W czym jądra atomowe mogą być do siebie podobne? Izotopy trwałe i nietrwałe.

Wykorzystaj grafikę interaktywną i zbadaj, w czym dwa różne jądra atomowe mogą być do siebie podobne. Zwróć przy tym uwagę, że niektóre jądra są stabilne (są one zaznaczone w diagramie zieloną kropką), inne zaś nie i przez to są radioaktywne.
Możesz przypomnieć sobie e‑materiały „Czy wszystkie atomy tego samego pierwiastka są takie same?” oraz „Opisujemy przemianę beta-” i „Opisujemy przemianę beta+”.

R1L5baWfrPSKD
Ilustracja interaktywna 1. Jądro azotu 14N def
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Grafika interaktywna prezentuje zestawienie pierwiastków oraz ich izotopów w postaci kwadratowej kratki pięć na pięć pól w kierunku pionowym i poziomym. W niektórych kratkach pokazano symbole pierwiastków oraz ich liczbę masową, wielka litera A, w postaci indeksu górnego zapisanego zielonym kolorem oraz liczbę atomową, wielka litera Z, w postaci indeksu dolnego zapisanego czerwonym kolorem. Pierwiastkami pokazanymi w kratkach są: bor oznaczony wielką literą B, węgiel oznaczony wielką literą C, azot oznaczony wielką literą N, tlen oznaczony wielką literą O oraz fluor oznaczony wielką literą F. W środkowym wierszu kratki znajdują się pierwiastki o takiej samej liczbie, wielka litera N, określającej liczbę neutronów w jądrze atomowym. Od lewej pokazany jest bor o liczbie masowej dwanaście i liczbie atomowej pięć, następnie węgiel o liczbie masowej trzynaście i liczbie atomowej sześć, następnie azot o liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej siedem, następnie tlen o liczbie masowej piętnaście i liczbie atomowej osiem i na końcu po prawej stronie fluor o liczbie masowej szesnaście i licznie atomowej dziewięć. W środkowej kolumnie pokazano izotopy azotu o takiej samej liczbie atomowej, wielka litera Z, określającej liczbę protonów w jądrze atomowym. Od góry pokazane są: azot o liczbie masowej szesnaście i liczbie atomowej siedem, niżej azot o liczbie masowej piętnaście i liczbie atomowej siedem, następnie azot o liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej siedem, niżej azot o liczbie masowej trzynaście i liczbie atomowej siedem oraz na samym dole azot o liczbie masowej dwanaście i liczbie atomowej siedem. W polach znajdujących się na diagonali kratki biegnącej od lewego górnego rogu do dolnego prawego rogu pokazano pierwiastki o takiej samej liczbie masowej, wielka litera A, która określa łączną liczbę nukleonów w jądrze atomowym. Od górnego lewego rogu kratki pokazano: bor o liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej pięć, węgiel o liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej sześć, azot o liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej siedem, tlen o liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej osiem oraz w prawym i dolnym rogu kratki fluor o liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej dziewięć. Do niektórych pierwiastków przyporządkowano cyfry, od jeden do siedem, po kliknięciu których na ekranie pojawia się mniejsze okno z dodatkowymi informacjami. Cyfrę jeden przyporządkowano do azotu o liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej siedem. Po kliknięciu lewym przyciskiem myszy na cyfrę jeden pojawia się dodatkowa informacja: jądro azotu, indeks górny czternaście i wielka litera N. Stabilne jądro, najczęściej występujący izotop w przyrodzie. Składa się z siedmiu protonów i siedmiu neutronów. Zawiera więc czternaście nukleonów. Cyfrę dwa przyporządkowano do widocznego nad środkową kolumną pola informującego, że izotopy w tej kolumnie mają taką samą liczbę atomową, wielka litera Z równa się constans. Pod cyfrą dwa ukryta jest informacja: linia stałej liczby protonów. Leżą na niej różne izotopy tego samego pierwiastka, u nas azotu. Różnią się one liczbą neutronów w jądrze. Cyfrę trzy przyporządkowano do pola obok górnego i lewego rogu diagramu, w którym zawarta jest informacja o stałej liczbie masowej, wielka litera A równa się constans. Pod cyfrą trzy ukryta jest informacja, że jest to linia stałej liczby nukleonów. Leżą na niej jądra atomowe zawierające jednakową liczbę nukleonów, u nas czternaście, choć różne liczby protonów i neutronów. Takie jądra nazywa się jądrami izobarycznymi. Cyfrę cztery przyporządkowano do pola po prawej stornie od środkowego wiersza diagramu. W polu tym widoczna jest informacja o stałej liczbie neutronów, wielka litera N równa się constans. Pod cyfrą cztery kryje się następująca informacja. Linia stałej liczby neutronów. Leżą na niej jądra atomowe zawierające jednakową liczbę neutronów, u nas siedem, choć różne liczby protonów. Wspólna nazwa takich jąder, raczej specjalistyczna, to jądra izotoniczne. Cyfrę pięć przyporządkowano do izotopu azotu o liczbie masowej piętnaście i liczbie atomowej siedem. Pod cyfrą pięć znajduje się informacja, że jest to drugi stabilny izotop azotu. Stanowi on niecałe cztery setne procenta azotu na Ziemi. Znamy w sumie piętnaście izotopów azotu. Jedynie dwa z nich są stabilne, pozostałe są radioaktywne. Cyfrę sześć przyporządkowano do izotopu węgla o liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej sześć. Pod cyfrą sześć znajduje się informacja, że niestabilny izotop czternastego węgla jest jądrem izobarycznym czternastego azotu. Przechodzi w jądro azotu, indeks górny czternaście i wielka litera N, wskutek przemiany, wielka grecka litera beta i indeks górny minus. Czas połowicznego zaniku tego procesu to ponad pięć tysięcy pięćset lat. Izotop ten stosowany jest do datowania radioizotopowego. Cyfrę siedem przyporządkowano do izotopu fluoru i liczbie masowej czternaście i liczbie atomowej dziewięć. Pod cyfrą siedem znajduje się następująca informacja: Niestabilny izotop czternastego fluoru jest jądrem izobarycznym co czternastego azotu. Przechodzi w jądro tlenu, indeks górny czternaście i wielka litera O, wskutek przemiany, wielka grecka litera beta i indeks górny plus. Po kolejnej przemianie beta plus powstaje jądro azotu, indeks górny czternaście i wielka litera N. Orientacyjnie czas połowicznego zaniku tych procesów to odpowiednio dziesięć do potęgi minus dwudziestej pierwszej sekundy i siedemdziesiąt jeden sekund.

Wykorzystaj grafikę do wykonania zaproponowanych poleceń.

Przeczytaj uważnie opis grafiki, zastanów się, jak jego treść może pomóc Ci w rozwiązaniu (albo wykonaniu) proponowanych poleceń.

ROVTuV0V89v1r
Rys. a. Zestawienie pierwiastków i ich izotopów
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
1
Polecenie 1

Jądra zwierciadlane to takie dwa różne jądra, z których jedno ma tyle samo protonów, co drugie neutronów i, jednocześnie, to pierwsze ma tyle samo neutronów, co drugie protonów. Wykonaj następujące dwa polecenia:
a) Pogrupuj w pary wszystkie jądra zwierciadlane spośród ujawnionych w grafice.
b) Uzasadnij, że jądra zwierciadlane muszą leżeć na linii

uzupełnij treść
Polecenie 2

Pokazana grafika jest fragmentem tzw. tablicy nuklidów, czyli dwuwymiarowego diagramu, na którym prezentuje się znane jądra atomowe. Na osiach diagramu odkłada się dwie z trzech liczb, charakteryzujących jądro atomowe: liczbę atomową , liczbę neutronów w jądrze , liczbę nukleonów w jądrze . Wybór tych liczb jest dowolny.
W grafice ujawniono wszystkie stabilne jądra atomowe z prezentowanego fragmentu tabeli - oznaczono je za pomocą zielonej kropki.

R1d5PGUVoDQPD
Wskaż właściwe uzupełnienia zdań: Na osi poziomej prezentowanej grafiki odłożono liczbę protonów Zneutronów Nnukleonów A, zaś na osi pionowej odłożono liczbę protonów Zneutronów Nnukleonów A w jądrze atomowym.
Tak więc jeśli chcielibyśmy, by w grafice pojawił się stabilny izotop fluoru, to powinniśmy dodać do niej:
kolumnę po prawej stronie
kolumnę po lewej stronie
wiersz u góry
wiersz u dołu.
1
Polecenie 2

Gdy odkryto, że wchodzące w skład atomu jądro składa się z protonów i neutronów, to niemal oczywistym pomysłem na klasyfikację jąder atomowych było przyjęcie dwuwymiarowego diagramu. Na jego osiach odkłada się liczbę protonów oraz liczbę neutronów, składających się na jądro atomowe. Diagram ten nazywany jest tablicą nuklidów. Skorzystaj z dostępnych Ci źródeł i sprawdź jakie informacje zawiera tablica nuklidów?

uzupełnij treść
Polecenie 3
R1Hx7RRH6D2nq
Uzupełnij zdania opisujące niektóre nuklidy nieujawnione w grafice. Stabilne jądro leżące na linii A = 12 to 1. 13 B, 2. 14 C, 3. 12 F, 4. 18 F, 5. 11 B, 6. 19 F, 7. 12 C, 8. 17 O, 9. 16 O
Stabilne jądro boru to 1. 13 B, 2. 14 C, 3. 12 F, 4. 18 F, 5. 11 B, 6. 19 F, 7. 12 C, 8. 17 O, 9. 16 O
Stabilne jądro tlenu leżące na linii N = 8 to 1. 13 B, 2. 14 C, 3. 12 F, 4. 18 F, 5. 11 B, 6. 19 F, 7. 12 C, 8. 17 O, 9. 16 O
Niestabilne jądro leżące w prawym, górnym rogu tabeli to 1. 13 B, 2. 14 C, 3. 12 F, 4. 18 F, 5. 11 B, 6. 19 F, 7. 12 C, 8. 17 O, 9. 16 O
1
Polecenie 3

Czy wiesz, w jaki sposób układają się stabilne jądra atomowe?

uzupełnij treść

Treść do poleceń 4 - 6.
Przypomnij sobie podstawowe wiadomości o układzie okresowym pierwiastków. Jakie  informacje o atomie i jego budowie zawarte są w typowym układzie okresowym? Które z nich mogą być bezpośrednio przydatne do opisu składu i właściwości jądra atomowego?
Skorzystaj z wiadomości z lekcji chemii lub z innych dostępnych źródeł informacji.

Polecenie 4
R1ZQrzZge9xLm
Umieść właściwy opis przy każdej informacji o atomie z typowego fragmentu układu okresowego.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
RTbTFEIuZmHZn
Zaznacz odpowiedź poprawną: Jadrami atomowymi izobarycznymi nazywamy jądra pierwiastków: Możliwe odpowiedzi: 1. Stanowiących izotopy tego samego pierwiastka, 2. Jądra o takiej samej liczbie protonów, 3. Jądra o takiej samej liczbie neutronów, 4. Jądra w o takiej samej liczbie nukleonów
Polecenie 5
RnBNdMTt8sQJe
Możliwe odpowiedzi: 1. Tak, 2. Nie
1
Polecenie 6

Przygotuj krótką prezentację na temat znaczenia i pochodzenia nazw 5‑6 wybranych pierwiastków, w tym jednego spośród pokazanych w grafice.
Czy symbol pierwiastka jest związany z polską nazwą tego pierwiastka?
Wykorzystaj pole do spisania konspektu prezentacji.

uzupełnij treść