Номер ?4, страница 196, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 11. Квантовые явления. Параграф 109. Лабораторные и исследовательские работы. Вопросы для обсуждения - номер ?4, страница 196.

Условие.

Можно ли сейчас осуществить мечту алхимиков: превратить ртуть в золото?

Решение.

Да, с точки зрения современной физики мечта алхимиков о превращении ртути в золото осуществима. Однако этот процесс кардинально отличается от того, что представляли себе алхимики, и является чрезвычайно сложным и экономически невыгодным.

Суть процесса

Превращение одного химического элемента в другой называется трансмутацией. Это ядерный процесс, так как химический элемент определяется количеством протонов в ядре его атома. Золото (Au) имеет атомный номер 79 (79 протонов), а ртуть (Hg) — 80 (80 протонов). Следовательно, чтобы превратить ртуть в золото, необходимо удалить один протон из ядра атома ртути.

Как это делается?

Такие превращения осуществляются в ядерных реакторах или на ускорителях частиц. Атомы ртути бомбардируют частицами высокой энергии (например, нейтронами). В результате ядерной реакции ядро ртути может измениться.

Один из возможных путей — это облучение нейтронами изотопа ртути-196 ($^{196}_{80}\text{Hg}$), который составляет около 0.15% от природной ртути. При захвате нейтрона образуется нестабильный изотоп ртуть-197 ($^{197}_{80}\text{Hg}$), который затем через процесс электронного захвата превращается в стабильный изотоп золота-197 ($^{197}_{79}\text{Au}$). Схема реакции выглядит так:

$^{196}_{80}\text{Hg} + ^{1}_{0}n \rightarrow ^{197}_{80}\text{Hg}$

$^{197}_{80}\text{Hg} + e^{-} \rightarrow ^{197}_{79}\text{Au} + \nu_e$ (период полураспада ртути-197 составляет около 64 часов).

Почему это не делают в промышленных масштабах?

1. Невероятная стоимость. Работа ядерных реакторов и ускорителей частиц требует колоссальных затрат энергии и ресурсов. Стоимость золота, полученного таким способом, будет в миллионы раз превышать рыночную стоимость золота, добытого традиционными методами.

2. Низкий выход продукта. В ходе реакции получается ничтожно малое количество атомов золота. Первые успешные эксперименты, проведенные еще в 1940-х годах, дали лишь микроскопические, невидимые глазу количества.

3. Радиоактивность. При облучении ртути образуются не только стабильные изотопы золота, но и различные радиоактивные изотопы как самого золота, так и побочных продуктов. Это делает полученный материал опасным и требует специальных мер по обращению и хранению.

Таким образом, хотя превращение ртути в золото технически возможно и было неоднократно продемонстрировано в лабораторных условиях, оно не имеет никакого практического и экономического смысла.

Ответ: Да, современная наука позволяет превращать ртуть в золото с помощью ядерных реакций. Однако этот процесс настолько дорог, сложен и неэффективен, что он абсолютно невыгоден с экономической точки зрения и проводится исключительно в научных целях.