Задание №2021

Под действием радиоактивных лучей молекулы газа расщепляются на положительные и отрицательные частицы. Основываясь на этом свойстве радиоактивных лучей, объясните, почему заряженный электроскоп под действием этих лучей сравнительно быстро теряет заряд.

Решение

Заряды электроскопа нейтрализуются заряженными частицами, образованными в результате расщепления молекул воздуха под действием радиоактивных лучей.

Задание №2022

Почему непрерывно светятся в темноте циферблаты некоторых часов, компасов?

Решение

Светящиеся в темноте краска, применяющаяся для циферблатов часов, производятся из фосфоресцирующих веществ, которые при облучении светом способны накапливать его энергию, а потом излучать её обратно в виде света (например сульфид кальция).

Задание №2023

Изменяется ли химическая природа элемента при испускании его ядрами α−частиц; β−частиц; γ−лучей?

Решение

Согласно периодическому закону Д. И. Менделеева свойства химических элементов зависят от заряда ядра атома химических элементов.
При испускании α−частиц ядро теряет два протона и два нейтрона, то есть его заряд уменьшился на две единицы. Поскольку атом нейтрален, то его внешняя электронная оболочка тоже потеряет два электрона и это скажется на его химических свойствах. После α−распада ядра это будет уже ядро атома другого химического элемента.
При β−распаде исходного ядра один из входящих в это ядро нейтронов превращается в протон, электрон и антинейтрино. Электрон и антинейтрино вылетают из ядра, а протон остается в ядре, увеличивая его заряд на единицу. После β−распада ядра это будет уже ядро атома другого химического элемента.
Химические свойства элемента не изменяются при излучении им γ−лучей, поскольку зарядовое число и состав ядра атома не изменяются. Понижается энергия ядра.

Задание №2024

Определите с помощью таблицы Д. И. Менделеева, атом какого химического элемента имеет 5 протонов в ядре.

Решение

5 протонов в ядре имеет бор (число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в Периодической таблице Д. И. Менделеева).

Задание №2025

Атому какого элемента принадлежит ядро, изображённое на рисунке 330? Сколько электронов движется вокруг ядра у такого атома?
рис. 330

Решение

Согласно изображению атом имеет 3 протона, 3 нейтрона. Число протонов равно порядковому номеру элемента в периодической таблице Менделеева.
Значит ядро принадлежит атому лития.
Если атом находится в нейтральном состоянии, то количество электронов в нём равно количеству протонов. Вокруг ядра атома лития движется 3 электрона.

Задание №2026

На сколько единиц уменьшается зарядовое число ядра при α−распаде?

Решение

При α−распаде испускается ион гелия−4 и порядковый номер изотопа (зарядовое число) уменьшается на 2 единицы.

Задание №2027

На сколько единиц уменьшается массовое число ядра при α−распаде?

Решение

При α−распаде испускается ион гелия−4, значит, массовое число уменьшается на 4 единицы (у α−частицы А = 4).

Задание №2028

Что больше − масса атомного ядра или сумма масс частиц, входящих в него?

Решение

Сумма масс частиц, входящих в атомное ядро, больше массы ядра. Так как чтобы из отдельных нуклонов получить ядро атома, их необходимо сблизить до расстояния, на котором проявят себя ядерные силы. Под действием этих сил протоны и нейтроны устремятся друг к другу с ускорением. При этом ускоренное движение заряженных частиц (протонов) будет сопровождаться излучением электромагнитных волн. В результате имеет место уменьшение энергии ядра атома.

Задание №2029

Какие ядра прочнее − у которых энергия связи больше или у которых она меньше?

Решение

Чем больше удельная энергия связи тем сложнее это ядро расщепить на отдельные нуклоны. Таким образом, ядра прочнее, у которых энергия связи больше.

Задание №2030

В чём причина того, что нейтроны проникают в ядра атомов легче, чем протоны?

Решение

Так как нейтрон электрически нейтрален, то при проникновении в ядра атомов между ними и ядрами не возникает сил электрического взаимодействия, нежели с протонами, имеющими заряд. Поэтому нейтроны легче проникают в ядра атомов, чем протоны.

Задание №2031

В результате ядерной реакции ядро захватывает нейтрон и испускает протон. На сколько единиц изменилось массовое число ядра?

Решение

При захвате нейтрона массовое число увеличивается на единицу. При испускании протона массовое число уменьшается на единицу.
Таким образом, при захвате нейтрона и испускании протона, массовое число ядра не изменилось.

Задание №2032

На сколько единиц изменится порядковый номер радиоактивного элемента при испускании нейтрона?

Решение

При испускании нейтрона порядковый номер радиоактивного элемента не меняется.

Задание №2033

Какие силы позволяют нуклонам удерживаться в ядре? Сравните энергию связи ядер у изотопов водорода − дейтерия и трития. Можно ли говорить об энергии связи ядра у обычного водорода?

Решение

Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными. Для того чтобы разбить ядро на отдельные, не взаимодействующие между собой (свободные) нуклоны, необходимо произвести работу по преодолению ядерных сил, т. е. сообщить ядру определённую энергию (энергию связи ядра).
Рассчитаем энергию связи $ΔЕ_{0д}$ ядра атома дейтерия $^{2}_{1}H$, состоящего из одного протона и одного нейтрона.
Определим дефект массы Δm этого ядра (масса протона ≈ 1,0073 а.е.м., масса нейтрона ≈ 1,0087 а. е. м., масса ядра дейтерия ≈ 2,0141 а. е. м.).
Δm = (1,0073 а.е.м. + 1,0087 а.е.м.) − 2,0141 а.е.м. = 0,0019 а.е.м.
Чтобы энергию связи получить в джоулях, дефект массы нужно выразить в килограммах (1 а.е.м. = $1,6605 * 10^{-27}$ кг).
Δm = $1,6605 * 10^{-27} * 0,0019 = 0,0032 * 10^{-27}$ кг;
$ΔЕ_{0} = Δmс^{2}$;
$ΔЕ_{0д} = 0,0032 * 10^{-27} * (3 * 10^{8})^{2} = 0,0288 * 10^{-13}$ Дж;
Рассчитаем энергию связи $ΔЕ_{0тр}$ ядра атома трития $^{3}_{1}H$, состоящего из одного протона и двух нейтронов.
Масса протона ≈ 1,0073 а.е.м., масса нейтрона ≈ 1,0087 а. е. м., масса ядра трития ≈ 3,01605 а. е. м.).
Δm = (1,0073 а.е.м. + 2 * 1,0087 а.е.м.) − 3,01605 а.е.м. = 0,00865 а.е.м.
Δm = $1,6605 * 10^{-27} * 0,00865 = 0,01436 * 10^{-27}$ кг;
$ΔЕ_{0тр} = 0,01436 * 10^{-27} * (3 * 10^{8})^{2} = 0,1292 * 10^{-11}$ Дж.
$ΔЕ_{0} = ΔЕ_{0тр} - ΔЕ_{0д} = 0,1292 * 10^{-11} - 0,0288 * 10^{-11} ≈ 0,1 * 10^{-11}$ Дж.
Таким образом, энергия связи изотопа водорода трития больше, чем у дейтерия на $0,1 * 10^{-11}$ Дж.
Ядро водорода имеет нулевую энергию ядерной связи. Энергия связи ядра − это энергия, необходимая для отделения всех нуклонов в ядре друг от друга. В ядре водорода существует только один нуклон, он уже отделен от любых других нуклонов. Голый нейтрон имеет нулевую энергию связи ядер.

Задание №2034

Какая доля радиоактивных ядер урана распадается за время, равное периоду полураспада, половине периода полураспада?

Решение

1. Дано:
t = T.
Найти:
$\frac{N_{расп}}{N_{0}}$ − ?
Решение:
Радиоактивность − превращение нестабильных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием различных частиц.
Закон радиактивного распада:
$N = N_{0} * 2^{-\frac{t}{T}}$, где
N − число частиц в момент времени t;
$N_{0}$ − число частиц в начальный момент времени;
T − период полураспада;
$N = N_{0} * 2^{-\frac{t}{T}} = N_{0} * 2^{-\frac{T}{T}} = \frac{N_{0}}{2}$;
$N_{расп} = N_{0} - N = N_{0} - \frac{N_{0}}{{2}} = \frac{N_{0}}{{2}}$;
$\frac{N_{расп}}{N_{0}} = \frac{\frac{N_{0}}{{2}}}{N_{0}} = \frac{1}{2}$.
Ответ: $\frac{1}{2}$.

2. Дано:
$t = \frac{T}{2}$;
Найти:
$\frac{N_{расп}}{N_{0}}$ − ?
Решение:
Радиоактивность − превращение нестабильных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием различных частиц.
Закон радиактивного распада:
$N = N_{0} * 2^{-\frac{t}{T}}$, где
N − число частиц в момент времени t;
$N_{0}$ − число частиц в начальный момент времени;
T − период полураспада;
$N = N_{0} * 2^{-\frac{t}{T}} = N_{0} * 2^{-\frac{\frac{T}{2}}{T}} = N_{0} * 2^{-\frac{1}{2}} = \frac{N_{0}}{\sqrt{2}}$;
$N_{расп} = N_{0} - N = N_{0} - \frac{N_{0}}{\sqrt{2}} = N_{0} * (1-\frac{1}{\sqrt{2}})$;
$\frac{N_{расп}}{N_{0}} = \frac{N_{0} * (1-\frac{1}{\sqrt{2}})}{N_{0}} = 1-\frac{1}{\sqrt{2}} = 0,29$.
Ответ: 0,29.