Номер 72.8, страница 247 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 72. Состав ядра атома. Глава 10. Квантовые явления - номер 72.8, страница 247.

72.8 [1657] Доля каких нуклонов в ядрах элементов возрастает с увеличением зарядового числа?

Решение

Атомные ядра состоят из нуклонов — протонов и нейтронов. Протоны являются носителями положительного электрического заряда, а нейтроны электрически нейтральны. Зарядовое число $Z$ элемента равно числу протонов в ядре, а массовое число $A$ — общему числу нуклонов (протонов и нейтронов).

Стабильность ядра определяется балансом между двумя основными силами: сильным ядерным взаимодействием, которое притягивает все нуклоны друг к другу, и электростатическим (кулоновским) отталкиванием, которое действует между одноименно заряженными протонами.

Для легких стабильных ядер (с малым $Z$, примерно до 20) число протонов примерно равно числу нейтронов ($N \approx Z$). Например, ядро углерода-12 ($_{6}^{12}C$) содержит 6 протонов и 6 нейтронов.

По мере увеличения зарядового числа $Z$ количество протонов в ядре растет. Сила кулоновского отталкивания между ними, будучи дальнодействующей, увеличивается быстрее, чем сила ядерного притяжения, которая является короткодействующей. Чтобы компенсировать возрастающее электростатическое отталкивание и сохранить ядро стабильным, требуется большее количество нейтронов. Нейтроны, участвуя в сильном взаимодействии, добавляют «ядерный клей», но не увеличивают силы отталкивания.

В результате для средних и тяжелых ядер наблюдается избыток нейтронов по сравнению с протонами ($N > Z$). Например, стабильный изотоп железа ($_{26}^{56}Fe$) имеет 26 протонов и 30 нейтронов, а самый распространенный изотоп урана ($_{92}^{238}U$) — 92 протона и 146 нейтронов.

Таким образом, с ростом зарядового числа $Z$ отношение числа нейтронов к числу протонов ($N/Z$) увеличивается. Следовательно, доля нейтронов в общем числе нуклонов $A$ ($N/A$) также возрастает, в то время как доля протонов ($Z/A$) уменьшается.

Ответ: С увеличением зарядового числа в ядрах элементов возрастает доля нейтронов.