Задание 2, страница 238 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

1. Проверьте выполнение закона сохранения массового и зарядового числа в записанных выше реакциях (1) – (7).

2. Сформулируйте законы сохранения массового и зарядового числа.

1. Проверьте выполнение закона сохранения массового и зарядового числа в записанных выше реакциях (1) – (7).

Поскольку в задании не приведены сами реакции (1)–(7), проверка будет продемонстрирована на примерах различных типов ядерных реакций. В любой ядерной реакции должны выполняться два основных закона сохранения: закон сохранения массового числа и закон сохранения зарядового числа.

Обозначение ядра химического элемента: ${}_Z^A X$, где $\text{A}$ — массовое число (сумма протонов и нейтронов), $\text{Z}$ — зарядовое число (число протонов).

Пример (1): Альфа-распад урана-238
Реакция: ${}_{92}^{238}U \rightarrow {}_{90}^{234}Th + {}_{2}^{4}He$ (альфа-частица)
Проверка закона сохранения массового числа (A):
Слева: $A = 238$
Справа: $A = 234 + 4 = 238$
$238 = 238$. Закон сохранения массового числа выполняется.
Проверка закона сохранения зарядового числа (Z):
Слева: $Z = 92$
Справа: $Z = 90 + 2 = 92$
$92 = 92$. Закон сохранения зарядового числа выполняется.

Пример (2): Бета-минус распад углерода-14
Реакция: ${}_{6}^{14}C \rightarrow {}_{7}^{14}N + {}_{-1}^{0}e$ (электрон) + $\tilde{\nu}_e$ (антинейтрино)
Примечание: электрон имеет зарядовое число -1 и массовое число 0. Антинейтрино имеет массовое и зарядовое числа, равные 0.
Проверка закона сохранения массового числа (A):
Слева: $A = 14$
Справа: $A = 14 + 0 + 0 = 14$
$14 = 14$. Закон сохранения массового числа выполняется.
Проверка закона сохранения зарядового числа (Z):
Слева: $Z = 6$
Справа: $Z = 7 + (-1) + 0 = 6$
$6 = 6$. Закон сохранения зарядового числа выполняется.

Пример (3): Бета-плюс распад натрия-22
Реакция: ${}_{11}^{22}Na \rightarrow {}_{10}^{22}Ne + {}_{+1}^{0}e$ (позитрон) + $\nu_e$ (нейтрино)
Примечание: позитрон имеет зарядовое число +1 и массовое число 0. Нейтрино имеет массовое и зарядовое числа, равные 0.
Проверка закона сохранения массового числа (A):
Слева: $A = 22$
Справа: $A = 22 + 0 + 0 = 22$
$22 = 22$. Закон сохранения массового числа выполняется.
Проверка закона сохранения зарядового числа (Z):
Слева: $Z = 11$
Справа: $Z = 10 + 1 + 0 = 11$
$11 = 11$. Закон сохранения зарядового числа выполняется.

Пример (4): Электронный захват (К-захват)
Реакция: ${}_{26}^{55}Fe + {}_{-1}^{0}e \rightarrow {}_{25}^{55}Mn + \nu_e$
Проверка закона сохранения массового числа (A):
Слева: $A = 55 + 0 = 55$
Справа: $A = 55 + 0 = 55$
$55 = 55$. Закон сохранения массового числа выполняется.
Проверка закона сохранения зарядового числа (Z):
Слева: $Z = 26 + (-1) = 25$
Справа: $Z = 25 + 0 = 25$
$25 = 25$. Закон сохранения зарядового числа выполняется.

Пример (5): Деление ядра урана-235
Реакция: ${}_{92}^{235}U + {}_{0}^{1}n \rightarrow {}_{56}^{141}Ba + {}_{36}^{92}Kr + 3 \cdot {}_{0}^{1}n$ (нейтрон)
Проверка закона сохранения массового числа (A):
Слева: $A = 235 + 1 = 236$
Справа: $A = 141 + 92 + 3 \cdot 1 = 236$
$236 = 236$. Закон сохранения массового числа выполняется.
Проверка закона сохранения зарядового числа (Z):
Слева: $Z = 92 + 0 = 92$
Справа: $Z = 56 + 36 + 3 \cdot 0 = 92$
$92 = 92$. Закон сохранения зарядового числа выполняется.

Пример (6): Реакция термоядерного синтеза
Реакция: ${}_{1}^{2}H + {}_{1}^{3}H \rightarrow {}_{2}^{4}He + {}_{0}^{1}n$
Проверка закона сохранения массового числа (A):
Слева: $A = 2 + 3 = 5$
Справа: $A = 4 + 1 = 5$
$5 = 5$. Закон сохранения массового числа выполняется.
Проверка закона сохранения зарядового числа (Z):
Слева: $Z = 1 + 1 = 2$
Справа: $Z = 2 + 0 = 2$
$2 = 2$. Закон сохранения зарядового числа выполняется.

Пример (7): Искусственная ядерная реакция
Реакция: ${}_{7}^{14}N + {}_{2}^{4}He \rightarrow {}_{8}^{17}O + {}_{1}^{1}p$ (протон)
Проверка закона сохранения массового числа (A):
Слева: $A = 14 + 4 = 18$
Справа: $A = 17 + 1 = 18$
$18 = 18$. Закон сохранения массового числа выполняется.
Проверка закона сохранения зарядового числа (Z):
Слева: $Z = 7 + 2 = 9$
Справа: $Z = 8 + 1 = 9$
$9 = 9$. Закон сохранения зарядового числа выполняется.

Ответ: Для проверки выполнения законов сохранения необходимо для каждой реакции сравнить сумму массовых чисел (верхних индексов) и сумму зарядовых чисел (нижних индексов) в левой и правой частях уравнения. Если суммы в левой и правой частях соответственно равны, законы выполняются. Во всех рассмотренных в качестве примера реакциях законы сохранения массового и зарядового числа выполняются.

2. Сформулируйте законы сохранения массового и зарядового числа.

В ходе любых ядерных реакций, включая радиоактивные распады, выполняются два фундаментальных закона сохранения:

Закон сохранения массового числа: Сумма массовых чисел (числа нуклонов, т.е. протонов и нейтронов) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме массовых чисел ядер и частиц, образующихся в результате этой реакции. Для общей реакции ${}_{Z_1}^{A_1}X_1 + {}_{Z_2}^{A_2}X_2 \rightarrow {}_{Z_3}^{A_3}X_3 + {}_{Z_4}^{A_4}X_4$ это означает, что $A_1 + A_2 = A_3 + A_4$.

Закон сохранения зарядового числа: Сумма зарядовых чисел (числа протонов) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядовых чисел ядер и частиц, образующихся в результате этой реакции. Для той же реакции: $Z_1 + Z_2 = Z_3 + Z_4$. Этот закон является следствием более общего закона сохранения электрического заряда.

Ответ: 1. Закон сохранения массового числа гласит, что сумма массовых чисел частиц до реакции равна сумме массовых чисел частиц после реакции. 2. Закон сохранения зарядового числа гласит, что сумма зарядовых чисел частиц до реакции равна сумме зарядовых чисел частиц после реакции.