Условие
В ядерной реакции ядро алюминия с массовым числом 27 и зарядовым 13 поглощает нейтрон, после чего образуется ядро натрия с массовым числом 24 и зарядовым 11 и испускается ещё одна частица. Что это за частица? Объясни, какими двумя правилами пользуешься и почему эти правила нужны.
Что известно и что ищем
- Известны массовые и зарядовые числа ядер до и после реакции, кроме одной частицы.
- Ищем эту частицу, пользуясь законами сохранения массового и зарядового чисел.
- Дополнительно разбираем, зачем вообще эти правила и как быстро себя проверять.
Ход решения
- Шаг 1. Формулируем первое правило. Сумма массовых чисел всех участников до реакции равна сумме массовых чисел после неё: частицы при ядерной реакции не исчезают и не появляются из ничего, они только переходят из одних ядер в другие.
- Шаг 2. Применяем его к нашей реакции. До реакции суммарное массовое число: алюминий даёт двадцать семь, нейтрон добавляет единицу, итого двадцать восемь. После реакции известное ядро даёт двадцать четыре, значит на неизвестную частицу остаётся четыре.
- Шаг 3. Формулируем второе правило и применяем его. Зарядовое число тоже сохраняется: до реакции тринадцать плюс ноль, то есть тринадцать; после реакции одиннадцать плюс заряд искомой частицы. Значит, её заряд равен двум.
- Шаг 4. Определяем частицу. Частица с массовым числом четыре и зарядовым два — это ядро гелия, то есть альфа-частица. Реакция выглядит как превращение алюминия в натрий с вылетом альфа-частицы — типичная реакция, открытая при облучении металлов.
- Шаг 5. Проверяем результат двумя способами. Первый — сложить массовые числа заново: двадцать семь и один дают двадцать восемь, а двадцать четыре и четыре дают столько же. Второй — сверить заряды: тринадцать и ноль в сумме тринадцать, одиннадцать и два — тоже тринадцать. Обе проверки сходятся, значит частица определена верно. Заодно замечаем, что при вылете альфа-частицы элемент сдвинулся на две клетки к началу таблицы, как и должно быть при альфа-распаде.
Проверь себя
- Ответ: испущена альфа-частица; правила — сохранение массового числа и сохранение зарядового числа.
- Проверка вывода: если бы получившееся массовое число частицы не совпало с зарядом по известной таблице частиц, где-то потеряна единица — чаще всего из-за того, что нейтрону забывают нулевой заряд.
- Ловушка: считать, что число протонов и число нейтронов сохраняются по отдельности. Сохраняются только их суммы: нейтрон может превратиться в протон, и это как раз то, что происходит при бета-превращениях внутри ядер.
Как объяснить ребёнку
«Ядерная реакция — как обмен деталями: детали можно переставить, но общее количество штук и общий заряд должны сойтись. Поэтому задача решается как уравнение с одним неизвестным: посчитай, чего не хватает до и после, и узнаешь пропажу».
Тема для отчёта родителю
«Ядерные реакции: законы сохранения массового и зарядового чисел».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.