Обсудить в классе, страница 259 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 62. Ядерные силы и ядерные реакции. Вопросы - страница 259.

Условие.

Можно ли в настоящее время осуществить мечту алхимиков о превращении ртути в золото?

Решение.

Да, в настоящее время осуществить мечту алхимиков о превращении ртути в золото технически возможно. Однако это достигается не химическими методами, которые пытались использовать алхимики, а с помощью ядерных реакций, то есть путем изменения состава атомного ядра.

Суть процесса заключается в том, что химический элемент определяется количеством протонов в ядре его атомов. У золота (Au) порядковый номер 79, что означает наличие 79 протонов в ядре. У ртути (Hg) — порядковый номер 80, то есть в ядре 80 протонов. Таким образом, чтобы превратить ртуть в золото, необходимо удалить из ядра атома ртути один протон.

Это можно сделать в ядерном реакторе или на ускорителе частиц. Один из реальных способов — это бомбардировка определенного изотопа ртути нейтронами. Например, если облучать самый легкий стабильный изотоп ртути, ртуть-196 ($^{196}_{80}\text{Hg}$), медленными нейтронами, он может захватить нейтрон, превратившись в нестабильный изотоп ртуть-197 ($^{197}_{80}\text{Hg}$). Этот изотоп с периодом полураспада около 64 часов испытывает электронный захват (один из протонов ядра захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома и превращается в нейтрон), в результате чего образуется стабильный изотоп золота-197 ($^{197}_{79}\text{Au}$).

Схема реакции выглядит следующим образом:

$ ^{196}_{80}\text{Hg} + ^{1}_{0}\text{n} \rightarrow ^{197}_{80}\text{Hg} \rightarrow ^{197}_{79}\text{Au} + \nu_e $ (где $\nu_e$ — электронное нейтрино)

Впервые такое превращение было осуществлено еще в 1941 году. Однако, несмотря на принципиальную возможность, этот метод имеет ряд существенных недостатков, которые делают его абсолютно нерентабельным:

1. Высокая стоимость: Процесс требует использования сложнейшего и дорогостоящего оборудования (ядерный реактор или ускоритель частиц) и огромного количества энергии.

2. Низкая эффективность: Выход конечного продукта (золота) чрезвычайно мал. Затраты на производство даже одного грамма золота таким способом в миллионы раз превышают его рыночную стоимость.

3. Радиоактивность: В ходе реакции могут образовываться не только стабильные, но и радиоактивные изотопы как золота, так и других элементов. Работа с такими материалами опасна и требует дополнительных мер безопасности и затрат на очистку и утилизацию.

Таким образом, мечта алхимиков осуществлена лишь теоретически. На практике производить золото из ртути бессмысленно с экономической точки зрения.

Ответ: Да, современная физика позволяет превращать ртуть в золото с помощью ядерных реакций. Однако этот процесс является крайне дорогим, неэффективным и экономически абсолютно нецелесообразным, поэтому в промышленных или коммерческих целях он не используется.