Номер 4, страница 284 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 58. Радиоактивные превращения атомных ядер. Закон радиоактивного распада. Ответь на вопросы - номер 4, страница 284.

Условие.

4. На примере реакции α-распада радия объясните законы сохранения электрического заряда и массового числа.

Решение.

Решение 2.

На примере реакции α-распада радия объясните законы сохранения электрического заряда и массового числа.

Реакция альфа-распада (α-распада) стабильного изотопа радия, радия-226 ($_{88}^{226}\text{Ra}$), является классическим примером для демонстрации законов сохранения в ядерной физике. В ходе этого процесса ядро радия испускает α-частицу, которая представляет собой ядро атома гелия ($_{2}^{4}\text{He}$), и превращается в ядро другого элемента.

Уравнение данной ядерной реакции записывается следующим образом:

$$_{88}^{226}\text{Ra} \rightarrow _{86}^{222}\text{Rn} + _{2}^{4}\text{He}$$

где $_{88}^{226}\text{Ra}$ — исходное ядро радия, $_{86}^{222}\text{Rn}$ — образовавшееся ядро радона, а $_{2}^{4}\text{He}$ — испущенная альфа-частица. Верхний индекс в обозначении элемента — это массовое число (A), а нижний — зарядовое число (Z).

Закон сохранения массового числа утверждает, что сумма массовых чисел частиц, вступивших в реакцию, равна сумме массовых чисел частиц, образовавшихся в результате реакции. Массовое число равно общему количеству протонов и нейтронов в ядре. Для распада радия:

• Массовое число до реакции: $A_{Ra} = 226$.
• Сумма массовых чисел после реакции: $A_{Rn} + A_{He} = 222 + 4 = 226$.

Поскольку $226 = 226$, закон сохранения массового числа выполняется.

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что суммарный электрический заряд частиц до реакции равен суммарному электрическому заряду частиц после реакции. В ядерной физике это эквивалентно сохранению зарядового числа, которое равно количеству протонов в ядре. Для распада радия:

• Зарядовое число до реакции: $Z_{Ra} = 88$.
• Сумма зарядовых чисел после реакции: $Z_{Rn} + Z_{He} = 86 + 2 = 88$.

Поскольку $88 = 88$, закон сохранения электрического заряда также выполняется.

Ответ: В реакции α-распада радия $_{88}^{226}\text{Ra} \rightarrow _{86}^{222}\text{Rn} + _{2}^{4}\text{He}$ сумма массовых чисел ($226 = 222 + 4$) и сумма зарядовых чисел ($88 = 86 + 2$) до и после реакции остаются неизменными, что демонстрирует выполнение законов сохранения массового числа и электрического заряда.

5. Какой вывод следовал из открытия, сделанного Резерфордом?

Из знаменитых опытов по рассеянию альфа-частиц на тонкой золотой фольге, проведенных под руководством Эрнеста Резерфорда в 1909–1911 годах, последовал фундаментальный вывод, который полностью изменил представления о строении материи. Этот вывод лёг в основу планетарной (или ядерной) модели атома.

Суть эксперимента заключалась в том, что большинство α-частиц проходило сквозь фольгу практически без отклонений, но очень небольшая часть (примерно 1 из 8000) отклонялась на большие углы, а некоторые даже отбрасывались назад. Это было совершенно необъяснимо с точки зрения доминировавшей тогда модели атома Томсона ("пудинг с изюмом"), согласно которой положительный заряд и масса равномерно "размазаны" по всему объему атома.

На основе этих результатов Резерфорд сделал следующие выводы:

• Поскольку большинство α-частиц пролетает сквозь атом без взаимодействия, почти весь объем атома должен быть пустым пространством.
• Чтобы объяснить отражение некоторых α-частиц, внутри атома должен существовать очень маленький, но очень массивный и положительно заряженный центр.
• Этот центральный объект, который Резерфорд назвал ядром, содержит практически всю массу атома (более 99.9%) и весь его положительный заряд.
• Отрицательно заряженные электроны должны вращаться вокруг этого ядра по орбитам, подобно планетам, вращающимся вокруг Солнца, чтобы атом в целом был электрически нейтральным.

Таким образом, открытие Резерфорда разрушило старые представления и привело к созданию новой, ядерной модели атома, которая стала фундаментом для всей современной физики.

Ответ: Главный вывод из открытия Резерфорда заключался в создании планетарной модели атома, согласно которой атом состоит из очень маленького, плотного, положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена почти вся его масса, и вращающихся вокруг ядра на значительном расстоянии легких отрицательных электронов.