Przemiany promieniotwórcze
Zapisuj i bilansuj równania rozpadu α i β⁻ z zachowaniem liczby masowej i atomowej. Poznaj nuklidy, izotopy i szeregi promieniotwórcze.
Po tej lekcji będziesz umieć
Odróżnić nuklid od izotopu
Nuklid to konkretny rodzaj jądra; izotopy to atomy tego samego pierwiastka o różnej liczbie neutronów.
Czytać zapis ᴬZX
Górny wskaźnik to liczba masowa A, dolny — liczba atomowa Z; N = A − Z.
Zapisać rozpady α, β− i γ
Znasz zmiany A i Z oraz emitowaną cząstkę w każdej przemianie.
Zbilansować równanie jądrowe
Suma liczb masowych i suma liczb atomowych są zachowane po obu stronach.
Prześledzić szereg promieniotwórczy
Łączysz kolejne rozpady aż do trwałego nuklidu.
Po co Ci to na maturze?
Zadania o promieniotwórczości to typowy, „pewny" punkt na rozszerzeniu — jeśli znasz reguły. CKE prosi o dopisanie brakującego nuklidu w równaniu rozpadu albo o wskazanie produktu przemiany α lub β−. Cała sztuka to zachowanie liczby masowej i atomowej.
Punktacja CKE
Punkty przyznaje się osobno za: bilans liczby masowej (A), bilans liczby atomowej (Z), poprawny symbol pierwiastka oraz zapis emitowanej cząstki. Bilans obu liczb wystarcza, by wyliczyć brakujący nuklid.
Jak CKE pyta o ten temat?
„Uzupełnij równanie przemiany", „jaki nuklid powstaje w rozpadzie α/β−", „zapisz równanie rozpadu".
Na co uważać w zadaniu?
Czy to rozpad α (A−4, Z−2), β− (A bez zmian, Z+1), czy γ (A i Z bez zmian).
Najczęstsza pułapka
Zmiana liczby masowej w rozpadzie β− — a ona się nie zmienia.
Intuicja chemiczna
W przemianie promieniotwórczej zmienia się jądro atomu, więc może powstać inny pierwiastek. Żeby poprawnie zapisać przemianę, nie trzeba pamiętać wszystkich nuklidów — wystarczy kontrolować dwie liczby: liczbę masową A i liczbę atomową Z. Obie muszą bilansować się po obu stronach równania.
Dwie liczby, które muszą się zgadzać
W równaniu jądrowym suma górnych wskaźników (A) po lewej = suma po prawej; tak samo suma dolnych (Z). Z tego wyliczasz brakujący nuklid, a pierwiastek rozpoznajesz po Z.
Słownictwo
Wielkości, symbole i zależności
| Element | Symbol | Znaczenie |
|---|---|---|
| liczba masowa | A | protony + neutrony |
| liczba atomowa | Z | liczba protonów (decyduje o pierwiastku) |
| liczba neutronów | N | N = A − Z |
| nuklid | ᴬZX | jądro o określonych A i Z |
| cząstka alfa | 42He | jądro helu (emitowane w rozpadzie α) |
| elektron (beta) | 0−1e | elektron emitowany w rozpadzie β− |
| promieniowanie gamma | 00γ | foton wysokoenergetyczny |
| antyneutrino | ν̄e | cząstka emitowana w rozpadzie β− |
Modele, założenia i reguły
Stała procedura zapisu i bilansu przemiany:
- Odczytaj A i Z nuklidu macierzystego.
- Rozpoznaj rodzaj przemiany (α, β−, γ).
- Dla α: odejmij 4 od A i 2 od Z (emisja 42He).
- Dla β−: A bez zmian, Z + 1 (emisja 0−1e i antyneutrina).
- Dla γ: A i Z bez zmian (emisja fotonu 00γ).
- Rozpoznaj pierwiastek po nowej wartości Z.
- Zapisz emitowaną cząstkę z jej A i Z.
- Zbilansuj sumę liczb masowych.
- Zbilansuj sumę liczb atomowych.
- Sprawdź, czy zapis jest fizycznie sensowny (zachowana liczba nukleonów i ładunek).
Przemiany jądrowe — zmiany A, Z i pierwiastka
Trzy podstawowe przemiany różnią się tym, jak zmieniają A i Z. Główna figura zestawia je z przykładami i kierunkiem zmiany w układzie okresowym:
Rozpad α
A − 4, Z − 2; emisja 42He. W układzie okresowym: dwa miejsca w lewo. Np. 23892U → 23490Th + 42He.
Rozpad β−
A bez zmian, Z + 1; neutron → proton + elektron. Jedno miejsce w prawo. Np. 146C → 147N + 0−1e.
Emisja γ
A i Z bez zmian; jądro oddaje nadmiar energii jako foton 00γ. Ten sam pierwiastek.
Teoria: przemiany i interpretacje
Rozpad α (emisja jądra helu): ᴬZX → ᴬ−4Z−2Y + 42He — liczba masowa maleje o 4, atomowa o 2.
Rozpad β− (neutron → proton). Pełny zapis uwzględnia antyneutrino elektronowe: ᴬZX → ᴬZ+1Y + 0−1e + ν̄e, a na poziomie nukleonu: n → p + e− + ν̄e. Liczba masowa bez zmian, atomowa rośnie o 1.
Emisja γ (jądro wzbudzone → stan podstawowy): ᴬZX* → ᴬZX + 00γ — nie zmienia się ani A, ani Z; jądro oddaje tylko nadmiar energii.
Solver przemian jądrowych
Zapisz nuklid macierzysty
Rozpoznaj emitowaną cząstkę
Zapisz A i Z tej cząstki
Zbilansuj liczbę masową
Zbilansuj liczbę atomową
Oblicz brakujące A i Z
Odszukaj pierwiastek po Z
Uzupełnij całe równanie
Sprawdź obie sumy i nazwij przemianę
Model dydaktyczny: karty nuklidów i szereg promieniotwórczy
Cel: prześledzić zmiany A i Z w kolejnych rozpadach, aż do trwałego nuklidu.
Materiały: karty z zapisem przykładowych nuklidów, karta układu okresowego, karty przemian α, β− i γ.
Procedura:
- Wylosuj nuklid początkowy i typ przemiany.
- Zmień A i Z zgodnie z regułą przemiany.
- Rozpoznaj nowy pierwiastek po Z.
- Zapisz pełne równanie i zaznacz krok na schemacie A–Z.
- Powtarzaj, aż dojdziesz do wskazanego trwałego nuklidu (np. szereg uranowy kończy się na ołowiu).
Obserwacja: rozpad α zmniejsza obie liczby, β− zwiększa tylko Z, a γ nie zmienia żadnej z nich.
Wniosek: szereg promieniotwórczy to sekwencja przemian prowadzących od jądra nietrwałego do trwałego.
Przykład rozwiązany — uzupełnij równanie
Zadanie. Uzupełnij równanie: 23892U → 23490Th + ?
Rozwiązanie krok po kroku
Mini-praktyka CKE
Zapisz produkt i pełne równanie rozpadu α nuklidu 22688Ra.
Pokaż odpowiedź
Model. A: 226 − 4 = 222; Z: 88 − 2 = 86 (radon Rn). Równanie: 22688Ra → 22286Rn + 42He.
Jaki nuklid powstaje w rozpadzie β− z 146C? Zapisz pełne równanie z antyneutrinem.
Pokaż odpowiedź
Model. A bez zmian = 14; Z rośnie o 1 = 7 (azot N). Pełny zapis: 146C → 147N + 0−1e + ν̄e.
W przemianie β− zmienia się liczba masowa czy atomowa? Uzasadnij.
Pokaż odpowiedź
Model. Tylko atomowa (Z rośnie o 1), bo neutron zamienia się w proton. Liczba masowa (liczba nukleonów) nie zmienia się — nukleon zostaje, zmienia się tylko jego rodzaj.
Nuklid 21483Bi ulega kolejno rozpadowi β−, a potem α. (a) Produkt pierwszej przemiany [2 pkt]. (b) Pełne równanie rozpadu β− [1 pkt]. (c) Produkt rozpadu α [2 pkt]. (d) Sprawdź bilans A i Z obu przemian [1 pkt].
Pokaż odpowiedź
Model. (a) β−: A = 214, Z = 83 + 1 = 84 → 21484Po (polon). (b) 21483Bi → 21484Po + 0−1e + ν̄e. (c) α z 21484Po: A = 214 − 4 = 210, Z = 84 − 2 = 82 → 21082Pb (ołów). (d) β−: A 214 = 214 + 0; Z 83 = 84 + (−1). α: A 214 = 210 + 4; Z 84 = 82 + 2. Obie sumy się zgadzają.
Czym różni się przenikliwość promieniowania α, β− i γ i jak się przed nim chronić?
Pokaż odpowiedź
Model. α jest najmniej przenikliwe (zatrzyma je kartka papieru), β− bardziej (cienka blacha/aluminium), γ najbardziej (potrzebny gruby ołów lub beton). Ochrona: skrócić czas, zwiększyć odległość, stosować osłonę.
Częste błędy
W rozpadzie β− zmieniam liczbę masową.
A pozostaje bez zmian; rośnie tylko liczba atomowa Z (o 1).
W rozpadzie α odejmuję złe liczby.
A maleje o 4, Z maleje o 2 (emisja 42He).
Rozpoznaję pierwiastek po liczbie masowej.
Pierwiastek wyznacza liczba atomowa Z (liczba protonów).
Bilansuję tylko jedną liczbę.
Muszą się zgadzać obie: suma A i suma Z po obu stronach.
Pomijam antyneutrino w pełnym zapisie β−.
Pełne równanie β− zawiera także antyneutrino elektronowe (ν̄e).
Sądzę, że w emisji γ zmienia się pierwiastek.
W γ A i Z są bez zmian — pierwiastek pozostaje ten sam.
Pokaż więcej błędów (1)
Mylę nuklid z izotopem.
Nuklid to konkretne jądro (A i Z); izotopy to atomy tego samego pierwiastka o różnym A.
Powtórka w 30 sekund
Zapis
ᴬZX (A górny, Z dolny)
Rozpad α
A−4, Z−2 (42He)
Rozpad β−
A stałe, Z+1 (0−1e + ν̄e)
Emisja γ
A i Z bez zmian
Bilans
suma A i suma Z
Jeśli zapamiętasz jedno
α: masowa −4, atomowa −2; β−: masowa bez zmian, atomowa +1; γ: bez zmian. Suma A i suma Z zawsze muszą się zgadzać, a pierwiastek rozpoznajesz po Z.
Kluczowe pojęcia
Liczba atomowa (Z)
Liczba protonów w jądrze — decyduje, jaki to pierwiastek.
Liczba masowa (A)
Suma protonów i neutronów w jądrze.
Liczba neutronów (N)
N = A − Z.
Nuklid
Jądro o określonych A i Z — konkretny rodzaj atomu.
Izotopy
Atomy tego samego pierwiastka (to samo Z) o różnej liczbie neutronów (różne A).
Rozpad α
Emisja cząstki 42He; A maleje o 4, Z o 2.
Rozpad β−
Emisja elektronu i antyneutrina; A bez zmian, Z rośnie o 1.
Emisja γ
Jądro oddaje nadmiar energii jako foton; A i Z bez zmian.
Szereg promieniotwórczy
Ciąg kolejnych rozpadów aż do trwałego nuklidu.
Sprawdź się i przećwicz
Utrwal reguły rozpadów α, β⁻ i γ, pełny zapis β⁻ z antyneutrinem oraz bilansowanie równań jądrowych — a potem sprawdź się jak na egzaminie.
Sprawdzian z lekcji
Zadania: uzupełnij równania przemian α, β⁻ i γ, prześledź szereg promieniotwórczy.
Zrób sprawdzianZbiór zadań z chemii
Więcej zadań krok po kroku: bilans A i Z, produkty rozpadów, szeregi przemian.
Otwórz zbiór zadańŹródła, format CKE i materiały ZPE
Podstawa programowa MEN
MEN 2023 / dział I · PRChemia, dział I (poziom rozszerzony) — pisanie równań naturalnych przemian promieniotwórczych (α, β⁻, γ) oraz sztucznych reakcji jądrowych; bilans liczb A i Z.
Format CKE
matura PR / przemiany jądroweZadania: uzupełnianie równań przemian, produkty rozpadów, szeregi promieniotwórcze. Punktacja składowa (bilans A + bilans Z + symbol + cząstka).
Źródła: MEN — podstawa programowa (dział I, PR); CKE — informator maturalny i arkusze (przemiany jądrowe); ZPE — Przemiany jądrowe, Reakcje jądrowe, Naturalne szeregi promieniotwórcze.
W tej lekcji
Teoria
- 3Intuicja chemiczna
- 4Wielkości, symbole i zależności
- 5Modele, założenia i reguły
- 6Przemiany jądrowe — zmiany A, Z i pierwiastka
- 7Teoria: przemiany i interpretacje
- 8Solver przemian jądrowych
- 9Model dydaktyczny: karty nuklidów i szereg promieniotwórczy
- 10Przykład rozwiązany — uzupełnij równanie
- 11Mini-praktyka CKE
- 12Częste błędy
Zadanie