Ядерная физика. Планетарная модель атома. Нуклонная модель ядра. Ядерные реакции.
В. З. Шапиро
Задание 19 ЕГЭ по физике посвящено темам: «Физика атома», «Физика атомного ядра». Задание относится к базовому уровню. Чтобы его решить, нужно уметь работать с Периодической системой элементов Д. И. Менделеева, определять количество протонов, нейтронов, записывать уравнения ядерных реакций.
- На рисунке представлен фрагмент Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Под названием каждого элемента приведены массовые числа его основных стабильных изотопов. При этом нижний индекс около массового числа указывает (в процентах) распространённость изотопа
в природе.
Укажите число протонов и число нейтронов в ядре самого распространённого стабильного изотопа калия.
| Число протонов | Число нейтронов |
Необходимая теория:
Используя периодическую систему Д. И. Менделеева, можно определить атомную массу калия. Из двух предложенных изотопов надо выбрать самый распространенный – это калий с атомной массой 39. Так как порядковый номер определяет количество протонов (19), то для нахождения числа нейтронов надо вычесть из атомной массы количество протонов.
Nнейтр. = 39 - 19 = 20
| Число протонов | Число нейтронов |
| 19 | 20 |
Секрет решения. Задачи по данной теме являются одними из самых простых. Но и здесь можно допустить ошибку, если невнимательно прочитать условие. Например, можно неправильно выбрать самый распространенный (или менее распространенный) стабильный изотоп химического элемента.
2. Ядро бериллия может захватить гамма-квант, в результате чего происходит ядерная реакция \( {}^9_4{Be}+{}^0_0\gamma \to {}^A_ZX+{}^1_0n\) с образованием ядра химического элемента \( _{Z}^{A}\textrm{X}\) Каковы заряд образовавшегося ядра Z (в единицах элементарного заряда) и его массовое число A?
| Заряд числа Z | Массовое число ядра A |
Необходимая теория:
При написании ядерных реакций сумма верхних индексов в левой части уравнения должна быть равна сумме верхних индексов в правой части уравнения. То же самое относится и к нижним индексам. Это правило основано на выполнении законов сохранения заряда и массы. Проведем расчет.
Z = 4 – 0 = 4; A = 9 – 1 = 8.
| Заряд ядра Z | Массовое число ядра A |
| 4 | 8 |
Секрет решения. При написании ядерных реакций, кроме закономерностей, описанных в решении, надо знать массовые и зарядовые числа некоторых частиц:
нейтрон \( _{0}^{1}\textrm{n}\)
протон \( _{1}^{1}\textrm{p}\) или \( _{1}^{1}\textrm{H}\) (ядро атома водорода);
α-частица \( _{2}^{4}\textrm{He}\) (ядро атома гелия)
электрон \( _{-1}^{0}\textrm{e}.\)
Указанные значения масс и зарядов частиц надо знать наизусть. Только это вызывает трудности при написании ядерных реакций.
3. Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в ядре \( _{17}^{35}\textrm{Cl}.\)
| Число протонов | Число нейтронов |
Необходимая теория:
Нижний индекс химического элемента определяет порядковый номер, заряд ядра и количество протонов. Для ядра \( _{17}^{35}\textrm{Cl}\) количество протонов равно 17. Количество нейтронов определяется разницей массового и зарядового чисел.
Nнейтр. = 35 – 17 = 18
| Число протонов | Число нейтронов |
| 17 | 18 |
Секрет решения. Важно знать, что суммарное количество протонов и нейтронов определяют массу атома. Электроны, безусловно, влияют на массу, но незначительно. Массу электронов необходимо вычитать из общей массы атома при расчетах энергии связи атомного ядра.
