Answers to Ηomework set 1 10-11-2017 1. Με βάση προκύπτοντα πειραματικά δεδομένα φασματοσκοπίας μάζας, η μάζα του οξυγόνου-16 βρίσκεται ότι είναι 1.06632 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του ατόμου αζώτου-. Δεδομένου ότι το οξυγόνο-16 έχει μάζα.9949 u, ποια είναι η μάζα του ατόμου του αζώτου- σε ατομικές μονάδες u? Δεδομένου ότι ο λόγος μαζών.9949, θα έχουμε: 16 16 / Ν είναι 1.06632 και η μάζα του ισοτόπου Ο είναι Ο 7 16 Μάζα του Ο = 1.06632 Μάζα του Ν 7 Συνεπώς, Μάζα του 7 Ν = 16 Μάζα του Ο 1.06632 =.9949 =.0001 ατομικές μονάδες u 1.06632 Άρα, η μάζα του ισοτόπου 7 Ν είναι σχεδόν ατομικές μονάδες u, όπως αναμένεται.
2. Εργάζεσθε σε ένα εργαστήριο πυρηνικής ιατρικής, όπου ερευνάτε το ασβέστιο- και το οξυγόνο-. α) Ποιο νουκλίδιο παράγεται όταν το ασβέστιο- συμμετέχει σε διεργασία σύλληψης ηλεκτρονίου? β) Τι παράγεται όταν οξυγόνο- εκπέμπει ποζιτρόνιο? Εξηγήστε. α) Κατά τη διάρκεια της πυρηνικής αντίδρασης αυτής, όταν συλλαμβάνεται ένα ηλεκτρόνιο, ένα πρωτόνιο μετατρέπεται σε νετρόνιο. Αν και στην προκειμένη περίπτωση δε λαμβάνει χώρα μεταβολή στο μαζικό αριθμό, εν τούτοις παρατηρείται μείωση του ατομικού αριθμού κατά 1. Η σκέψη αυτή αποδεικνύεται παρακάτω: Έτσι, γράφουμε αρχικά την πυρηνική αντίδραση 20 Ca + e E Z A + 0 = Α Συνεπώς, Α = Άρα, ο μαζικός αριθμός παραμένει ανέπαφος. 20 + (-1) = Ζ Συνεπώς, Ζ = 19 Άρα, πράγματι παρατηρείται μείωση του ατομικού αριθμού κατά 1. Από τον παραγόμενο ατομικό αριθμό προκύπτει η ταυτότητα του νέου στοιχείου. Το στοιχείο αυτό είναι το κάλιο, Κ. Έτσι, η συνολική πυρηνική αντίδραση αποδίδεται ως εξής: 20 19 Ca + e Κ α) Ακολουθώντας την ίδια λογική, η πυρηνική αντίδραση εκπομπής ποζιτρονίου από το ισότοπο αναγράφεται ως εξής: Ο
A Ο E + e Z +1 0 = Α + 0 Συνεπώς, Α = Δηλαδή, ο μαζικός αριθμός διατηρείται ανέπαφος. = Ζ + 1 Συνεπώς, Ζ = 7 Άρα, πράγματι παρατηρείται μείωση του ατομικού αριθμού κατά 1. Από τον παραγόμενο ατομικό αριθμό προκύπτει η ταυτότητα του νέου στοιχείου. Το στοιχείο αυτό είναι το άζωτο, Ν. Έτσι, η συνολική πυρηνική αντίδραση αποδίδεται ως εξής: Ο Ν + e 7 +1 0
3. Ένας τρόπος να δημιουργηθούν στοιχεία βαρύτερα του σιδήρου είναι μέσω της διεργασίας r (rapid process). Τέτοιες διεργασίες λαμβάνoυν χώρα στους υπερκαινοφανείς αστέρες, όπου νετρόνια υψηλών ταχυτήτων προσκρούουν σε πυρήνες σιδήρου. Μερικά από τα νετρόνια αυτά συλλαμβάνονται, οδηγώντας έτσι σε έντονα ασταθή πυρήνα που τελικά αποσυντίθεται. Σε κάθε βήμα αποσύνθεσης ένα νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο. Αποδώστε τη συνολική πυρηνική αντίδραση σύλληψης έξι νετρονίων από πυρήνα σιδήρου-56 και τη μετατροπή τους σε πρωτόνια. Εξηγήστε. Με βάση τα πειραματικά δεδομένα, η συνολική αντίδραση που λαμβάνει χώρα περιλαμβάνει την εμφάνιση ενός πυρήνα σιδήρου. Συνεπώς, η πρώτη πυρηνική αντίδραση αναγράφεται ως εξής: 56 1 A Fe + 6 0n Z E 56 + 6x1 = Α Συνεπώς, Α = Δηλαδή, ο μαζικός αριθμός αυξάνεται κατά 6. + 0 = Ζ Συνεπώς, Ζ = Άρα, δεν παρατηρείται μείωση του ατομικού αριθμού. Από τα παραγόμενα δεδομένα προκύπτει η ταυτότητα του νέου νουκλιδίου του σιδήρου. Το νουκλίδιο αυτό δίνεται από την παρακάτω πυρηνική αντίδραση: 56 1 Fe + 6 0 n Fe Ο πυρήνας σιδήρου που προκύπτει, όμως, είναι ασταθής και στη συνέχεια αποσυντίθεται. Κατά τη διάρκεια της διεργασίας αυτής, κάθε νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο. Άρα, για κάθε πρωτόνιο που δημιουργείται εκπέμπεται ένα ηλεκτρόνιο. Επομένως, για έξι νετρόνια που μετατρέπονται, εκπέμπονται έξι ηλεκτρόνια. Συνεπώς, η νέα πυρηνική αντίδραση που λαμβάνει χώρα είναι η παρακάτω:
Fe A Z E + 6 e = Α + 6x0 Συνεπώς, Α = Δηλαδή, ο μαζικός αριθμός παραμένει σταθερός. = Ζ + 6x(-1) Συνεπώς, Ζ = 32 Άρα, παρατηρείται αύξηση του ατομικού αριθμού κατά 6. Από τα παραγόμενα δεδομένα προκύπτει η ταυτότητα του νέου νουκλιδίου. Το νουκλίδιο αυτό είναι το γερμάνιο και δίνεται από την παρακάτω πυρηνική αντίδραση: Ge 32 Fe Ge + 6 e 32 Έτσι, η συνολική αντίδραση αποδίδεται ως εξής: 1 Fe + 6 0 n Fe 32Ge + 6 e