Wiązka zadań
Izotopy nietrwałe
Zadanie
Dla każdej liczby nukleonów w jądrze istnieje pewna optymalna proporcja między liczbą protonów i neutronów, zapewniająca stabilność jądra. Przykładowo dla jądra składającego się z 15 nukleonów stabilnym izotopem jest izotop azotu 15N, zawierający 7 protonów i 8 neutronów (czasem dla danej liczby nukleonów możliwe są dwie stabilne kombinacje liczby protonów i neutronów).
Izotopy w których te proporcje są inne, niż w izotopach trwałych o tej samej liczbie nukleonów, okazują się nietrwałe.
Izotopy, w których jest nadwyżka neutronów (np. 15C, zawierający 9 neutronów i 6 protonów) ulegają rozpadowi β–, w którym neutron przechodzi w proton i elektron, co zmniejsza liczbę neutronów, a zwiększa protonów.
Izotopy , w których jest nadwyżka protonów (np. 15O, zawierający 8 protonów i 7 neutronów) ulegają rozpadowi β+, w którym proton przechodzi w neutron i pozyton (cząstkę o masie równej masie elektronu, lecz o przeciwnym ładunku), co zmniejsza liczbę protonów, a zwiększa neutronów.
Maciek dowiedział się ze powstający w elektrowni jądrowej izotop 
nie jest trwały i podlega rozpadowi promieniotwórczemu. Sprawdził w tablicach chemicznych, że trwałymi izotopami o liczbie masowej 94 są 40Zr oraz 42Mo.
(1) Można stąd wywnioskować, że 
ulega rozpadowi:
A. β–,
B. β+ ,
(2) ponieważ liczba neutronów w tym izotopie jest
A. większa
B. mniejsza
od liczby neutronów w izotopach stabilnych o takiej samej liczbie nukleonów.
Poprawna odpowiedź
1.A., 2.A.
Wymaganie ogólne
4 Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy przeczytanych tekstów (w tym popularno-naukowych).
Wymaganie szczegółowe
3.3 Fizyka jądrowa. Uczeń wymienia właściwości promieniowania jądrowego ?, ?, ? opisuje rozpady alfa, beta (wiadomości o neutrinach nie są wymagane), sposób powstawania promieniowania gamma posługuje się pojęciem jądra stabilnego i niestabilnego
Komentarz
Zadanie sprawdza umiejętność rozumienia tekstu popularnonaukowego oraz wyciągania wniosków na jego podstawie. Zostało ono wykorzystane w badaniu, w którym wzięli udział uczniowie klas drugich liceum ogólnokształcącego. Korzystając z informacji zawartych w tekście, należy najpierw ustalić, dlaczego izotop jest nietrwały. Możliwości są tylko dwie: albo posiada on nadwyżkę protonów w stosunku do stabilnych izotopów o tej samej liczbie masowej (i wtedy zajdzie rozpad β+), albo neutronów (i nastąpi rozpad β–).
Izotop jest zbudowany z 94 nukleonów, w tym 38 protonów. Pozostałe 56 nukleonów to neutrony. Na temat stabilnych izotopów 40Zr (cyrkon) i 42Mo (molibden) dowiadujemy się z tekstu, że mają tę samą liczbę masową, co wyżej wymieniony izotop. Zatem oba z nich są zbudowane z 94 nukleonów, przy czym cyrkon z 40 protonów i 54 neutronów, a molibden z 42 protonów i 52 neutronów. Porównując proporcje protonów do neutronów we wszystkich tych izotopach stwierdzamy, że niestabilny izotop strontu posiada nadmiar neutronów w stosunku do stabilnych izotopów o tej samej liczbie masowej. W takim razie ulegnie on rozpadowi β–. Prawidłową odpowiedzią jest zatem kombinacja 1.A., 2.A., którą wybrało 46,2% uczestników badania.
Rozwiązywalność poszczególnych etapów zadania wynosiła odpowiednio 65,6% oraz 66,2%. Wynika z tego, że co trzecia osoba udzielająca prawidłowej odpowiedzi w którejś z tych dwu części nie umiała rozwiązać całego zadania. Być może uczniowie ci nie przeczytali wystarczająco uważnie tekstu (jego długość mogła zniechęcić) i typowali odpowiedź losowo. Warto w tym miejscu zwrócić uwagę na fakt, iż nawet osoby, które przeczytały dokładnie cały tekst, mogły mieć problem z zadaniem, wynikający z niedostatecznego opanowania zapisu symbolicznego. Wyniki uzyskane dla innych zadań wykorzystanych w badaniach Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych pokazują, że część uczniów nie rozumie znaczenia pojęć „liczba masowa” czy „liczba atomowa”, a co za tym idzie – nie potrafi czytać ze zrozumieniem symboli używanych do oznaczenia składu jądra atomowego.
Utwór powstał w ramach projektu "Badanie jakości i efektywności oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego” współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
"Masz uwagi do treści? Uważasz, że zawiera błąd? Napisz na bnd@ibe.edu.pl
