放射性元素
三水錳礦 / 2021-10-03
元素在其天然存在的同位素中含有放射性核素時,它們的同位素相對濃度總是隨著時間在變化,因此原子量也連續(xù)發(fā)生改變。這種變化究竟在化學(xué)上是否有意義取決于各種核素轉(zhuǎn)變的半衰期和相對豐度。同樣幾種元素(如 Ar,Ca和 Pb)的穩(wěn)定同位素的實際濃度也會受與其結(jié)合的另一些元素的影響,后者帶有放射性前身(即40K,238U等)的這些核素。能產(chǎn)生數(shù)量變化著的有關(guān)的穩(wěn)定同位素。還有一些元素(如锝、鉅和超鈾元素)是通過核反應(yīng)合成的,核反應(yīng)產(chǎn)生的是該種元素的單一同位素。因此,"原子量取決于所合成的特定同位素,"正常的"原子量概念在此已不適用。例姐,回旋加速器生產(chǎn)的锝是97TO(t1/2=2.6×10 6y),其原子量為96.906,而裂變產(chǎn)物中锝是99TO(t1/2=2.13×10°y),其原子量為98.906,但是最長壽命的同位素是98To(t1/2=4.2×10°y),其原子量為97.907。
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至少有 19 種元素確實具有天然存在的不穩(wěn)定同位素。但通常卻不認(rèn)為它們是放射性元素。雖然天然存在著少量的羽3H(t1/2=12.38y)和14C(t1/2=5.78×10°y),對這些元素的原子量沒有影晌,但!它們在其它研究領(lǐng)域中是極端重要的。40K((t1/2=1.28×10"y)的放射性影響到其子體元素氬(通過電子俘獲)和鈣(通過β~發(fā)射)的原子量,但幸好這一特定同位素的絕對豐度不高0.0117%),對鉀本身的原子量影響不大。其余的16 種"穩(wěn)定元素的放射性同位素的半衰期全部大于1010y,因此,通常對 這 些元素的原子量影響很小,甚至在118In(t1=5×1014y,豐度為95.7%)和187Re(b;2=5×10+6y,豐度為62.6%)的情況中,即使它們是最豐富的同位素,其影響也很小。但是要注意,在地質(zhì)時間標(biāo)度中,在含錸的礦物中(通過18IRe 的 β~衰變)可能積聚起顯著濃度的187Os,因此,產(chǎn)生出來的餓樣品就具有反常的原子量,接近于187,而不是發(fā)布的數(shù)值190.2。鉛是最早知道受到這種同位素干找的元素,實際上,發(fā)現(xiàn)和說明同位素的重要性是受到19世紀(jì)末20世紀(jì)初T.W。Richards無法處理結(jié)論的啟迪∶即有一組不同地質(zhì)起源的鉛祥品,在化學(xué)性質(zhì)上相同但原子量卻不同。現(xiàn)在已知的可能變化幾乎包括了質(zhì)量數(shù)從 204到208的整個范圍。凡是地質(zhì)樣品中具有反常同位素組成,則在原子量表中給這些元素以腳注g。除了剛剛討論的 Ar,CA,Os和Pb 之外,這樣的可變性至少影響著其它 26 種元素,包括Sr(由8Rb經(jīng)β7衰變而成)Ra。Th和1。實際上影響著周期表中部1/3元素的一個引人注意的例子,是不久前在非溯Oklo發(fā)現(xiàn)史前期自然核反應(yīng)堆(參看§31.2.2)所揭示的。幸運(yùn)的是,這個礦只是鈾礦資源,所以不影、響有關(guān)其它元素的樣品。?
總之,綜合考慮本節(jié)及前節(jié)討論的一些因素,只有20種單核素元素的原子量可看作為"本性是恒定的",對其它所有元素來說,原子量本來就是趨于變動的。在某些情況下,即使對精確度的要求一般,原子量的變動也足以影響到定量結(jié)果的可靠性。