Состав атомного ядра.
Изотопы. Ядерные реакции

Опорный конспект по физике в 9 классе по темам «Состав атомного ядра. Нуклонная модель атомного ядра. Изотопы. Радиоактивные превращения. Период полураспада атомных ядер. Ядерные реакции. Законы сохранения зарядового и массового чисел». Обновлен 15.08.2026 г. Вернуться к Списку конспектов по физике

Проверяемые элементы содержания (ПЭС):
👉 ФОП ООО: 12.4. Строение атомного ядра. Нуклонная модель атомного ядра. Изотопы. 12.5. Радиоактивные превращения. Период полураспада атомных ядер. 12.6. Ядерные реакции. Законы сохранения зарядового и массового чисел.
👉 ОГЭ: 4.3 Состав атомного ядра. Изотопы. 4.4 Период полураспада атомных ядер. 4.5 Ядерные реакции. Законы сохранения зарядового и массового чисел.

Спускаемся в самое сердце материи — атомное ядро. Это мир, где привычные законы химии перестают работать, а правят бал ядерные силы и законы сохранения. Сегодня мы разберемся, из чего состоит ядро, почему одни атомы «радиоактивны», а другие нет, и как записывать ядерные реакции — это важнейший навык для ОГЭ.

Состав атомного ядра (Нуклонная модель)

Мы уже знаем из опытов Резерфорда, что в центре атома находится массивное положительно заряженное ядро. Но из чего оно состоит? В 1932 году было открыто, что ядро состоит из двух типов частиц — нуклонов:
📌 Нуклоны — это общее название для протонов и нейтронов, из которых состоят ядра атомов.

Важно: Масса ядра почти целиком определяется протонами и нейтронами (электроны в 1836 раз легче протона).

Характеристики ядра (Обозначение)

Любое ядро обозначается так:

\( \frac{A}{Z}X \)

• \( X \) — химический символ элемента.
• \( Z \) — зарядовое число = число протонов в ядре = порядковый номер элемента в таблице Менделеева.
• \( A \) — массовое число = общее число нуклонов (протонов + нейтронов) в ядре.
• \( N \) — число нейтронов: \( N = A \mathbin{-} Z \).

Пример: Ядро атома кислорода \( \frac{16}{8}O \). Это значит: \( Z = 8 \) (8 протонов), \( A = 16 \) (всего 16 нуклонов), \( N = 16 \mathbin{-} 8 = 8 \) нейтронов.

Ядерные силы (Почему ядро не разлетается?)

В ядре протоны имеют одинаковый положительный заряд и должны отталкиваться друг от друга с огромной силой (по закону Кулона). Но ядро стабильно!
📌 Ядерные силы — это силы притяжения между нуклонами в ядре, которые во много раз (в 100 раз) превосходят электрическое отталкивание, но действуют только на очень малых расстояниях (\( \approx 10^{-15} \, м \)).

Свойства ядерных сил:
1. Короткодействующие: действуют только между соседними нуклонами (на расстоянии порядка диаметра ядра).
2. Зарядово независимые: протоны и нейтроны взаимодействуют одинаково (сила между p-p, n-n, p-n одинакова).
3. Это самые мощные силы в природе (они удерживают кварки внутри нуклонов).

Изотопы (Одинаковые химические свойства, разная масса)

Все атомы одного элемента имеют одинаковое число протонов (\( Z \)), но число нейтронов (\( N \)) может быть разным.
📌 Изотопы — это разновидности атомов одного химического элемента, имеющие одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.

Пример:
• Водород (\( Z = 1 \)):
• \( \frac{1}{1}H \) — протий (1 протон, 0 нейтронов).
• \( \frac{2}{1}H \) — дейтерий (1 протон, 1 нейтрон).
• \( \frac{3}{1}H \) — тритий (1 протон, 2 нейтрона) — радиоактивен.

Вывод: Изотопы имеют одинаковые химические свойства (потому что одинаковое число электронов), но разные физические свойства (масса, радиоактивность).

Радиоактивные превращения (Правила смещения)

📌 Когда ядро испускает \( \alpha \)- или \( \beta \)-частицу, оно превращается в ядро другого элемента. Это называется радиоактивным распадом.
Эти реакции подчиняются двум законам сохранения (об этом чуть ниже).

А) Альфа-распад (\( \alpha \)):
• Ядро теряет \( \frac{4}{2}He \) (2 протона + 2 нейтрона).
• Результат: Заряд \( Z \) уменьшается на 2, массовое число \( A \) уменьшается на 4.
Правило смещения (для \( \alpha \)-распада):

\( \frac{A}{Z}X \rightarrow \frac{A-4}{Z-2}Y + \frac{4}{2}He \)

Пример: \( \frac{226}{88}Ra \rightarrow \frac{222}{86}Rn + \frac{4}{2}He \) (Радий → Радон + Альфа).

Б) Бета-распад (\( \beta^- \)):
• Ядро испускает электрон \( \frac{0}{-1}e \) (и ещё антинейтрино, но в ОГЭ его не пишут).
• Внутри ядра нейтрон превращается в протон + электрон: \( n \rightarrow p + e^- \).
• Результат: Заряд \( Z \) увеличивается на 1, массовое число \( A \) не меняется (нейтрон стал протоном, масса почти не изменилась).
Правило смещения (для \( \beta \)-распада):

\( \frac{A}{Z}X \rightarrow \frac{A}{Z+1}Y + \frac{0}{-1}e \)

Пример: \( \frac{14}{6}C \rightarrow \frac{14}{7}N + \frac{0}{-1}e \) (Углерод-14 → Азот + Бета).

В) Гамма-излучение (\( \gamma \)):
• Ядро не меняет свой состав (\( A \) и \( Z \) не меняются). Излучается фотон высокой энергии (переход ядра из возбуждённого состояния в основное).

\( \frac{A}{Z}X^* \rightarrow \frac{A}{Z}X + \gamma \)

Законы сохранения в ядерных реакциях

Это самое важное для решения задач! При любой ядерной реакции (распад, столкновение, синтез) строго выполняются два закона:
📌 Закон сохранения зарядового числа: Сумма зарядовых чисел (\( Z \)) до реакции равна сумме зарядовых чисел после реакции.
📌 Закон сохранения массового числа: Сумма массовых чисел (\( A \)) до реакции равна сумме массовых чисел после реакции.

Как применять: Если в реакции неизвестен элемент (\( X \)), мы находим его \( Z \) (по сохранению заряда) и \( A \) (по сохранению массы), а затем смотрим в таблицу Менделеева.

Период полураспада (\( T_{1/2} \)) — Ядерные «часы»

Радиоактивный распад — процесс случайный. Нельзя предсказать, когда распадётся конкретное ядро. Но для большого числа ядер существует статистическая закономерность.
📌 Период полураспада (\( T_{1/2} \)) — это время, за которое распадается половина исходного количества радиоактивных ядер.

Ключевые свойства:

• Период полураспада — постоянная для данного изотопа (например, для углерода-14 это 5730 лет, для радона — 3,8 дня).
• Он не зависит от температуры, давления, химических связей.

Формула для количества оставшихся ядер (после \( n \) периодов полураспада):

\( N = \frac{N_0}{2^n} \)

• \( N_0 \) — начальное число ядер.
• \( n = \frac{t}{T_{1/2}} \) — число прошедших периодов полураспада.

Ядерные реакции (Столкновения)

Реакции делятся на два типа:
1. Радиоактивный распад — самопроизвольный (мы уже рассмотрели).
2. Искусственные ядерные реакции — вызываются бомбардировкой ядер частицами (нейтронами, протонами, альфа-частицами).

Пример (Резерфорд, 1919): Он бомбардировал ядра азота \( \alpha \)-частицами и получил кислород.

\( \frac{14}{7}N + \frac{4}{2}He \rightarrow \frac{17}{8}O + \frac{1}{1}H \)

Проверка законов сохранения:

• Заряд: \( 7 + 2 = 9 \); справа \( 8 + 1 = 9 \). Сходится!
• Масса: \( 14 + 4 = 18 \); справа \( 17 + 1 = 18 \). Сходится!

Решение типовых задач

ЗАДАЧА №1 (Нахождение числа нейтронов)
Условие: Ядро \( \frac{235}{92}U \) содержит сколько протонов, нейтронов и нуклонов?
Решение:
• Протоны: \( Z = 92 \).
• Нуклоны: \( A = 235 \).
• Нейтроны: \( N = A \mathbin{-} Z = 235 \mathbin{-} 92 = 143 \).
Ответ: 92 протона, 143 нейтрона, всего 235 нуклонов.

ЗАДАЧА №2 (Запись альфа-распада)
Условие: Запишите реакцию \( \alpha \)-распада ядра \( \frac{238}{92}U \).
Решение:
\( \frac{238}{92}U \rightarrow \frac{4}{2}He + \frac{234}{90}X \).
По таблице Менделеева \( Z = 90 \) — это торий (Th).
Ответ: \( \frac{238}{92}U \rightarrow \frac{234}{90}Th + \frac{4}{2}He \).

ЗАДАЧА №3 (Период полураспада)
Условие: Период полураспада изотопа йода-131 равен 8 суток. Сколько ядер из 1000 останется через 24 суток?
Дано:
\( N_0 = 1000 \)
\( T_{1/2} = 8 \, сут \)
\( t = 24 \, сут \)
Решение:
1. Число периодов полураспада: \( n = \frac{t}{T_{1/2}} = \frac{24}{8} = 3 \).
2. Количество оставшихся ядер: \( N = \frac{N_0}{2^n} = \frac{1000}{2^3} = \frac{1000}{8} = 125 \).
Ответ: 125 ядер.

Шпаргалка – Ядерная физика

(с) Ниже в учебных целях использованы схемы из учебного пособия «Физикa в таблицaх и схeмах: Все темы школьной программы. 7—11 классы. — СПб.: Издательский Дом «Литeрa», 2023», автор: Янчeвскaя О. В.

❓ Вопрос на подумать (К следующей теме): Мы узнали, что при альфа-распаде урана выделяется энергия (она уносится альфа-частицей). Откуда берётся эта энергия? Ведь ядро до и после имеет разную массу!

(Подсказка: \( E = mc^2 \) — масса превращается в энергию. Следующая тема — Энергия связи атомных ядер — объяснит это чудо!).

Конспект урока по физике для 9 класса «Состав атомного ядра. Нуклонная модель атомного ядра. Изотопы. Радиоактивные превращения. Период полураспада атомных ядер. Ядерные реакции. Законы сохранения зарядового и массового чисел». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
• Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
• Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике