Izotopy helu

Poprawna odpowiedź

1. NIE

2. TAK

3. NIE

Wymaganie ogólne

1 Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązania prostych zadań obliczeniowych.

Wymaganie szczegółowe

3.1 Fizyka jądrowa. Uczeń posługuje się pojęciami pierwiastek, jądro atomowe, izotop, proton, neutron, elektron podaje skład jądra atomowego na podstawie liczby masowej i atomowej
3.10 Fizyka jądrowa. Uczeń opisuje działanie elektrowni atomowej oraz wymienia korzyści i zagrożenia płynące z energetyki jądrowej

Komentarz

W przyrodzie mogą występować różne warianty jądra atomowego danego pierwiastka chemicznego, nazywane izotopami. Izotopy różnią się jedynie liczbą neutronów. Liczba protonów jest w ich przypadku taka sama, bo to ona decyduje o własnościach fizyko-chemicznych danego jądra, a zatem o zakwalifikowaniu go jako konkretny pierwiastek chemiczny. Liczba protonów w jądrze nazywana jest liczbą atomową, a sumaryczna liczba protonów i neutronów – liczbą masową. Spotyka się izotopy (stabilne lub niestabilne) o różnym stosunku liczby protonów do liczby neutronów. Wprawdzie w większości przypadków mamy do czynienia z jądrami, w których jest nieco więcej neutronów niż protonów, znane są jednak stabilne jądra, dla których liczba neutronów jest mniejsza lub równa liczbie protonów. W przypadku wodoru jądro może być zbudowane z pojedynczego protonu, a izotopy wodoru zawierające neutron lub dwa neutrony spotykane są w przyrodzie wyjątkowo rzadko.

Prezentowane zadanie sprawdza, na ile uczniowie, opierając się na posiadanej wiedzy, są w stanie podać argumentację wyjaśniającą, dlaczego nie istnieje izotop o symbolu . Z zapisu tego wynika, że byłby to izotop helu o liczbie atomowej równej dwa, ale liczbie masowej równej jeden. Jakkolwiek liczba atomowa jest dla tego pierwiastka podana poprawnie (dwa protony), to liczba masowa nie odpowiada żadnej sytuacji, jaką moglibyśmy sobie wyobrazić. Jej wartość równa jeden oznaczałaby, że dwa protony i ewentualny neutron (lub kilka neutronów) ważą razem tyle samo, co jeden proton. Oczywiście taka sytuacja jest z punktu widzenia fizyki niemożliwa.  

W badaniu pilotażowym zadanie zostało poprawnie rozwiązane przez 53% uczniów pierwszych klas liceów ogólnokształcących. Najwięcej problemów sprawiło uczniom stwierdzenie trzecie. Aż 39% uczniów udzieliło w tym wierszu niepoprawnej odpowiedzi, uważając, że izotop  nie może istnieć, ponieważ liczba protonów w jądrze nie może być większa od liczby neutronów. Najwyraźniej błędnie zinterpretowali oni cyfrę „1” w symbolu jako liczbę neutronów. Warto zauważyć tutaj, że jądro helu zawierające jeden neutron istnieje, jest stabilne i jest to właśnie jeden z izotopów opisanych we wstępie do zadania.

Najmniej problematyczne okazało się stwierdzenie pierwsze. Aż 88% uczniów odpowiedziało poprawnie, że w dowolnym izotopie helu suma liczby protonów i liczby neutronów wcale nie musi wynosić cztery. Nieco trudniejsze okazało się stwierdzenie drugie. W tym przypadku 79% uczniów odpowiedziało poprawnie, że liczba masowa nie może być mniejsza od liczby atomowej.

Wyniki uzyskane dla tego zadania wskazują na fakt, że uczniowie mają problem z rozumieniem pojęć odnoszących się do budowy jądra atomowego oraz z powiązaniem tych pojęć z symbolami oznaczającymi poszczególne izotopy. Warto zatem poświęcić tym zagadnieniom nieco czasu na lekcji i przetrenować z uczniami sprawne posługiwanie się symboliką stosowaną w fizyce jądrowej.

Słowa kluczowe