Номер 3, страница 112, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

3. Ядра каких элементов получим, если в изотопах ${}_{2}^{3}\text{He}$, ${}_{4}^{7}\text{Be}$, ${}_{8}^{19}\text{O}$ заменить протоны нейтронами, а нейтроны — протонами?

Ответ: ${}_{1}^{3}\text{H}$, ${}_{3}^{7}\text{Li}$, ${}_{10}^{19}\text{Ne}$.

Дано:

Изотопы: $_{2}^{3}\text{He}$, $_{4}^{7}\text{Be}$, $_{8}^{16}\text{O}$.

Условие: в ядрах изотопов протоны заменяются нейтронами, а нейтроны — протонами.

Найти:

Ядра каких элементов получатся в результате такой замены.

Решение:

Для решения задачи необходимо для каждого исходного ядра определить количество протонов и нейтронов, а затем поменять их местами. Новый химический элемент определяется новым количеством протонов (зарядовым числом).

В общем виде ядро атома обозначается как $_{Z}^{A}X$, где:

$\text{A}$ — массовое число, равное общему числу нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре.

$\text{Z}$ — зарядовое число, равное числу протонов в ядре. Порядковый номер элемента в таблице Менделеева.

Число нейтронов $\text{N}$ в ядре можно найти по формуле: $N = A - Z$.

Согласно условию задачи, мы производим замену: число протонов в новом ядре ($Z'$) будет равно числу нейтронов в исходном ($\text{N}$), а число нейтронов в новом ядре ($N'$) будет равно числу протонов в исходном ($\text{Z}$). При этом общее число нуклонов (массовое число) останется неизменным: $A' = Z' + N' = N + Z = A$.

Рассмотрим каждый изотоп отдельно.

$_{2}^{3}\text{He}$ (гелий-3)

Для ядра гелия-3 имеем:

Число протонов $Z = 2$.

Массовое число $A = 3$.

Число нейтронов $N = A - Z = 3 - 2 = 1$.

После замены протонов на нейтроны и наоборот получаем новое ядро со следующими характеристиками:

Новое число протонов $Z' = N = 1$.

Новое число нейтронов $N' = Z = 2$.

Новое массовое число $A' = Z' + N' = 1 + 2 = 3$.

Элемент с зарядовым числом $Z' = 1$ — это водород (H). Следовательно, полученное ядро — это изотоп водорода $_{1}^{3}\text{H}$ (тритий).

$_{4}^{7}\text{Be}$ (бериллий-7)

Для ядра бериллия-7 имеем:

Число протонов $Z = 4$.

Массовое число $A = 7$.

Число нейтронов $N = A - Z = 7 - 4 = 3$.

Производим замену:

Новое число протонов $Z' = N = 3$.

Новое число нейтронов $N' = Z = 4$.

Новое массовое число $A' = Z' + N' = 3 + 4 = 7$.

Элемент с зарядовым числом $Z' = 3$ — это литий (Li). Следовательно, полученное ядро — это изотоп лития $_{3}^{7}\text{Li}$.

$_{8}^{16}\text{O}$ (кислород-16)

Для ядра кислорода-16, указанного в условии, имеем:

Число протонов $Z = 8$.

Массовое число $A = 16$.

Число нейтронов $N = A - Z = 16 - 8 = 8$.

В этом ядре число протонов равно числу нейтронов. Поэтому их взаимная замена не приведет к изменению состава ядра. Новое ядро будет иметь $Z'=8$ и $N'=8$, то есть мы снова получим $_{8}^{16}\text{O}$.

Однако, ответ, приведенный на изображении, — $_{10}^{18}\text{Ne}$. Это указывает на вероятную опечатку в условии задачи. Чтобы в результате замены получилось ядро $_{10}^{18}\text{Ne}$ (с 10 протонами и 8 нейтронами), исходное ядро должно было иметь 8 протонов (новое число нейтронов) и 10 нейтронов (новое число протонов). Такому составу соответствует изотоп кислорода-18, $_{8}^{18}\text{O}$.

Проведем расчет для $_{8}^{18}\text{O}$, чтобы получить ответ из примера:

Число протонов $Z = 8$.

Массовое число $A = 18$.

Число нейтронов $N = A - Z = 18 - 8 = 10$.

Производим замену:

Новое число протонов $Z' = N = 10$.

Новое число нейтронов $N' = Z = 8$.

Новое массовое число $A' = Z' + N' = 10 + 8 = 18$.

Элемент с зарядовым числом $Z' = 10$ — это неон (Ne). Следовательно, полученное ядро — это изотоп неона $_{10}^{18}\text{Ne}$.

Ответ: в результате замены из изотопа $_{2}^{3}\text{He}$ получится ядро $_{1}^{3}\text{H}$, из изотопа $_{4}^{7}\text{Be}$ — ядро $_{3}^{7}\text{Li}$. Если предположить, что в условии допущена опечатка и имелся в виду изотоп $_{8}^{18}\text{O}$, то из него получится ядро $_{10}^{18}\text{Ne}$.