Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 29.
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.
Uzupełnij tekst tak, aby powstały zdania prawdziwe, wpisując w odpowiedniej formie gramatycznej określenia wybrane spośród podanych poniżej.
proton, elektron, neutron, dodatni, obojętny, ujemny, większy, mniejszy
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.
Rozwiązanie
elektron, ujemnym, mniejsza
Wskazówki
Zadanie najłatwiej jest rozwiązać, jeżeli napiszemy równie opisujące rozpad promieniotwórczy izotopu neptunu-239 do izotopu plutonu-239. Aby to zrobić, musimy w układzie okresowym pierwiastków odszukać neptun i pluton, aby odczytać ich liczby atomowe Z. Liczba atomowa neptunu jest równa 93, a plutonu 94. Liczby masowe izotopów tych pierwiastków są jednakowe i równe 239 (podane są w treści zadania). Dzięki tym informacjom możemy napisać równanie przemiany, oznaczając nieznaną cząstkę symbolem Y: 23993Np →AZY + 23994Np . Korzystając z tego równania – z bilansu ładunku oraz masy – wyznaczamy szukane liczby masową i atomową cząstki Y. Bilans masy: 239 = A + 239, stąd A = 0, bilans ładunku: 93 = Z + 94 stąd Z = –1. Dzięki obliczeniu tych liczb możemy stwierdzić, że nieznana cząstka Y jest cząstką o zerowej masie w atomowych jednostkach masy i jednoujemnym ładunku wyrażonym jako liczba ładunków elementarnych, musi nią być więc elektron. Zadanie możemy także rozwiązać, pamiętając, że przemiana nazywana przemianą β– polega na emisji elektronu, więc cząstką Y jest elektron, którego ładunek jest ujemny. Następnie obliczamy liczbę neutronów N jako różnicę liczby masowej i atomowej dla poszczególnych nuklidów: N23993Np = 239 − 93 = 146 oraz N23994Pu = 239 − 94 = 145 i na tej podstawie stwierdzamy, że liczba neutronów w otrzymanym izotopie plutonu jest o 1 mniejsza niż w wyjściowym.
