Условие
Ядро некоторого элемента испустило альфа-частицу. Как изменились массовое и зарядовое числа этого ядра и на сколько клеток сдвинулся элемент в периодической системе? Сравни с бета-распадом: там ядро испускает электрон. Почему защита от разных видов излучения устроена по-разному?
Что известно и что ищем
- Известно, что произошёл альфа-распад; для сравнения разбираем и бета-распад.
- Ищем изменения массового и зарядового чисел и положение элемента после распада.
- Отдельный вопрос — о проникающей способности излучений, то есть о том, как разные частицы взаимодействуют с веществом.
Ход решения
- Шаг 1. Вспоминаем состав альфа-частицы. Это ядро гелия: два протона и два нейтрона. Значит, при её вылете ядро теряет два протона и два нейтрона.
- Шаг 2. Считаем изменения чисел. Массовое число уменьшается на четыре (два протона и два нейтрона), зарядовое — на два. Если до распада массовое число было двести тридцать восемь, а зарядовое девяносто два, то после распада получаем двести тридцать четыре и девяносто.
- Шаг 3. Определяем положение в таблице. Элемент сдвигается на две клетки к началу периодической системы, потому что зарядовое число уменьшилось на два. Правило простое: альфа-распад уводит влево на две клетки, бета-распад — вправо на одну.
- Шаг 4. Разбираем бета-распад. При нём нейтрон в ядре превращается в протон и испускает электрон, поэтому число протонов растёт на единицу, а массовое число почти не меняется. Пример: углерод с массовым числом четырнадцать превращается в азот с тем же массовым числом. Именно так в природе образуется радиоуглерод и распадается.
- Шаг 5. Объясняем защиту. Альфа-частица крупная и сильно заряженная, поэтому быстро теряет энергию в веществе: её задерживает лист бумаги или слой воздуха. Бета-частицы проходят дальше: их останавливает несколько миллиметров металла или толстая одежда. Гамма-кванты не имеют заряда и слабо взаимодействуют с веществом, поэтому от них защищает только массивная преграда — толстый слой свинца или бетона. Чем слабее взаимодействует излучение, тем глубже оно проникает и тем серьёзнее нужна защита.
Проверь себя
- Ответ: при альфа-распаде массовое число уменьшается на четыре, зарядовое на два, элемент сдвигается на две клетки влево; при бета-распаде зарядовое число растёт на единицу, и элемент сдвигается на клетку вправо.
- Проверка вывода: суммарные массовые и зарядовые числа до и после распада одинаковы, если учесть саму испущенную частицу. Это та же проверка законов сохранения, что и в ядерных реакциях.
- Ловушка: считать, что при бета-распаде ядро «теряет массу». Массовое число не меняется, потому что нейтрон не исчезает, а превращается в протон; меняется заряд, а значит и место элемента в таблице.
Как объяснить ребёнку
«Ядро — как коробка с шариками. Альфа-распад уносит сразу пару протонов и пару нейтронов — коробка заметно легчает. Бета-распад хитрее: нейтрон превращается в протон, поэтому шариков столько же, но заряд больше. Поэтому и в таблице элемент едет в разные стороны».
Тема для отчёта родителю
«Радиоактивные превращения: альфа- и бета-распад, свойства излучений».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.