Một nguyên tử phóng xạ có thể bị phân rã nếu nó ở trong một liên kết hóa học THỰC SỰ bền chặt không?
Vì vậy, dựa trên câu hỏi này , một phân tử có chứa một nguyên tử phóng xạ sẽ bị vỡ khi nguyên tử phân rã. Nhưng giả sử bạn cần rất nhiều năng lượng để phá vỡ hợp chất --- như trong, năng lượng nhiều hơn sự phân rã của nguyên tử sẽ giải phóng (rõ ràng, một phân tử ổn định này không thực sự có thể ... phải không?). Nguyên tử sẽ bị buộc phải giữ nguyên trạng thái tĩnh hay điều gì khác sẽ xảy ra?
Tôi không thể nghĩ ra cách để hợp chất có thể phá vỡ, vì nó có thể cần năng lượng miễn phí. Nhưng có lẽ hợp chất có thể "hấp thụ" năng lượng, vì vậy một cú va chạm mạnh hoặc nhiệt độ cao có thể làm cho nguyên tử phân rã và các liên kết bị phá vỡ?
Trả lời
Về nguyên tắc, có. Nếu các sản phẩm phân rã sẽ có năng lượng cao hơn phân tử ban đầu, thì sự phân rã không thể xảy ra.
Trong thực tế, năng lượng liên kết hóa học (thường trong $\rm eV$ phạm vi) nhỏ hơn nhiều so với năng lượng phân rã hạt nhân (thường là trong $\rm MeV$phạm vi), và vì vậy điều này không xảy ra trong bất kỳ trường hợp nào mà tôi biết. Đây không phải là một sự trùng hợp ngẫu nhiên, mà chỉ là một hệ quả tự nhiên của sức mạnh tương đối của các tương tác hạt nhân và điện từ.
Trong khi các lập luận đưa ra trong các câu trả lời khác về nguyên tắc là đúng, điều quan trọng cần lưu ý là các quá trình phân rã hạt nhân kéo dài trong một không gian tham số khổng lồ, cả về năng lượng và chu kỳ bán rã.
Vì vậy, để cung cấp một ví dụ ngược lại, chúng ta hãy xem xét sự chuyển đổi hạt nhân đặc biệt nhất về mặt này: Thori 229, có trạng thái đồng phân Thori 229m, có thể thu được dưới dạng sản phẩm phân rã của Uranium 233. Năng lượng chuyển đổi của trạng thái này là 8,28 + - 0,17 eV ( nguồn ). Vâng, eV ! Sự chuyển đổi này là trong chế độ quang học.
Kết quả là, nó bị ảnh hưởng bởi tất cả các loại quy trình điện tử , chẳng hạn như chuyển đổi nội bộ . Ngoài ra, môi trường hóa học hay đúng hơn là cấu trúc tinh thể có liên quan (như đã nêu ở đây ). Lưu ý rằng có một lượng lớn tài liệu về chủ đề này và tôi chỉ đưa ra các ví dụ ở đây mà không có nghĩa là đại diện cho toàn bộ tác phẩm. Để đọc thêm, hãy xem phần này và các tài liệu tham khảo trong đó.
Lưu ý rằng đây là một quá trình chuyển đổi cực kỳ kỳ lạ, nhưng cũng là một bước rất quan trọng. Nhiều nỗ lực đang được đầu tư vào việc xây dựng một đồng hồ hạt nhân cực kỳ chính xác sử dụng những hạt nhân này.
Vì vậy, ít nhất một phiên bản yếu hơn của câu hỏi trong OP có thể được trả lời bằng cách khẳng định: có những quá trình phân rã phóng xạ bị ảnh hưởng mạnh bởi môi trường điện tử.
Chỉnh sửa cho rõ ràng
Tôi đã được yêu cầu trong phần bình luận để làm rõ câu trả lời của tôi về cách nó giải quyết câu hỏi và loại chuyển đổi hạt nhân mà chúng ta đang nói đến.
- (đáp lại yêu cầu của @ Helen) Câu trả lời của tôi chỉ ra một quá trình chuyển đổi hạt nhân cụ thể bị ảnh hưởng bởi môi trường điện tử. Quá trình chuyển đổi có thể được coi là kỳ lạ, hầu hết các quá trình phân rã hạt nhân khác (đặc biệt là phân rã alpha và beta) sẽ không bị ảnh hưởng theo cách như vậy, như đã chỉ ra trong câu trả lời đang được chấp nhận. Liệu điều này có tạo thành câu trả lời "có" hay không còn có thể được tranh luận.
- (để đáp ứng với yêu cầu @Emilio Pisanty của) Việc chuyển đổi Thori là rất đặc biệt chuyển gamma của một trạng thái đồng phân có một năng lượng chuyển thấp untypically (xem Hình 3 trong này giấy truy cập mở cho một hình dung tốt đẹp). Thật vậy, nó là sự chuyển đổi nằm thấp nhất được biết đến. Trạng thái kích thích cũng có thể phân rã thông qua các kênh phân rã khác, chẳng hạn như chuyển đổi bên trong, nơi một điện tử vỏ được đẩy ra thay vì phát ra một photon gamma. Khối lượng và điện tích của hạt nhân không bị thay đổi trong một trong hai điều này, như thường lệ đối với sự chuyển đổi gamma.
Ngoài ra, hãy xem câu trả lời của @ BCS để biết một ví dụ hay ho khác hoạt động thông qua chụp điện tử.
Câu trả lời thông thường là phản ứng hóa học không thể ảnh hưởng đến các quá trình diễn ra bên trong hạt nhân, bởi vì các quá trình hóa học chỉ liên quan đến các obitan electron lớp ngoài cùng trong nguyên tử hoặc phân tử tham gia, và hạt nhân nhỏ hơn đó theo hệ số bậc ~ 10 ^ -5 mà có nghĩa là nó hoàn toàn nằm ngoài bức tranh khi có liên quan đến các phản ứng hóa học.
Các ngoại lệ duy nhất có thể xảy ra là đối với những quá trình hạt nhân liên quan đến sự bắt giữ electron, như những người khác đã chỉ ra ở đây trong phần nhận xét.
Các electron 2s của berili có thể góp phần vào liên kết hóa học. Do đó, khi 7Be phân hủy bằng cách bắt điện tử L, nó sẽ làm như vậy bằng cách lấy các điện tử từ các obitan nguyên tử có thể tham gia vào liên kết. Điều này làm cho tốc độ phân rã của nó phụ thuộc vào một mức độ có thể đo được vào môi trường xung quanh nó - một điều hiếm khi xảy ra trong phân rã hạt nhân.
liên kết
Về nguyên tắc, câu trả lời chắc chắn là có, bởi vì chúng ta có một ví dụ hoàn hảo từ một lĩnh vực liên quan - vật lý hạt nhân. Một neutron trần không ổn định; nó sẽ phân rã phóng xạ (phân rã beta) thành một proton, một điện tử và một neutrino và giải phóng một chút năng lượng nhỏ, với chu kỳ bán rã khoảng 1000 giây. Vũ trụ có tuổi đời hơn 1000 giây, vậy tại sao lại còn sót lại nơtron? Vì liên kết bền giữa neutron và proton trong hạt nhân (sử dụng lực mạnh chứ không phải lực điện từ như trong liên kết hóa học). Trong phần lớn các hạt nhân hàng ngày, nó không có lợi về mặt năng lượng cho quá trình phân rã xảy ra và tạo ra một hạt nhân kém bền hơn, với quá nhiều proton và không đủ neutron. Một số ít hạt nhân mà điều này không đúng là hạt nhân phóng xạ trải qua quá trình phân rã beta.