2. Hur många elektroner får det plats i K, L och M skal?

Transkript

1 Testa dig själv 12.1 Atom och kärnfysik sidan En atom består av tre olika partiklar. Vad heter partiklarna och vilken laddning har de? En atom kan ha tre olika elementära partiklar, neutron med utan elektrisk laddning (neutral), proton med positivt elektriskt laddning och elektron med negativt elektrisk laddning. 1. Elektron negativ laddning ( e) 2. Proton positiv laddning (+ ) 3. Neutron neutral laddning ingen laddning 2. Hur många elektroner får det plats i K, L och M skal? Skal K L M Max antal elektroner Det gäller t.o.m atomnummer 20 I K-skalet är det 2 stycken elektroner 3. Vilken laddning har en atom som helhet? En atom innehåller exakt lika många protoner som elektroner, då är den elektriskt neutral. Det är värken positiv eller negativt laddad. (Alla atomer är elektriskt neutrala, det vill säga de har ingen laddning alls). Så länge atomen har lika många protoner som elektroner är den neutral 4. a) Vad menas med atomnummer? Atomnumret säger om hur många protoner det finns i atomkärnan och vilket grundämne det handlar om. b) Vad menas med masstal? säger om hur många protoner och neutroner det finns i atomkärnan. et är summan av antalet protoner och neutroner i en atomkärna. (et anger det sammanlagda antal partiklar i kärnan) 5. a) Vad är gemensamt för två isotoper av samma grundämne? De har samma antal protoner och elektroner så långe atomen är neutral. b) Vad är det som skiljer dem åt?

2 Det som skiljer dem åt är antalet neutroner. (De har olika antal neutroner). Det finns väteatomer med 1,2 eller 3 i kärnan. Det kallas då för olika isotoper av väte. 6. En natriumatom har atomnummer 11 och masstalet 23. Hur många neutroner har kärnan? 11 protoner 12 neutroner Plussar man ihop protoner och neutroner får man masstalet. (11+12=23). Svar: natriumatom har 12 stycken neutroner i kärnan. 7. En isotop av magnesium skrivs 23 Mg 12 a) Beskriv hur kärnan är uppbyggd. Kärnan har 12 protoner och 11 neutroner. b) Fördela isotopens elektroner på olika skal I K-skalet är det 2 stycken elektroner, i L-skalet 8 stycken och i M-skalet 2 stycken. 8. Hur uppkommer ljus av olika färger Vilken färg ljuset får beror på hur långa hopp som elektronerna i en atom gör. Ju längre hopp, desto mer energirik strålning. Blå ljus 6-2 avges vid långa hopp, medan rött ljus 3-2 avges vid korta hopp. 9. Den vanligaste heliumisotopen har två protoner och två neutroner i sin kärna. Jämför atomkärnans massa med den sammanlagda massan av elektroner. Vilket resultat kommer du fram till? Kärnan innehåller fyra partiklar som var och en har gånger så stor massa som en elektron. Hela kärnan har alltså gånger så stor massa som en elektron. Hela kärnan har alltså gånger så stor massa som en elektron.

3 10. Protonens diameter är ca 2, mm. Tänk dig att du ska lägga en 1 mm läng rad av protoner och att du hinner lägga 10 stycken sekunder. Hur lång tid skulle det ta? Målet med en sådan uppgift är att du får uppskatta hur liten en proton kan vara. Diametern på en proton kan vara ca 2, mm. Nu försöker du att lägga protonerna bredvid varandra så du får en rad med protoner som är 1 mm lång. Hur många protoner får plats på 1 mm? Här delar du 1 mm på 2, mm/en proton. Du får protoner. Om du lägger 10 protoner på en sekund behöver du sekunder. Nu omvandlar du sekunder till minuter (dela på 60), timmar (dela på 60), dygn (dela på 24) och år (dela på 365). Tiden uppskattas till 1270 år år Extra uppgift En guldatom har masstalet 179. En radonatom har masstalet 222. Ändå har guld mycket högre densitet än radon. Hur kan det komma sig? Guldatomer sitter mycket tätare packade än radonatomerna. Detta beror på att guld är fast material medan radon är en gas.

4 Testa dig själv Vilka tre typer av strålning finns det? alfastrålning, betastrålning och gammastrålning 2. Hur är en alfapartikel uppbyggd? Den består av två protoner och två neutroner, det vill säga en heliumkärna. 3. Vad är betastrålning? En betapartikel är en elektron. 4. Vilken strålning är svårast att stoppa? Gammastrålning 5. Aktiviteten hos ett radioaktivt ämne mäts i becquerel (Bq). Vad menas med 1 Bq? En becquerel är lika med ett sönderfall per sekund i ett radioaktivt ämne 6. På vilket sätt skiljer sig gammastrålning Alfastrålning och betastrålning är partikelstrålning och gammastrålning är elektromagnetiska vågor som ljusvågor men de har mycket korta våglängder, ca 0,001 nm till ca nm. Därför är gammastrålning mycket energirik. 7. Vad menas med halveringstid? Det är den tid det tar för hälften av alla atomkärnor i ett ämne att sönderfalla. 8. a) Hur förändras sammansättningen hos en atomkärna som utsänder alfastrålning? Såväl antalet protoner som neutroner minskar med 2. Alltså minskar masstalet med 4 elementära partiklar. b) hur förändras sammansättningen hos en atomkärna som utsänder betastrålning? Antal protoner ökar med 1 medan antalet neutroner minskar med 1. Alltså är samma masstal. Obs att ett nytt ämne kan bildas pga att antal protoner ökas med 1.

5 9. diagrammet visar en så kallad sönderfallskurva för isotopen Bi. Hur lång är halveringstiden? 18 min 10. a 10. Med formler kan vi beskriva radioaktiva sönderfall. Fullborda formlerna här nedanför och ange vilken typ av strålning som det är fråga om Ac Th + e Ac är aktinium och är ett radioaktivt ämne. Här omvandlas en neutron i aktiniumatomkärna till en proton och en elektron. Elektronen lämnar atomen som en strålning. Därför kallas en sådan strålning betastrålning. 10. b Th Ra + He Th är torium och är ett radioaktivt ämne. Här kan en toriumatomkärna skicka ut en heliumkärna. Två protoner och två neutroner lämnar atomen som en strålning. Därför kallas en sådan strålning alfastrålning. 10. c Ra Ru + He Ra är radium och är ett radioaktivt ämne. Här kan en radiumatomkärna skicka ut en heliumkärna. Två protoner och två neutroner lämnar atomen som en strålning. Därför kallas en sådan strålning alfastrålning. Observera: att Ru är radongas och är ett radioaktivt ämne som skickar ut alfastrålningar. Därför är hus som har radongasen farligt att bo i. Ett radonhus bör ventileras ordentligt.

6 11. a) Beskriv hur betastrålning uppkommer. Betastrålning uppkommer genom att en neutron omvandlas till en proton och en elektron. Elektronen lämnar kärnan i form av betastrålning. b) skriv en formel som visar hur betapartikeln kan uppstå n H + e strålningen från ett radioaktivt ämne minskar till en fjärdedel på 40 min. vilken är halveringstiden? 20 min. Extra uppgift Tänk dig att du har 40 g av ett radioaktivt ämne med halveringstiden 10 min och 10 g av ett annat ämne med halveringstiden 20 min. hur länge dröjer det innan det återstår lika mycket av de båda radioaktiva ämnena? Efter 40 minuter återstår 2,5 g vardera av de båda ämnena.

7 Testa dig själv Vilket ämne utgör bränsle i ett kärnkraftverk? Urandioxid och uran Vad händer den process som skapar energi inuti solen? Fusion 3. Vad händer med bränslets massa efter en fission eller fusion? Massan är mindre efter reaktionen än före. 4. Vad heter den fysiker som visade att material kan omvandlas till energi? Albert Einstein 5. Hur skapas kedjereaktionen i en atombomb? När en neutron träffar en uranatomkärna klyver uranatomkärnan till två delar och frigörs mycket energi, strålningar och mellan två till tre neutroner. Neutronerna kommer klyva andra uranatomkärnor och bildas igen mycket energi, strålningar och nya 4 till 6 neutroner. Uranatomkärnklyvningar fortsätter så länge finns fria neutroner och uranatomkärnor. Fenomen kallas okontrollerad kedjereaktion. Här har man svårt att kontrollera energimängden och strålningar. 6. Var sker kärnklyvningarna i ett kärnkraftverk? I bränslestavarna 7. Vattnet i en kärnkraftsreaktor har två uppgifter. Vilka? -Vattnet bromsar neutronernas hastighet (moderator). -Genom kärnklyvningarna upphettas vattnet. Den ånga som bildas leds till en turbin som i sin tur driver en generator. 8. Vad har styrstavarna i en kärnreaktor för funktion? Med styrstavarna kan man reglera hur snabbt kedjereaktionen i reaktorn sker. kontrollerar antal neutroner som träffar uranatomkärna. 9. Turbinen i ett kärnkraftverk driver en generator. Vad är en generator? En generator (spole och magnet som cykeldynamo) är en maskin som skapar elektrisk ström.

8 10. Bilden visar hur aluminium omvandlas till fosfor på konstgjord väg. Skriv reaktionen med en formel He + Al P + n En litiumisotop med masstalet 7 beskjuts med en proton. Den instabila isotop som då uppkommer sänder genast ut en neutron. Skriv en formel som visar förloppet H + Li Be + n En sockerbit väger 3 g. Tänk dig att sockerbiten helt och hållet kunde omvandlas till energi. Hur mycket energi skulle i så fall frigöras? E = m c 2 E = 0,003 kg ( m/s) 2 E= Nm 1Nm= 1J E = 270 TJ (Man läser 270 tera joule) eftersom = 1T OBS! Det är bara en teoretisk beräkning av energimängden enligt Einsteins formel. Fast är man tveksam att få så mycket energi av 3g socker. 13. Extra uppgift Enligt Einsteins formel så är massa och energi två sidor av samma sak. Innebär det att Ett varmt strykjärn väger mer än ett kallt strykjärn Svaret är: ja. Detta beror på att vi i det ursprungliga stadiet (varmt strykjärn) har ett högre energiinnehåll och därmed högre massa. Men skillnaden i massa är ej mätbar.

9 1 H Väte 1 17 Cl Klor 35,5 Namn på betäckningar som kommer att komma på proven är 22st 2 He Helium 4 20 Ca Kalcium 40,1 6 C Kol Fe Järn 7 N Kväve Cu Koppar 8 O Syre Ag Silver 9 F Fluor Cd Kadmium 11 Na Natrium Au Guld 12 Mg Magnesium Hg Kvicksilver 13 Al Aluminium Rn Radon 15 P Fosfor Ra Radium S Svavel 31,1 92 U Uran 238