнаружены. Так были получены изотопы уже известных элементов: фосфора, кислорода и др. От существующих в природе изотопов этих элементов новые, искусственно полученные изотопы отличаются не только атомным весом, но и сильной радиоактивностью. Поэтому они и не сохранились в природе.
Искусственно получены и производятся также новые химические элементы, не найденные в природе, в частности химические элементы с порядковыми номерами, превышающими порядковый номер последнего элемента прежней периодической таблицы Д. И. Менделеева – урана (№92). Так, элемент № 101 – менделеевий (Md) – был получен из другого, тоже искусственно полученного элемента с порядковым номером 99 – эйнштейния (Es) – посредством бомбардировки эйнштейния ядрами атомов гелия, разогнанными до огромных скоростей, чтобы преодолеть взаимное отталкивание ядер. При этом ядра гелия с зарядом +2, встречаясь с ядрами элемента № 99, сливались с ними и получались новые ядра с зарядом 2 + 99 = 101. Притягивая электроны, они становились атомами нового элемента:
(Заряды ядер обозначаются под знаком химического элемента слева.)
Периодическая система химических элементов неизменно служила руководством как при поисках в природе еще не открытых элементов, так и в создании новых химических элементов. Поэтому элемент с порядковым номером 101 и был назван открывшими его американскими учеными менделеевием «в честь великого русского химика Дмитрия Менделеева, впервые использовавшего периодическою систему для предсказания свойств еще не открытых элементов».
Все искусственно созданные элементы оказались радиоактивными. Поэтому они вместе с искусственно полученными изотопами давно известных элементов получили практическое применение в технике и медицине в качестве дешевых заменителей природных радиоактивных элементов. Так, радиоактивный изотоп кобальта применяется в «кобальтовой пушке» при лечении злокачественных опухолей, а искусственный элемент плутоний Pu (№ 94) – для производства атомной энергии.
Один из способов получения не найденных в природе видов атомов состоит в помещении веществ в атомные реакторы, в которых непрерывно освобождаются нейтроны. Ядра природных нерадиоактивных изотопов, захватывая нейтрон, увеличивают свою массу на 1, и получается радиоактивный изотоп того же самого элемента, например:
(нейтрон обозначается латинской буквой – n).
Радиоактивные изотопы обладают теми же химическими свойствами, вступают в те же реакции, как и нерадиоактивные. Но они легко открываются в образующихся соединениях с помощью приборов, обнаруживающих радиоактивность. Придаваемая ими радиоактивность становится как бы «меткой», по которой они обнаруживаются. Поэтому такие атомы получили название «меченые атомы».
Меченые атомы применяются при изучении механизма химических реакций. Так, растение питают короткое время углекислым газом с ничтожной примесью радиоактивной двуокиси углерода СО2, затем извлекают из растения через разные сроки образующиеся в нем органические соединения. Устанавливая, какие из них становятся радиоактивными (т. е. включают в свой состав радиоактивный углерод) раньше, какие позже, заключают, через какие промежуточные соединения и в какой последовательности переходит в растении углерод, прежде чем он войдет в состав крахмала.
Широкое применение меченые атомы получили в медицине. Так, при переломах рук и ног в кровь пострадавшего вводится ничтожное количество соли радиоактивного натрия. Приближая затем прибор для обнаружения радиоактивности к различным участкам тела, обнаруживают участки, в которых радиоактивность не появляется. Значит, в этих участках движения крови нет. На основании этого врачи решают вопрос об операции.
Подобным же образом, дав больному с нездоровой щитовидной железой выпить воду с ничтожным количеством радиоактивного йода и приближая затем прибор к щитовидной железе, устанавливают скорость накопления в ней йода – по появлению радиоактивности.
На основании этого делают заключение, в чем состоит расстройство деятельности железы и как ее лечить. Одним из возможных лекарств является тот же радиоактивный йод.
Меченые атомы применяются в технике и в сельском хозяйстве. С помощью их обнаруживают трещины в деталях машин, дефекты в сварочных швах, течь в трубопроводах, в пищевой промышленности с их помощью стерилизуют консервы, в сельском хозяйстве – посевной материал.
ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ
Полезное
Смотреть что такое «ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ» в других словарях:
Обмен веществ — или метаболизм, лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме. Ф. Энгельс,… … Большая советская энциклопедия
Обмен веществ и энергии — (у микробов) одно из кардинальных св в у всех организмов, выражающееся в совокупности процессов превращения веществ и энергии, направленных на сохранение и воспроизведение жизни. О. в. э. у микробов принципиально сходен с таковым у высших… … Словарь микробиологии
Обмен веществ — см. Метаболизм. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989. Обмен веществ превращения веществ (и энергии) в организмах, обеспечивающие их жизнеспособнос … Экологический словарь
обмен веществ и энергии — (син. метаболизм) совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмена организма веществами и энергией с окружающей средой … Большой медицинский словарь
Обмен веществ — и энергии – совокупность процессов превращения веществ и энергии в животном организме и их обмена с окружающей средой; рассматривается по составляющим компонентам: белковый, липидный, углеводный, энергетический, водно солевой, витаминный … Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных
Круговорот веществ — на Земле, повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее выраженный циклический характер. Эти процессы имеют определённое поступательное движение, т. к. при так называемых циклических… … Большая советская энциклопедия
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ — метаболизм, совокупность протекающих в живых организмах химич. превращений, обеспечивающих их рост, жизнедеятельность, воспроизведение, постоянный контакт и обмен с окружающей средой. Благодаря О. в. происходит расщепление и синтез молекул,… … Биологический энциклопедический словарь
Обмен веществ в растении — Этим выражением (представляющим перевод немецкого термина Stoffwechsel английские физиологи заменяют его термином метаболизм) обозначают совокупность превращений вещества, обуславливающих жизненную деятельность организма. Следует, прежде всего,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
круговорот веществ — на Земле, повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее циклический характер. Общий круговорот веществ складывается из отдельных процессов (круговорот воды, газов, химических элементов), которые не… … Энциклопедический словарь
КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ — в природе, относительно повторяющиеся взаимосвязанные физические, химические и биологические процессы превращения и перемещения вещества в природе. До создания В. И. Вернадским биогеохимии и учения о биосфере в науке бытовало представление о… … Биологический энциклопедический словарь
ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ
ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ. Вещества могут претерпевать два типа превращений: физические и химические.
Физические превращения.
Когда с веществом происходит физическое изменение, состав его молекул остается прежним, т.е. вещество сохраняет свою химическую индивидуальность. Существует три типа основных физических превращений – плавление, испарение и замерзание. Лед – твердое вещество – при плавлении превращается в воду – жидкость, которая при замерзании снова становится льдом. Молекулы льда и воды состоят из одних и тех же элементов (H и O), находящихся в одинаковых пропорциях. Когда лед тает, никаких химических реакций не происходит. Другой тип физических превращений – изменение формы вещества, например при его резании, шлифовании, измельчении, растворении, эмульгировании и т.д. Еще один тип физического превращения – сублимация (возгонка), переход твердого вещества непосредственно в газообразное. Именно это превращение имеет место, когда мокрое белье сохнет на морозе.
Химические превращения
происходят постоянно и повсюду; при этом изменяется химическая индивидуальность веществ, одни вещества превращаются в другие с иными свойствами. Так, при ржавлении железа образуется новое вещество – ржавчина (оксид железа). Химические превращения могут сопровождаться физическими изменениями. При горении древесины (твердое вещество) образуются диоксид углерода (газ), вода (жидкость) и углерод (твердое вещество). Химические превращения чрезвычайно многообразны, их изучением и классификацией занимается наука химия. Вот некоторые типы превращений, принятые в химии.
Реакции присоединения.
Объединение молекул двух или нескольких веществ с образованием молекулы одного нового вещества. Примером служит горение магния на воздухе: 2Mg + O2 ® 2MgO.
В органической химии этим термином часто пользуются для обозначения таких реакций, как взаимодействие этилена С2H4 с бромом с образованием дибромэтана:
Реакции разложения.
Распад исходного вещества на два или более простых. Так, при разложении оксида ртути образуются элементная ртуть и кислород: 2HgO ® 2Hg + O2.
Реакции замещения.
Замена атомов в молекулах сложного вещества атомами простого вещества. Например, железо замещает медь в растворе сульфата меди:
Реакции обмена.
Образование двух новых веществ при взаимодействии двух исходных. Например, иодид натрия NaI и нитрат свинца Pb(NO3)2 обмениваются своими составными частями с образованием иодида свинца и нитрата натрия:
Атом хлора обменивается с одним или более атомами водорода в молекуле углеводорода, например метана СН4, следующим образом:
Реакция гидролиза.
Гидролиз (расщепление с участием воды) – это реакция двойного разложения, когда одним из исходных компонентов является вода. При гидролизе хлорида аммония NH4Cl образуется гидроксид аммония NH4OH и соляная кислота HCl:
Реакция нейтрализации.
Особый случай реакции обмена – взаимодействие кислоты с эквивалентным количеством основания с образованием соли и воды. Соляная кислота HCl и гидроксид натрия NaOH нейтрализуют друг друга с образованием хлорида натрия NaCl и воды:
HCl + NaOH ® NaCl + H2O
Ма Ш. Современная теория критических явлений. М., 1980
Дикерсон Р. и др. Основные законы химии. М., 1982