Przebieg reakcji jądrowych można przedstawić w postaci zapisu skróconego. Na pierwszym
miejscu podaje się symbol jądra bombardowanego, następnie w nawiasie – kolejno –
symbole cząstki bombardującej i lekkiej cząstki emitowanej, a na końcu – symbol jądra
produktu.
Pewien izotop kobaltu można otrzymać w przemianach jądrowych, których sumaryczny
przebieg przedstawiono na poniższym schemacie. Symbol e oznacza elektron.
5826Fe (2x, e) Y27Co
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010
oraz L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2016.
Napisz równanie przemiany jądrowej, która przebiega według powyższego schematu.
Uzupełnij wszystkie pola odpowiednimi symbolami i wartościami liczbowymi.
Aby otrzymać superciężkie jądra pierwiastków z końca 7. okresu, kaliforn 24998Cf
bombardowano jonami izotopu wapnia 4820Ca. Podczas jednego z eksperymentów
zarejestrowano przemianę:
24998Cf + 4820Ca → X + 3 10n
Powstałe jądro X uległo rozpadowi, którego głównym produktem był liwermor 290116Lv.
Napisz równanie reakcji rozpadu, której uległo jądro pierwiastka X. Uzupełnij
wszystkie pola w poniższym schemacie.
Źródłem energii w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych jest 238Pu. Ten izotop
powstaje w wyniku emisji cząstki β– przez jądra izotopu pewnego pierwiastka, który
z kolei jest produktem bombardowania jąder 238U jądrami deuteru.
Napisz równania opisanych przemian, w wyniku których można otrzymać izotop plutonu
238Pu. Uzupełnij wszystkie pola.
Jednym z produktów rozszczepienia jądra uranu jest izotop baru, 143Ba.
W wyniku czterech kolejnych przemian promieniotwórczych tego samego typu -
zapoczątkowanych przez 143Ba - powstaje izotop neodymu, mający w swoim jądrze 83
neutrony. Ta sekwencja przemian jest przedstawiona na poniższym schemacie:
143Ba przemiana 1 X przemiana 2 Y przemiana 3 Q przemiana 4ANd
Źródło: L. Kolditz (red.), Chemia nieorganiczna, Warszawa 1994.
Podaj wartość liczby masowej A opisanego wyżej izotopu neodymu. Podaj rodzaj
przemian (α lub β−), w wyniku których ten izotop neodymu
powstaje z izotopu 143Ba.
Cząstki α emitowane przez jądra wielu promieniotwórczych izotopów ulegają zobojętnieniu
elektronami z otoczenia, co prowadzi do powstania gazowego helu. Jeżeli rozpad
promieniotwórczy zachodzi w układzie zamkniętym, ilość helu otrzymanego w taki sposób
jest proporcjonalna do liczby wyemitowanych cząstek α. Ta zależność stała się podstawą
jednej z pierwszych metod wyznaczania stałej Avogadra.
Zmierzono aktywność radu 226Ra i stwierdzono, że 1,0 g tego izotopu w ciągu sekundy
emituje 3,4 ⸱ 1010 cząstek α, co powoduje jego przemianę w radon 222Rn. Następnie
z izotopu 222Rn, w wyniku ciągu kilku szybkich przemian promieniotwórczych α i β–, powstaje
ołów 210Pb. Dalszy rozpad tego nuklidu nie wpływa na przebieg eksperymentu.
Próbkę zawierającą 200 mg izotopu 226Ra zamknięto na 80 dni (6 912 000 s) w zbiorniku
i po tym czasie stwierdzono, że powstało 7,0 mm3 helu (w przeliczeniu na warunki normalne).
Można przyjąć, że aktywność radu 226Ra była stała w czasie trwania eksperymentu.
3.1. (0–4)
Oblicz stałą Avogadra na podstawie danych z opisanego eksperymentu. Przedstaw tok
rozumowania.
Stała Avogadra:
3.2. (0–1)
Oblicz, ile cząstek β– jest emitowanych w ciągu przemian jądra 22688Ra w jądro 21082Pb.
Najtrwalszym izotopem neptunu jest izotop o liczbie masowej równej 237 i okresie półtrwania
τ = 2,2⋅106 lat. Otrzymuje się go przez napromieniowanie izotopu uranu o liczbie masowej
238 neutronami o dużej energii kinetycznej. Ta przemiana zachodzi zgodnie
z poniższym schematem.
23892U + 10n → 23792U + a10n
W jej wyniku powstaje nietrwały izotop uranu o liczbie masowej A = 237. Jądro 23792U ulega
rozpadowi – powstaje jądro 23793Np.
Na podstawie: A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, Warszawa 1998.
3.1. (1 pkt)
Uzupełnij poniższe zdania, tak aby powstała informacja prawdziwa: wybierz i podkreśl
wartość współczynnika a (liczbę neutronów) w równaniu przemiany izotopu uranu
o liczbie masowej 238 oraz typ przemiany, której ulega izotop uranu o liczbie masowej
237.
Współczynnik a w równaniu przemiany izotopu uranu o liczbie masowej 238 jest równy
(1 / 2 / 3). Izotop uranu o liczbie masowej 237 ulega przemianie (α / β− / γ).
3.2. (1 pkt)
Oblicz, po ilu latach z próbki izotopu neptunu 23793Np o masie równej m pozostanie
próbka zawierająca 0,25m tego izotopu.
Tenes – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej Z = 117 – otrzymano w reakcji jądrowej
między 48Ca i 249Bk. W tym procesie powstały dwa izotopy tenesu, przy czym reakcji
tworzenia jądra jednego z tych izotopów towarzyszyła emisja 3 neutronów. Ten izotop ulegał
dalszym przemianom: w wyniku kilku kolejnych przemian α otrzymano dubn – 270Db.
Napisz równanie reakcji otrzymywania opisanego izotopu tenesu – uzupełnij wszystkie
pola w poniższym schemacie. Napisz, w wyniku ilu przemian 𝛂 ten izotop tenesu
przekształcił się w 270Db.
Poniższy wykres ilustruje zanik promieniotwórczych nuklidów (oznaczonych 1, 2, 3) w zależności od
czasu.
3.1. (0-1)
Podaj, który z przedstawionych na wykresie nuklidów (1, 2, 3) jest najmniej stabilnym
izotopem.
3.2. (0-1)
Oszacuj czas połowicznego rozpadu izotopu oznaczonego nr 2.
3.3. (0-1)
Oblicz, jaki procent pierwotnej masy nuklidu nr 3 pozostanie po upływie 60 dni. Do obliczeń
czas półtrwania nuklidu nr 3 należy zaokrąglić do liczb całkowitych.
To zadanie pochodzi ze zbioru matura 2022 wydawnictwa
Metody izotopowe znalazły zastosowanie przy określaniu wieku wykopalisk. W takich przypadkach
oznaczana jest zawartość promieniotwórczego izotopu węgla 146C.
Zapisz równanie przemiany promieniotwórczej wiedząc, że izotop węgla, o którym mowa
w informacji wstępnej powstaje w wyniku bombardowania jąder azotu neutronami.
To zadanie pochodzi ze zbioru matura 2022 wydawnictwa
Promieniotwórczość ciężkojonowa to szczególny i rzadki rodzaj promieniotwórczości. Polega
na emisji z ciężkiego jądra atomowego jąder atomów lekkiego pierwiastka. Równania takich
rozpadów promieniotwórczych zapisuje się zgodnie z zasadami zachowania: ładunku
elektrycznego jąder oraz liczby nukleonów.
Na podstawie: W.D. Loveland, D.J. Morrissey, G.T. Seaborg, Modern Nuclear Chemistry,
Willey-Interscience, 2006
Napisz równanie rozpadu jądra promieniotwórczego izotopu 22389Ac, z którego jest
emitowane jądro izotopu węgla zawierające 8 neutronów.
Podczas bombardowania folii aluminiowej cząstkami alfa zachodzą procesy jądrowe
z równoczesną emisją pozytonów i neutronów. Stwierdzono, że przemiana jest dwuetapowa:
w pierwszej reakcji jądrowej powstają niestabilne jądro i neutron, a potem następuje
rozpad β+ tego niestabilnego jądra, któremu towarzyszy emisja neutrino ν.
Jądra atomowe, w których stosunek liczby neutronów do liczby protonów przekracza
znacznie wartość 1, ulegają przemianom nazywanym promieniotwórczymi. W przemianach
tych zachowana jest zarówno masa, jak i ładunek elektryczny, a produktami tych przemian
mogą być: jądra 42He nazywane cząstkami α, elektrony nazywane cząstkami β– , jądra innych
pierwiastków, a także neutrony. Cząstki niebędące składnikami jądra atomowego powstają
na skutek przemian zachodzących pomiędzy nukleonami, czyli cząstkami tworzącymi jądro
atomu. Wielkością charakteryzującą przemiany promieniotwórcze jest okres półtrwania jądra
pierwiastka aktywnego promieniotwórczo, zdefiniowany jako czas, po którym pozostaje
połowa liczby aktywnych jąder tego pierwiastka. Przykładem pierwiastka ulegającego
przemianom promieniotwórczym jest pluton. Izotop plutonu 23994Pu , jako produkt przemiany zachodzącej z emisją cząstki β– izotopu neptunu o liczbie masowej równej 239, po raz
pierwszy został wyodrębniony w 1941 r. przez grupę badaczy McMillana i Seaborga. Ta sama
grupa badawcza odkryła go w 1942 r. w rudach uranu w ilości około 10–9%. Izotop ten jest
uważany za najtrwalszy produkt rozpadu izotopu uranu o liczbie masowej równej 238.
Na podstawie: A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, Warszawa 1998, s. 50–51, 106–107.
Okres półtrwania τ1/2 izotopu 23893Np otrzymanego przez McMillana i Seaborga wynosi 50 h 48 min 28 s. Masa próbki tego izotopu neptunu
po 16,936 dniach od zakończenia eksperymentu wyniosła 526 ng.
Oblicz początkową masę próbki izotopu 23893Np otrzymanej przez grupę amerykańskich
badaczy. Wynik podaj w mikrogramach w zaokrągleniu do jedności.
Jądra atomowe, w których stosunek liczby neutronów do liczby protonów przekracza
znacznie wartość 1, ulegają przemianom nazywanym promieniotwórczymi. W przemianach
tych zachowana jest zarówno masa, jak i ładunek elektryczny, a produktami tych przemian
mogą być: jądra 42He nazywane cząstkami α, elektrony nazywane cząstkami β– , jądra innych
pierwiastków, a także neutrony. Cząstki niebędące składnikami jądra atomowego powstają
na skutek przemian zachodzących pomiędzy nukleonami, czyli cząstkami tworzącymi jądro
atomu. Wielkością charakteryzującą przemiany promieniotwórcze jest okres półtrwania jądra
pierwiastka aktywnego promieniotwórczo, zdefiniowany jako czas, po którym pozostaje
połowa liczby aktywnych jąder tego pierwiastka. Przykładem pierwiastka ulegającego
przemianom promieniotwórczym jest pluton. Izotop plutonu 23994Pu , jako produkt przemiany zachodzącej z emisją cząstki β– izotopu neptunu o liczbie masowej równej 239, po raz
pierwszy został wyodrębniony w 1941 r. przez grupę badaczy McMillana i Seaborga. Ta sama
grupa badawcza odkryła go w 1942 r. w rudach uranu w ilości około 10–9%. Izotop ten jest
uważany za najtrwalszy produkt rozpadu izotopu uranu o liczbie masowej równej 238.
Na podstawie: A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, Warszawa 1998, s. 50–51, 106–107.
Wyjaśnij, dlaczego podczas przemiany promieniotwórczej zaobserwowanej przez zespół
McMillana i Seaborga w 1941 r. doszło do emisji
cząstki, która nie jest składnikiem jądra atomowego. Dlaczego przemianę tę nazywamy
przemianą jądrową?
Jądra atomowe, w których stosunek liczby neutronów do liczby protonów przekracza
znacznie wartość 1, ulegają przemianom nazywanym promieniotwórczymi. W przemianach
tych zachowana jest zarówno masa, jak i ładunek elektryczny, a produktami tych przemian
mogą być: jądra 42He nazywane cząstkami α, elektrony nazywane cząstkami β– , jądra innych
pierwiastków, a także neutrony. Cząstki niebędące składnikami jądra atomowego powstają
na skutek przemian zachodzących pomiędzy nukleonami, czyli cząstkami tworzącymi jądro
atomu. Wielkością charakteryzującą przemiany promieniotwórcze jest okres półtrwania jądra
pierwiastka aktywnego promieniotwórczo, zdefiniowany jako czas, po którym pozostaje
połowa liczby aktywnych jąder tego pierwiastka. Przykładem pierwiastka ulegającego
przemianom promieniotwórczym jest pluton. Izotop plutonu 23994Pu , jako produkt przemiany zachodzącej z emisją cząstki β– izotopu neptunu o liczbie masowej równej 239, po raz
pierwszy został wyodrębniony w 1941 r. przez grupę badaczy McMillana i Seaborga. Ta sama
grupa badawcza odkryła go w 1942 r. w rudach uranu w ilości około 10–9%. Izotop ten jest
uważany za najtrwalszy produkt rozpadu izotopu uranu o liczbie masowej równej 238.
Na podstawie: A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, Warszawa 1998, s. 50–51, 106–107.
Uzupełnij tekst tak, aby powstały zdania prawdziwe, wpisując w odpowiedniej formie
gramatycznej określenia wybrane spośród podanych poniżej.
Podczas przemiany promieniotwórczej przeprowadzonej przez zespół McMillana i Seaborga
w 1941 r. izotop plutonu o liczbie masowej równej 239
otrzymano w wyniku rozpadu β– izotopu neptunu o liczbie masowej równej 239. W trakcie tej
przemiany zostaje wyemitowany , czyli cząstka
o ładunku i masie równej 9,11 · 10–31 kg. Liczba neutronów zawartych
w jądrze otrzymanego izotopu jest o 1 od liczby neutronów
zawartych w jądrze izotopu wyjściowego.
Jądra atomowe, w których stosunek liczby neutronów do liczby protonów przekracza
znacznie wartość 1, ulegają przemianom nazywanym promieniotwórczymi. W przemianach
tych zachowana jest zarówno masa, jak i ładunek elektryczny, a produktami tych przemian
mogą być: jądra 42He nazywane cząstkami α, elektrony nazywane cząstkami β– , jądra innych
pierwiastków, a także neutrony. Cząstki niebędące składnikami jądra atomowego powstają
na skutek przemian zachodzących pomiędzy nukleonami, czyli cząstkami tworzącymi jądro
atomu. Wielkością charakteryzującą przemiany promieniotwórcze jest okres półtrwania jądra
pierwiastka aktywnego promieniotwórczo, zdefiniowany jako czas, po którym pozostaje
połowa liczby aktywnych jąder tego pierwiastka. Przykładem pierwiastka ulegającego
przemianom promieniotwórczym jest pluton. Izotop plutonu 23994Pu , jako produkt przemiany zachodzącej z emisją cząstki β– izotopu neptunu o liczbie masowej równej 239, po raz
pierwszy został wyodrębniony w 1941 r. przez grupę badaczy McMillana i Seaborga. Ta sama
grupa badawcza odkryła go w 1942 r. w rudach uranu w ilości około 10–9%. Izotop ten jest
uważany za najtrwalszy produkt rozpadu izotopu uranu o liczbie masowej równej 238.
Na podstawie: A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, Warszawa 1998, s. 50–51, 106–107.
Poniżej przedstawiono równanie przemiany przeprowadzonej przez McMillana i Seaborga.
23892U + 21H → 2 AZX + 23893Np
W równaniu tym symbolem X oznaczono cząstkę, która – obok izotopu 23893Np – jest produktem tej przemiany.
Ustal wartość liczby atomowej Z i wartość liczby masowej A cząstki X oraz podaj jej
nazwę.
Izotopem uranu najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie jest izotop o liczbie masowej
równej 238, z którego w wyniku emisji cząstki α powstaje izotop toru. W kolejnych
przemianach, na skutek dwukrotnego rozpadu β–, a następnie – rozpadu α, tworzy się inny
izotop toru.
Uzupełnij poniży schemat opisujący przemiany, jakim ulega izotop uranu 238U. Wpisz w odpowiednie miejsca symbole pierwiastków i ich liczby atomowe i masowe.
Wśród sztucznych przemian jądrowych można wyróżnić reakcje, które są następstwem
bombardowania stabilnych jąder nukleonami. Poniżej przedstawiono równanie takiej reakcji
(przemiana I), a drugą – opisano schematem (przemiana II).
przemiana I 63Li + 11p → 32He + 42He
przemiana II 3517Cl + 10n → 35ZX + 11p , gdzie Z oznacza liczbę atomową pierwiastka X.
Na podstawie: J. Sawicka, A. Janich-Kilian, W. Cejner-Mania, G. Urbańczyk, Tablice chemiczne, Gdańsk 2015.
W równaniach tych przemian bilansuje się oddzielnie liczby atomowe i oddzielnie liczby
masowe. Ich sumy po obu stronach równania muszą być sobie równe.
1.1. (0–1)
Uzupełnij poniższą tabelę – wpisz symbol chemiczny pierwiastka X, symbol bloku
konfiguracyjnego, do którego należy pierwiastek X, liczbę elektronów walencyjnych
w atomie pierwiastka X oraz najniższy stopień utlenienia, który przyjmuje ten
pierwiastek w związkach chemicznych.
Symbol pierwiastka
Symbol bloku
Liczba elektronów walencyjnych
Najniższy stopień utlenienia
1.2. (0–1)
Elektrony w atomie mogą absorbować energię i zajmować wyższe poziomy energetyczne.
Atom może znaleźć się wtedy w takim stanie wzbudzonym, w którym wszystkie elektrony
podpowłok walencyjnych będą niesparowane.
Uzupełnij poniższe schematy, tak aby przedstawiały zapis konfiguracji elektronowej
atomu pierwiastka X w stanie podstawowym oraz w stanie wzbudzonym, w którym
wszystkie elektrony walencyjne są niesparowane i należą do powłoki trzeciej.
Konfiguracja elektronowa w stanie podstawowym
Konfiguracja elektronowa w stanie wzbudzonym
1.3. (0–1)
Oblicz, ile miligramów obu izotopów helu powstałoby łącznie ze 100 miligramów izotopu
litu 63Li w wyniku przemiany I, gdyby proces przebiegał z wydajnością równą 100%.
Przyjmij, że wartości masy atomowej poszczególnych izotopów są równe ich liczbom
masowym.
Do trwałych izotopów siarki i argonu należą izotopy, których liczba masowa A wynosi 36.
a)
Uzupełnij poniższe schematy, wpisując symbole opisanych izotopów siarki i argonu z uwzględnieniem ich liczby atomowej Z i liczby masowej A.
b)
Podaj symbol i napisz konfigurację elektronową atomu w stanie podstawowym tego pierwiastka (siarki albo argonu), którego jądro atomowe zawiera więcej protonów.
Promieniotwórczy izotop pierwiastka X uległ przemianie α, której produktem jest między
innymi pewien izotop pierwiastka Y. W wyniku emisji cząstki α z jądra tego izotopu
pierwiastka Y powstał izotop ołowiu o liczbie masowej 212. Opisane przemiany zilustrowano
poniższym schematem.
X → Y → 212Pb
Na podstawie: J. Sawicka, A. Janich-Kilian, W. Cejner-Mania, G. Urbańczyk, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002.
Na podstawie podanych informacji, ustal symbol i liczbę atomową pierwiastka X oraz
liczbę masową i liczbę neutronów opisanego izotopu pierwiastka X. Uzupełnij tabelę.
Radon jest pierwiastkiem promieniotwórczym, którego najbardziej rozpowszechniony izotop
to 222Rn. W przyrodzie powstaje on bezpośrednio z rozpadu 226Ra. Okres półtrwania 222Rn
jest równy 3,8 dnia, a inne izotopy tego pierwiastka są jeszcze mniej trwałe, więc wykazuje
on dużą aktywność promieniotwórczą.
Na podstawie: J. Sawicka, A. Janich-Kilian, W. Cejner-Mania, G. Urbańczyk, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002.
3.1. (1 pkt)
Zawartość radonu w powietrzu pobranym z kopalni wynosi 4·1013 atomów 222Rn w 1 m3.
Oblicz, po jakim czasie zawartość radonu zmaleje do 5·1012 atomów 222Rn w 1 m3.
3.2. (1 pkt)
Napisz równanie reakcji powstawania 222Rn z 226Ra. Uzupełnij wszystkie pola
w poniższym schemacie.
