Протоны в ядрах — Справочник химика 21

    Атомный помер Число протонов в ядре атома, порядковый номер элемента в периодической таблице [c.543]

    Различные изотопы данного элемента имеют одинаковые заряды ядер, но разные массовые числа. Следовательно, в ядрах различных изотопов содержится одинаковое число протонов, но различное число нейтронов. У неона-20, неона-21 и неона-22 по 10 протонов в ядре, порядковый номер всех этих изотопов 10, и электроны распределены по оболочкам так 2, 8. Однако в ядре неона-20 содержится 10 протонов плюс 10 нейтронов, в ядре неона-21 —10 протонов плюс 11 нейтронов, а в ядре неона-22—10 протонов плюс [c.168]


    Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название — нуклоны). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу. [c.23]

    Согласно протонно-нейтронной теории атомных ядер, число протонов в ядре равно заряду ядра 1 (при выражении его, как обычно, в единицах заряда электрона), а сумма числа протонов и числа нейтронов равна массовому числу А, т. е. массе атома, выраженной в единицах атомных весов и округленной до целых единиц. Таким образом, число нейтронов равно А—I. Отсюда следует, в частности, что различные изотопы данного элемента отличаются друг от друга только числом содержащихся в ядре нейтронов при одинаковом числе протонов. Оба вида частиц, образующих ядра атомов, — протоны и нейтроны — обозначаются общим термином — нуклоны. 

[c.51]

    Применительно к системе химических элементов прерывная тенденция базируется на повторяемости заполнения электронных слоев (подслоев), а.непрерывная — на закономерном росте числа протонов в ядре в натуральном ряду химических элементов. Как показала практика, вторая тенденция выдерживается с абсолютной строгостью, а первая — по мере удаления от начала ряда дает сбои в закономерности. Потому прогностические возможности ее падают, и центр тяжести надо переносить на непрерывную законность. А периодическую законность (по существу, структуру электронной оболочки) использовать в качестве вспомогательного ориентира, в частности закономерные ряды роста числа химических элементов в этапах, периодах и семействах. 

[c.174]

    В нормальном состоянии атом электрически нейтрален. Это означает, что каждому протону в ядре соответствует электрон, расположенный на периферии атома. Следовательно, число электронов в нейтральном атоме равно порядковому номеру. Так, в атоме водорода всего 1 электрон, в атоме натрия их И, в атоме урана 92 и т. д.  [c.157]

    Изотопы, занимающие одно и то же место таблицы, должны иметь один и тот же порядковый номер и, следовательно, одно и то же число протонов в ядре и одно и то же число электронов на оболочках. Изотопы элемента должны обладать одинаковыми химическими свойствами, так как эти свойства зависят от числа и расположения в атомах электронов. 

[c.166]

    Свойства ядра определяются в основном его составом — числом протонов и нейтронов. Как известно, число протонов в ядре характеризует его заряд и принадлежность атома данному химическому элементу. Другой важной характеристикой ядра является массовое число Л, которое равно общему числу протонов 2 и нейтронов N, входящих в состав ядра  [c.8]

    В цервой реакции происходит испускание а-частицы и превращение полония в свинец. Во второй и третьей реакциях один протон в ядре превращается в нейтрон. Во второй реакции это сопровождается испусканием позитрона ( ), частицы с массой электрона, но с единичным положительным зарядом  [c.411]

    Как вы узнали из главы о химических ресурсах, каждый атом одного и того же элемента имеет одинаковое количество протонов в ядре. Это количество, называемое атомным номером, является определяющей характеристикой элемента. Например, атом углерода содержит шесть протонов в ядре следовательно, атомный номер углерода равен шести. 

[c.312]

    Источником ядерной энергии является сила, удерживающая вместе нейтроны и протоны в ядре, — проявление так называемого сильного взаимодействия. Эта сила в тысячи раз больше электрических сил и имеет совершенно другую природу. Расстояние, на котором она действует, чрезвычайно мало -порядка размера ядра атома. [c.338]

    Более надежной основой для установления единого законного и неизменного места элемента в системе, наряду с числом протонов в ядре его атомов ( непрерывная законность ), является структура электронной оболочки, т. е. теоретическая высшая валентность, независимо от того достигнута она на практике или нет Опора на эту характеристику в систематизации явится основой для построения других способов изображения системы, не дискриминирующих права редкоземельных элементов на свое законное место в системе. Даже длиннопериодная таблица (табл. 7) не могла их вместить. 

[c.73]

    В гл. 1 уже упоминалось, что атомное ядро состоит из двух типов основных элементарных частиц, протонов и нейтронов, которые в совокупности называются нуклонами. Ядро имеет положительный заряд, равный числу содержащихся в нем протонов, а это число 2 называется порядковым (атомным) номером ядра. В нейтральном атоме ядро окружено электронами, число которых равно числу протонов в ядре. Поскольку химические свойства атома определяются его электронами, все нейтральные атомы с одинаковым числом электронов (и протонов) рассматриваются как атомы одного элемента. Следовательно, порядковый номер атома указывает на его принадлежность к определенному элементу. Суммарное число протонов и нейтронов в атомном ядре называется его массовым числом, А. 

[c.405]

    Отрицательно заряженные частицы (с массой, равной примерно /1836 массы протона), двигающиеся с очень большой скоростью вокруг ядра в оболочке атома. Число электронов в оболочке атома равно числу протонов в ядре атома. [c.29]

    Развитие начинается с вида атомов, у которых в электронной оболочке содержится минимум электронов и, естественно, такое же число протонов в ядре, т. е. Ер» = Ее = 0. Его местом на оси абсцисс является начало координат. На оси А при этом может быть несколько значений, так как она слагается из суммы А = Ер» + EN и при Ер» = О, А = ЕК. При ЕК = 1, А = 1 и т. д. Это ни что иное, как нейтрон — одна из структурных единиц ядра, лежащая в основе эволюции атомов. С него и начинается ряд химических элементов. Определение понятия химического элемента позволяет вполне законно считать нейтрон химическим элементом (видом атомов), предшествующим водороду, общей формулы оЭо. Далее логика построения системы проста. Если заполнение электронами квантового подслоя рассматривать как цикл, а цикл графически — круг, то фаза заполнения квантового подслоя идентифицируется с частью круга. Таким образом, полярный угол моделирует фазу заполнения электронного подслоя, наименьшей мерой которого является один электрон, он определяет еще и валентную группу. 

[c.157]

    На энергию деформации влияют два основных фактора поверхностное натяжение , обусловленное ядерными силами взаимодействия между составляющими ядро нуклонами, и электростатическое отталкивание протонов. При колебании ядра любое отклонение от первоначальной формы приводит к увеличению его потенциальной энергии за счет энергии поверхностного натяжения. Однако такие деформации обусловливают перераспределение протонов в ядре и появление центров электростатического отталкивания. Силы электростатического отталкивания уменьшают потенциальную энергию системы и способствуют дальнейшему увеличению деформации. Если колебания приводят к гантелеобразной форме ядра, то силы электростатического отталкивания могут при известных обстоятельствах преодолеть ядерные силы притяжения и ядро распадется. 

[c.10]

    Из данных о строении ядра следует, что однозначным признаком химического элемента является заряд ядра 2, определяемый числом протонов в ядре и равный атомному номеру элемента в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева. Относительные атомные массы элементов, приводимые в периодической таблице, представляют собой усредненные значения из отно- [c.28]

    Общее число электронов в электронейтральных атомах равно числу протонов в ядре, т. е. атомному номеру элемента 2. Число энергетических уровней, на которых располагаются электроны в атоме, определяется номером периода. Чем больше номер периода, тем больше энергетических уровней, на которых располагаются электроны, и тем больше внешние энергетические уровни удалены от ядра. 

[c.29]

    Заряд ядра (точнее, число протонов в ядре) отвечал только за интегративную составляющую развития. Причиной же повторяемости химических свойств (дифференцирующей основой) было нечто другое. Как сегодня известно, такой причиной является структура электронной оболочки атомов. А она для всех атомов вида одинакова, что и делает его химически элементарным, химическим индивидом. Такой химический элемент (сложный вид атомов) графически представляется не одним рядом, а несколькими рядами (рис. 7). Рисунок построен на примере водорода, имеющего три подвида (изотопа) атомов. При общепринятом обозначении атома р+Н будем иметь следующие подвиды атомов водорода  

[c.94]

    В самом общем смысле можно считать приемлемым определение химический элемент — это вид атомов, имеющих одинаковое число протонов в ядре . Но для подчеркивания химического аспекта понятия, добавлять «… одинаковое число электронов и одинаковую структуру электронной оболочки всех атомов . И такое уточнение не простая дань форма- [c.141]

    Как известно, атомный вес химического элемента складывается из атомных весов нейтронов и протонов в ядре (А = N -(- р), но только число протонов закономерно растет в ряду химических элементов, а рост числа нейтронов не имеет строгой закономерности. Значит, такую функциональную связь логично искать только между числом протонов в ядре и числом электронов в электронной оболочке. Она сегодня известна и выражается уравнением Ер» = Ее. Это проясняет физическую суть математической модели триад Доберейнера. В начале естественного ряда химических элементов (примерно до № 20) рост протонов и нейтронов в ядре идет синхронно и закономерно, что и выражено среднеарифметической величиной атомного веса среднего химического элемента от атомных весов крайних. В последующих триадах отклонение от этой зависимости у него прогрессивно возрастало потому, что возрастало число избыточных нейтронов в ядре, что вносило свою лепту в искажение линейной зависимости. 

[c.154]

    Возрастающий ряд счета числа протонов в ядре атома [c.180]

    Распутать проблему нам помогает непрерывная тенденция, т. е. закономерный рост числа протонов в ядре. (В другой трактовке — порядковый номер химического элемента). Третьи витки 6-го и 7-го периодов формируются по принципу с хвоста . Их концы жестко фиксированы радоном в 6-м и № 118 — в 7-м периоде в 8-й (конечной) валентной группе. Предшествующим химическим элементом ничего не остается делать, как разобраться в порядке номеров по валентным секторам третьих витков 6-го и 7-го периодов. Так благополучно заканчивается многострадальная история размещения лантаноидов и актиноидов в системе. Для них не находилось места ни в одной, даже самой модернизированной таблице. О какой же их естественности можно было говорить  

[c.187]

    Число протонов в ядре атома принято называть порядковым (атомным) номером и обозначать буквой Z. Оно совпадает с числом электронов, окружающих ядро, поскольку атом должен быть электрически нейтральным. Массовое число атома равно полному числу содержащихся в нем тяжелых частиц протонов и нейтронов. Когда два атома сближаются на достаточное расстояние, чтобы между ними возникло химическое взаимодействие-или, как принято говорить, химическая связь,-каждый атом ощущает главным образом наличие самых внешних электронов другого атома. Поэтому именно эти внещние электроны играют определяющую роль в химическом поведении атомов. Нейтроны в составе ядра оказывают ничтожное влияние на химические свойства атомов, а протоны важны постольку, поскольку они определяют число электронов, которые должны окружать ядро нейтрального атома. Все атомы с одинаковым порядковым номером ведут себя в химическом отношении практически одинаково и рассматриваются как атомы одного и того же химического элемента. Каждому элементу присвоено определенное название и одно- или двухбуквенный символ (обычно заимствованный от греческого или латинского названия). Например, символ углерода-С, а символ кальция-Са. В качестве символа натрия. Ка, взяты две первые буквы его латинского (и немецкого) названия натриум, чтобы отличить его от азота N (латинское название нитроген). В таблице- атомных масс элементов, помешенной на внутренней стороне обложки книги, приведен алфавитный перечень элементов и их символов. 

[c.15]

    Атомы, имеющие одинаковые массовые числа, но разнос чпсло протонов в ядре, называются изобарами (наирнмер,, Ч К и Са). [c.48]

    Позитронный распад. р+-Частица — позитрон (е+) — обладает массой электрона и зарядом, равным заряду электрона, но противоположным по знаку. Позитрон-ному распаду предшествует ядериый процесс р + Число протонов в ядре при позитронном распаде уменьшается на единицу, а массовое число не изменяется. Образующееся ядро — изобар исходного ядра — принадлежит элементу, смещенному от материнского элемента на одну клетку к началу периодической системы . [c.49]

    Рассмотрим атомь благородного газа гелия (Не). Каждый атом гелия содержит два протона в ядре и два электрона в окружающем его пространстве. Эти два элек т1Х1на занимают первый, или внутренний, энергетический уровень и это максимальное количество электронов, которое может находиться на данном уровне [c.185]

    Тип распада О мма и иие ча(111Ц1.1 Изменение числа протонов в ядре Изменение числа нейтронов в ядре Изменение массового числа [c.325]

    Атом состоит из положительно заряженного ядра, которое окружено таким числом отрицательно заряженных электронов, что в целом атом оказывается электрически нейтральным. Ядро в свою очередь состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов масса каждой из этих частиц пpибJ изитeльнo равна 1 а.е.м. Масса электрона приблизительно равна 1/1836 части массы протона заряд электрона равен по величине, но противоположен по знаку заряду протона. Суммарное число протонов в ядре (и электронов в нейтральном атоме) называется атомным номером 2. Суммарное число протонов и нейтронов в атоме называется [c.51]

    Сегодня интегративная тенденция обрела еще более надежную физическую опору, чем в период деятельности Д. И. Менделеева. Вместо относительно равномерного роста атомного веса химических элементов она опирается на абсолютно закономерный рост числа протонов в ядре, что и явля- [c.72]

    Но идея размещения радиоактивных элементов (атомов) в Периодической системе была все-таки ведущей. Если элементарным звеном в ней является клетка, за которой закреплен конкретный химический элемент, то все подвиды одного вида атомов в равной степени претендовали на место в одной клетке. Это их «право» диктовалось равенством заряда ядра (число протонов в ядре). Других возможностей размещения изотопов у Периодической системы просто не было. Идею о размещении в одну клетку нескольких радиоактивных элементов впервые выдвинули Стремгольм и Т. Сведберг [5, с. 132] в 1909 г. Несколько позже Крукс предложил (для устранения «пикантной» ситуации ) заменить понятие «химический элемент» (единичность) на «элементарную группу» (множественность). Этот терминологический прием в какой-то мере сглаживал лингвистические шероховатости, но проблемы не решал. [c.96]

    Ис 1ользование в качестве основания при систематизации атомов порядкового номера элементов (Z), или заряда ядра (что, то же самое), логически и по физической сути не оправданно. Порядковый номер — это не физическая характеристика атома, а только номер в каком-то порядке, математическая абстракция. Заряд ядра, как известно, является тоже производной величиной. Он равен числу протонов в ядре и меняется тогда, когда меняется число протонов, элементарных «кирпичиков», лежащих в основе строения ядра. А числа протонов среди оснований систематизации как раз и не видно. Мне могут возразить какая разница — заряд ядра брать или число протонов в ядре, ведь численно они равны С формальных позиций может быть и так. Но ведь мы хотим понять генезис превращения атомов, в основе которого лежат количественные изменения материальных составляющих. [c.109]

    Требуется определить нуклонное число А атома, находящегося в изобарном ряду № 48 и имеющего 22 протона в ядре (изопротонный ряд № 22). Подставляем в уравнение (2) А ,,= 48. Это «S2+ Ti22 . [c.122]

    Требуется определить нуклонное число А атома, находящегося в изотопном ряду № 12 и имеющего 24 протона в ядре (изопротонный ряд № 24). Подставляем в уравнение (3) А 2,4 = 12 + 24 = 36. Это 4 Сг24 . [c.123]

    Требуется определить нуклонное число (А) атома, находящегося на главном генетическом ряду № 10 и имеющего 36 протонов в ядре (изопротонный ряд № 36). Подставляем в уравнение (4) А % = 10 + 2 х 36 = 82. Это зб+К- зб— [c.123]

    Однако при всей равнозначности генетических рядов из них можно выделить один, который имеет существенное качественное отличие от остальных. Это изопротонный ряд, структурно связанный с осью абсцисс системы, несущей двойной смысл — число протонов в ядре (Хр ) и число электронов в электронной оболочке атома (8е ). Вторая характеристика [c.139]

    Применительно к системе химических элементов (понимая ее как Систему видов атомов) непрерывная (поступательная) тенденция состоит в закономерном росте суммы протонов и менее закономерном росте общего числа нуклонов в ядре, представляемого ранее как атомный вес. Именно нарушение закономерного роста атомного веса послужило причиной для замены его в менделеевской формулировке Периодического закона на более надежную характеристику атома — число протонов в ядре атома. Попятная же тенденция (возвра-150 [c.150]

    Как пишет Н. П. Агафошин [2] «Менделеев иногда шел «наперекор атомному весу . По существу, это был первый сигнал о ненадежности атомного веса, как основания систематизации. Уже в то время надо было насторожиться. Если это закономерность, то она должна быть без аномалий и распространяться на весь ряд. Впоследствии место атомного веса в формулировке Периодического закона занял порядковый номер химического элемента, который приравняли к заряду ядра, а по существу, это число протонов в ядре. Атомный вес послужил Д. И. Менделееву только ориентиром в расположении химических элементов в ряд один подле другого , но истинным основанием поступательной тенденции развития не был. Но уже эта, хотя не очень строгая основа, стала становым хребтом ряда, объединяющим все химические элементы в органически целостную систему. В этом и состояла интегрирующая роль атомного веса. [c.152]

    В соответствии с математической моделью, лежащей в основе иерархии изопротонных рядов — натуральным рядом чисел, рассматриваемым как арифметическая прогрессия с разностью в единицу (один протон в ядре), мы вправе распространить ее и в область левее водорода. Сместимся влево на единицу, получим изопротонный ряд, в ядре атомов которого имеется ноль протонов и, как следствие, ноль электронов в электронной оболочке. Это и есть изопротонный ряд № 0. [c.177]


Порядковые числа элементов — Справочник химика 21

    Массовое число и порядковый номер элемента (число протонов) обозначают числовыми индексами слева от символа химического элемента верхний индекс означает массовое число, нижний — заряд ядра. [c.9]

    Поскольку протон — единственная положительно заряженная частица, обнаруженная в ядре, то порядковый номер элемента равен числу протонов ядра. В ядре алюминия, порядковый номер которого 13, должно содержаться 13 протонов, но так как его атомная масса равна 27, то в его ядре, как было установлено позднее, должно содержаться еще 14 нейтронов. Нейтроны изменяют массу ядра, но не влияют на его заряд. В ядре атома натрия, порядковый номер которого 11, атомная масса 23, должно сод жаться 11 протонов и 12 нейтронов. (И протоны, и нейтроны находятся в ядре, поэтому их называют нуклонами . ) [c.157]


    Периодическая система химических элементов создана Д. И. Менделеевым в 1869 г. На форзацах представлена таблица Периодическая система элементов Д. И.Менделеева в современном виде. Химические знаки элементов расположены в клетках таблицы. В верхней части клетки указаны порядковые номера элементов цифры, стоящие рядом с химическим знаком элемента, обозначают атомные массы (по данным 1981 г.). Атомные массы приведены по углеродной шкале. В квадратных скобках даны массовые числа наиболее устойчивых изотопов. [c.9]

    Атомный помер Число протонов в ядре атома, порядковый номер элемента в периодической таблице [c.543]

    В подгруппах же элементов с возрастанием порядкового номера элемента (увеличение числа электронных слоев) раз.меры атомов в общем увеличиваются, а энергия ионизации уменьшается. Характер изменения сродства к электрону (см. рис. 14) в периодах и подгруппах [c.264]

    Аналогично уменьшаются с ростом порядкового номера элементов радиусы попов, образуемых лантаноидами (радиус иона Се + равен 107 пм, а Lu + — 85 пм. Эта закономерность называется лантаноидным сжатием. В ионах лантаноидов число электронных слоев одинаково. Увеличение заряда ядра усиливает притяжение электронов к ядру, и вследствие этого уменьшается радиус ионоа , [c.49]

    Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название — нуклоны). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу. [c.23]

    Как известно, в подгруппах р-элементов по мере увеличения порядкового номера координационные числа элементов возрастают, например  [c.87]

    Строение атомов. Протоны, нейтроны и электроны. Атомная единица массы, порядковый (атомный) номер и массовое число. Элементы и их символы. [c.13]

    Число протонов = Заряд ядра = Порядковый номер элемента Нейтроны [c.29]

    Функция V = f n), где п — порядковое число элементов периодической системы, разумеется, разрывна. Она имеет смысл только для целых чисел п. Изображение на рис. 75 этой функции в виде непрерывного графика — прием, применяемый в целях удобства ее качественного описания. То же самое относится и к другим функциям порядкового числа п, рассматриваемым в этой главе. [c.263]

    Определив заряд ядер, нашли и число электронов в атоме, также равное порядковому числу элемента в периодической системе. Знание числа электронов для каждого элемента и его положение в системе Д. И. Менделеева позволило построить атомные модели для всех элементов. [c.18]

    Действительно, периодический закон позволяет делать многочисленные предсказания качественного, а иногда и полуколичественного характера. Можно привести несколько примеров. Если какой-либо элемент в определенном состоянии окисления способен образовывать комплексные соединения определенного типа с теми или иными лигандами, то следует ожидать возможности существования подобных соединений и у его ближайших аналогов по периодической системе. Зная основные закономерности изменения тенденции к комплексообразованию в пределах данной подгруппы, можно качественно (а иногда и почти количественно) предсказывать характер изменения разнообразных свойств комплексного соединения данного состава в зависимости от величины атомного веса (атомного порядкового числа) элемента, играющего роль центрального атома. [c.597]

    Размеры анионов в общем больше размеров катионов, при повышении атомного порядкового числа элемента (числа Менделеева) в пределах одной группы периодической системы элементов размеры ионов также увеличиваются, поскольку увеличиваются атомные объемы. [c.22]

    Дальнейшее развитие экспериментальной техники дало возможность физике и химии сделать на основе Периодического закона новые крупные открытия и вместе с тем глубже понять сущность этого закона. Так было найдено порядковое число элемента, оказавшееся равным положительному заряду ядра. [c.359]

    Теплота образования соединения из элементов одного и того же ряда периодической системы увеличивается по мере увеличения промежутков между порядковыми числами элементов. Например  [c.77]

    Нарастание металлических свойств у элементов главной подгруппы одной и той же группы периодической системы особенно ясно видно из электронной структуры их атомов по мере роста порядкового числа элементов в группе число электронных слоев увеличивается, тем самым увеличивается размер атомов и расстояние валентных электронов от ядра. Это облегчает потерю тяжелыми атомами валентных электронов — нарастают металлические свойства элементов. [c.92]

    Только последние десятилетия принесли разгадку если не всех, то главнейших из этих вопросов. Открытие изотопии и порядкового числа элементов, в связи с современными теориями строения атомов, дали ответ на эти вопросы, а вместе с тем показали, что периодический закон есть закон природы в строгом смысле слова . [c.46]

    Все атомы с одинаковым числом протонов и, следовательно, с одинаковым атомным номером рассматриваются как атомы одного элемента и обозначаются одно- или двухбуквенным символом. Атомы одного элемента с различным числом нейтронов называются изотопами данного элемента. Для обозначения изотопов слева от символа элемента при помощи верхнего индекса указывают массовое число (например, С1). Иногда слева от символа элемента нижним индексом указывают также атомный номер, или, как чаще говорят, порядковый номер элемента (например, С ), хотя это вовсе не обязательно, поскольку название элемента и его порядковый номер полностью определяются символом элемента. Каждый изотоп элемента имеет собственную атомную массу, а естественная атомная масса представляет собой средневзвешенное значение из этих изотопных масс усреднение производится в соответствии с естественным содержанием каждого изотопа в природе. [c.52]

    Некоторые физические свойства переходных металлов (температуры плавления и кипения, а также твердость) обусловлены числом имеющихся в их атомах неспаренных -электронов. Эти свойства постепенно усиливаются, достигая максимума в группе Мп, а затем с юза уменьшаются с увеличением порядкового номера элементов. [c.450]

    Здесь 2-порядковый номер элемента, число ковалентных связей, [c.469]

    Здесь 2-порядковый номер элемента, число электронов, отнесен- [c.482]

    Положительно заряженные частицы (относительная масса округленно равна I) ядра атома. Каждый элемент имеет свое специфическое число протонов. Оно определяет общий положительный заряд ядра и место элемента в периодической системе. Число протонов равно порядковому номеру элемента. [c.29]

    В результате тщательного изучения ироцессов прохождения а-частнц через различные материалы было показано, что атомы обладают чрезвычайно ажурной структурой, и общий объем всех частиц, образующих данный атом, составляет лишь ничтожную долю (примерно от 10 до 10″ ) объема самого атома. При этом отрицательные заряды в виде электронов находятся в разных частях атома, а все положительные заряды находятся в центральной части атома — в атомном ядре, в котором сосредоточена также и практически вся масса атома (так как масса электронов очень мала). Величина заряда ядра оказалась строго одинаковой для всех атомов данного элемента. При выражении ее в единицах, равных заряду электрона, она равняется порядковому номеру элемента в периодической системе. Очевидно, что число электронов в атоме, находящемся в нейтральном состоянии, должно быть также равно этому числу. [c.27]

    Порядковый номер элемента Число электронов на данном уровне и подуровне  [c.28]

    Атомные радиусы убывают в последовательности 8 > С1 > Аг, поскольку при переходе от 8 к С1 и от С1 к Аг заряд ядра возрастает на единицу. В пределах одного периода валентные электроны сильнее притягиваются к ядру с возросшим положительным зарядом, поэтому атомные радиусы соответственно уменьшаются. Для изоэлектронных (имеющих одинаковое число электронов) атомных и ионных частиц эффективные радиусы уменьшаются по мере возрастания заряда ядра (порядкового номера элемента), так как и в этом случае происходит последовательное увеличение притяжения электронов к ядру. Таким образом, указанные изоэлек-тронные частицы в порядке уменьшения эффективных радиусов располагаются в следующий ряд 8 > С1 > Аг > К > Са .  [c.405]

    Порядковый номер элемента Эле- мент Число присоединенных электронов Сродство к электрону  [c.20]

    Надежные значения сродства к электрону найдены лишь для не-болылого числа элементов. Понятно, что сродство к электрону зависит от электронной конфигурации атома, и в характере его изме-нени5 с увеличением порядкового номера элемента наблюдается отчетливо выраженная периодичность (рис. 14). Сравнение с измененном энергии ионизации показывает, что максимумы и минимумы на кривой сродства к электрону смещены по сравнению с кривой энергии ионизации на один элемент влево. [c.35]

    Как и в других подгруппах р-элементов, в подгруппе германия с ростом порядкового номера элемента в образовании химических связей все большую роль начинают играть и /-орбитали. Поэтому в ряду С—51—Ое—5п—РЬ устойчивое координационное число повышается. [c.482]

    Энтропия плавления Л8 л- Связь между АЗпл при абсолютном давлении и периодическим законом Менделеева обсуждалась неоднократно. Наиболее подробно она рассмотрена в работах В. М. Глазова [891 и В. К. Григоровича [8]. На рис. 81 по оси абсцисс отложены порядковые числа элементов, а по оси ординат — энтропии плавления в Дж/К-моль независимо от атомного или молекулярного строения соответ- [c.283]

    Нарушение самим Менделеевым принципа растголон ения элементов по возрастающим атомным весам, выразившееся в упомянутых нами аномалиях периодической системы, нашло себе подтверждение в атомных порядковых числах элементов. Таким образом эти аномалии, называемые некоторыми учеными дефектами периодической системы и относимые к ее несовершенству, на самом деле явились величайшим торжеством химии. [c.74]

    В случае других водородонодобных атомов, заряд ядра которых равен е (где Z—порядковое число элемента), обш ая энергия выразится  [c.10]

    За немногим исключением, -элементы проявляют переменную степень окисления. Почти для всех -элементов, в частности, воз-можка степень окисления +2 — по числу внешних электронов. Высшая степень окисления большинства -элементов отвечает номеру группы периодической системы, в которой они находятся. В отличие от подгрупп 5- и /7-элементов в подгруппах -элементов с увеличением порядкового номера элемента значение устойчивой степени окисления возрастает. [c.503]

    Был установлен физический смысл порядкового номера элемента в периодической системе порядковый номер оказа.лся важнейшей константой элемента, выралсаюш ей положительный заряд ядра его атома. Из электронейтральности атома следует, что и число вращающихся вокруг ядра электронов равно порядковому номеру элемента.  [c.61]

    Определение порядковых номеров элементов по зарядам ядер их атом ш позволило установигь общее число мест в периодической системе между водородом, имеющим порядковый номер 1, и ураном (порядковый номер 92), считавшимся в то время последним членом периодической системы элементов. Когда создавалась теория строения атома, оставались незанятыми места 43, 61, 72, 75, 85 и 87, что указывало па возможность сун1ествования еще неоткрытых элементов. И действительно, в 1922 г. был открыт элемент гафний, который занял место 72 затем в 1925 г. — рений, занявший место 75. Элементы, которые должны занять остальные четыре свободных места таблицы, оказались радиоактивными и в природе [c.61]

    Сумма числа протонов и числа нейтронов, содержащихся в ядре атома, называется массовым числом атома (ядра) Поскольку и протон, и нейтрон имеют массу, очень близкую к атомной единице массы, то массовое число атома приближенно выряжает его атомную массу. Но число протонов равно числу ноло> ситсльных зарядов, т. е. порядковому номеру элемента сле-ловатсльно, число нейтронов равняется разности между массовым числом и порядковым номером элемента. [c.104]

    В апреле 1914 г. Мозли опубликовал результаты исследования 39 элементов, от 1зА1 до 7,Ли. (Напомним, что порядковый номер элемента указывается индексом слева внизу от символа элемента.) Часть полученных им данных воспроизводится на рис. 7-2. Мозли писал Спектры элементов представляют собой равноотстоящие друг от друга горизонтальные линии. Выбранная последовательность расположения элементов соответствует возрастанию их атомных весов (масс), за исключением случаев Аг, Со и Те, когда она не согласовывалась с последовательностью изменения их химических свойств. Между элементами Мо и Ки, а также между Nd и 8т и между XV и Оз остаются вакантные места для спектральных линий, но элементы, которым могли бы соответствовать линии в этих местах, неизвестны… Все это эквивалентно тому, как если бы мы приписали последовательным элементам ряд характеризующих их последовательных целых чисел… Тогда, если бы какой-либо элемент не удавалось охарактеризовать такими числами или произошла ошибка в составлении последовательности элементов либо в нумерации мест, оставленных для еще неизвестных элементов, установленная закономерность (прямолинейная зависимость) оказалась бы сразу же нарушенной. Это позволяет на основании одних лишь рентгеновских спектров заключить, не пользуясь никакой теорией строения атома, что указанные выше целые числа действительно могут характеризовать элементы… Недавно Резерфорд показал, что наиболее важной составной частью атома является расположенное в его центре положительно заряженное ядро, а Ван-ден-Броек выдвинул предположение, что заряд этого ядра во всех случаях представляет собой целочисленное кратное от заряда ядра водорода. Есть все основания предполагать, что целое число, определяющее вид рентгеновского спектра [элемента], совпадает с числом единиц электрического заряда в ядре [его атомов], и, следовательно, данные эксперименты самым серьезным образом подтверждают гипотезу Ван-ден-Броека . [c.312]

    Хотя уравнение Шрёдингера для многоэлектронных атомов не имеет точного решения, можно показать, что при возрастании порядкового номера элементов не следует ожидать радикального изменения электронного строения атомов по сравнению с атомом водорода. Атомы всех элементов тоже могут быть охарактеризованы квантовыми состояниями, причем для этого используются те же четыре квантовых числа (п, /, ш и х) и по существу такие же электронные функции вероятности, или облака электронной плотности. Конечно, квантовые уровни энергии для разных элементов не совпадают, однако при переходе от одного элемента к другому они изменяются закономерным образом. [c.386]

    Атомам в соединениях и комплексных ионах приписывают степень окислении, чтобы иметь возможность описывать перенос электронов при химических реакциях. Составление уравнения окислительно-восстановительной реакции основывается на требовании выполнения закона сохранения заряда (электронов). Высшая степень окисления атома, как правило, увеличивается с ростом порядкового номера элемента в пределах периода. Например, в третьем периоде наблюдаются такие степени окисления На + ( + 1), Мя» + ( + 2), А1 -» ( + 3), 81Си( + 4), РР5(5), 8Рв( + 6) и СЮЛ + 7). Степень окисления атома часто называется состоянием окисления атома (или элемента) в соединении. Реакции, в которых происходят изменения состояний окисления атомов, называются окислительно-восстановительными реакциями. В таких реакциях частицы, степень окисления которых возрастает, называются восстановителями, а частицы, степень окисления которых уменьшается, называются окислителями. В окислительно-восстановительной реакции происходит перенос электронов от восстановителя к окислителю. Частицы, подверженные самопроизвольному окислению — восстановлению, называются диспропорционирующими. В полном уравнении окислительно-восстановительной реакции суммарное число электронов, теряемых восстановителем, равно суммарному числу электронов, приобретаемых окислителем. Грамм-эквивалент окислителя или восстановителя равен отношению его молекулярной массы к изменению степени окисления в рассматриваемой реакции. Нормальность раствора окислителя или восстановителя определяется как число его эквивалентов в 1 л раствора. Следовательно, нормальность раствора окислителя или восстановителя зависит от того, в какой реакции участвует это вещество. [c.456]

    Пер1юдический закон указывает на периодический характер функциональной зависимости свойств элементов от заряда ядра атомов такой вид имеет эта зависнмость для огромного.числа самых разнообразных характеристик. На рис. 1.11 и 1.12 показаны завнскмости атомных объемов и первых энергий ионизации атомов от порядкового номера элементов. Эти зависимости выражаются кривыми, имеющими ряд максимумов и минимумов. Аналогичный характер имеет подобная зависимость и для многих других свойств (коэффициент сжимаемости, коэффициент расширения, температуры плавления и кипения, радиусы ионов и т. д.). [c.34]

    Рве. 7.34. Технологическая схема разделения трехкомпонентной смеси (числитель — порядковый номер элемента знаменатель — тип элемента остальные числа — метки потоков) [c.402]

    Ис 1ользование в качестве основания при систематизации атомов порядкового номера элементов (Z), или заряда ядра (что, то же самое), логически и по физической сути не оправданно. Порядковый номер — это не физическая характеристика атома, а только номер в каком-то порядке, математическая абстракция. Заряд ядра, как известно, является тоже производной величиной. Он равен числу протонов в ядре и меняется тогда, когда меняется число протонов, элементарных «кирпичиков», лежащих в основе строения ядра. А числа протонов среди оснований систематизации как раз и не видно. Мне могут возразить какая разница — заряд ядра брать или число протонов в ядре, ведь численно они равны С формальных позиций может быть и так. Но ведь мы хотим понять генезис превращения атомов, в основе которого лежат количественные изменения материальных составляющих. [c.109]

    Массовое число и порядковый номер элемента (число протриов) обозначают числовыми индексами слева от символа химического элемента верхний индекс озна- [c.39]


КуСоЧ НаСоЧ Flashcards | Quizlet

Раствор- однородная система, состоящая из двух и более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Растворы могут быть как газообразными, так и жидкими и твердыми. Растворителем считают тот компонент раствора, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и раствор. Если оба компонента в одном состоянии, тот растворитель тот, которого больше. В растворе между растворителем, так и растворяемым веществом происходят физические и химические взаимодействия.
Например при растворении сахара, весь раствор становиться сладким. При растворении многих окрашенных веществ меняется и цвет раствора.

Химические взаимодействие. Выделение или поглощение теплоты. Например, при растворении в воде концентрированной серной кислоты выделяется большое количество теплоты. Способность веществ растворяться в каком-либе растворителе называется растворимостью.
В соответствии с количеством растворенного вещества растворы могут быть
1) ненасыщенным- раствор, в котором еще может раствориться добавочное количество данного вещества
2) Насыщенными- раствор, в котором данное вещество при данной температуре и постоянном давлении больше не растворяется
3) Пересыщенными- раствор, в котором растворенного вещества больше, чем может максимально раствориться в растворителе при данных условиях
4)Разбавленный- раствор с низким содержанием растворенного вещества
5)Концентрированный- раствор с высоким содержанием растворенного вещества
6) по тиму растворенного вещества
а) растворы электролитов
б) растворы неэлектролитов
Факторы, влияющие на растворимость:
-природа вещества растворенного и растворителя
-Температура
Если растворение вещества является экзотермическим процессом, то с повышением температуры его растворимость уменьшается (например, Ca(OH)2 в воде) и наоборот.
-С повышением давления растворимость газов в жидкостях увеличивается, а с понижением уменьшается.

Растворы электролитов.
Электролит- вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток.
Неэлектролиты-вещества , растворы и расплавы которых НЕ проводят электрический ток.

Электролитическая диссоциация(ионизация) — это процесс распада электролита на ионы в водном растворе или расплаве.
Катод- отрицательно заряженный электрод( к нему движутся катионы)
Анод-положительно заряженный электрод( к нему движутся анионы)
Степень диссоциации — число, показывающее какая часть молекул распалась на ионы.

Сильные электролиты — это такие электролиты, которые в водных растворах полностью диссоциируют на ионы, т.е. их степень диссоциации равна 1(100%). К сильным электролитам относятся соли, сильные кислоты, щелочи.Процесс диссоциации сильных электролитов является необратимым. Сильные электролиты в водных растворах находятся только в виде ионов.

Слабые электролиты — это такие электролиты, которые в водных растворах не полностью диссоциируют на ионы, то есть их степень диссоциации меньше 1(100%). К ним относятся слабые кислоты, слабые нерастворимые в воде основания, гидроксид аммония, вода.

Диссоциация слабых электролитов — процесс обратимый. Это значит, что одновременно идут два противоположных процесса: распады на ионы и соединение ионов в молекулы.

Коллигативные свойства- это свойства, которые зависят только от концентрации частиц растворенного вещества, но не от его химического состава.
Как правило к коллигативным свойствам относят:
1. понижение давления пара
2. повышение температуры кипения
3. понижение температуры замерзания
4. осмотическое давление.

Основания — это электролиты, которые при диссоциации образуют только вид анионов — гидроксид-анионы(OH-)
Сильные основания — щелочи
Слабые — все остальные

Кислоты- это электролиты, которые при диссоциации образуют только один вид катионов- катионы водорода (H*)

Электролитическая диссоциация солей.
Средние соли- это сильные электролиты, которые при диссоциации образуют катионы металлов и анионы кислотных остатков.

Кислые соли — это сильные электролиты, которые при диссоциации образуют катионы металлов и сложные анионы.

Основные соли — это сильные электролиты, которые при диссоциации образуют сложные катионы и анионы кислотных остатков.

Двойные соли- это электролиты, которые при диссоциации образуют два вида катионов и анионы кислотных остатков

Смешанные соли- это электролиты, которые при диссоциации образуют катионы металлов и два вида анионов.

Закон Рауля показывает, что относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества.

Факторы, влияющие на диссоциацию:
1) природа веществ(например вещество NaCl, оно полностью распадается на ионы, сильный электролит, степень диссоциации 100%. Если взять глюкозу, вещество вообще не распадается на ионы, альфа равна нулю)
2) Концентрация ( увеличение концентрации — альфа падает. Уменьшение конц- альфа увеличивается)
3) температура ( увеличение температуры -альфа увеличивается, типо частицы больше двигаются, и такие, че бы не мне не распасться на ионы)9)
4) добавки других электролитов

Волновая функция.

Билет № 1

Строение атома.

Модель строения атома:

1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.

2. Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре.

3. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (нуклонов). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.

4. Вокруг ядра по замкнутым орбитам вращаются электроны. Их число равно положительному заряду ядра.

Ядро — это центральная позитивно заряженная часть атома, в которой сосредоточена его масса.

Электрон — частица с негативным зарядом, который условно принят за -1.

Нейтрон — нейтральная частица, не имеющая электрического заряда. Масса нейтрона равна 1 а. е. м.

Протон — положительно заряженная частица, с такой же массой, как и нейтрон. Заряд протона равен заряду электрона и противоположен по знаку.

Число протонов в ядре атома равно числу электронов. Это число определяет заряд ядра атома элемента и его порядковый номер элемента в таблице Менделеева.

Понятие о квантовой механике.

Квантовая механика — раздел теоретической физики, описывающий квантовые системы и законы их движения.

Под квантовой механикой понимают физическую теорию динамического поведения форм излучения и вещества. Это теоретическая основа, на которой построена современная теория атомных ядер, атомов, физических тел, молекул и элементарных частиц. Вообще, квантовая механика была создана учеными, которые стремились понять строение атома. В течении многих годов легендарные физики изучали особенности и направления химии и следовали историческому времени развития событий.

Двойственная природа электрона.

Двойственность свойств электрона проявляется в том, что он, с одной стороны, обладает свойствами частицы (имеет определенную массу покоя), а с другой — его движение напоминает волну и может быть описано определенной амплитудой, длиной волны, частотой колебаний и др. Поэтому нельзя говорить о какой-либо определенной траектории движения электрона — можно лишь судить о той или иной степени вероятности его нахождения в данной точке пространства.

Следовательно, под электронной орбитой следует понимать не определенную линию перемещения электрона, а некоторую часть пространства вокруг ядра, в пределах которого вероятность пребывания электрона наибольшая. Иными словами, электронная орбита не характеризует последовательность перемещения электрона от точки к точке, а определяется вероятностью нахождения электрона на определенном расстоянии от ядра.

Шредингер, основываясь на постулате Де Бройля (Любая движущиеся частица обладает волновыми свойствами и может быть охарактеризована длиной волны и частотой), принципе неопределенности Гейзенберга (Невозможно одновременно с высокой степенью точности устанавливать координаты местоположения и величину скорости движения микрочастицы, для которой присущи корпускулярно-волновые свойства) и законе сохранения энергии электрона (е) в атоме составил уравнение и решил его для простейшего атома H. Решениями уравнения Шредингер являются энергии е в атоме и «волновые» функции, зависящие от координат.

Волновая функция (ψi) не имеет определенного физического смысла, но квадрат волновой функции (ψi2) — это плотность вероятности нахождения е в точке с координатами (x,y,z) или плотность отрицательного заряда электронного облака в данной точке ψi2∙ dV — вероятность нахождения e в объеме dV.

Требования: волновая функция непрерывная, однозначная, ограниченная. В результате точного решения уравнения Шредингера оказалось, что каждой волновой

функции соответствует набор 3х целочисленных параметров — n, l, m – квантовых чисел. Шредингер рассчитал вероятность (W) нахождения на расстоянии r от ядра в основном состоянии атома водорода или, иначе, распределение электронной плотности в атоме водорода в основном состоянии.

Билет № 2

Электронная плотность.

Электронная плотность — плотность вероятности обнаружения электрона в данной точке пространства.

Пространственное распределение заряда электрона называется электронной плотностью. Исходя из того, что вероятность нахождения электрона в элементарном объеме dV равна |ψ|2dV, можно рассчитать функцию радиального распределения электронной плотности.

Если за элементарный объем принять объем шарового слоя толщиной dr на расстоянии r от ядра атома, то dV = 4πr2dr, а функция радиального распределения вероятности нахождения электрона в атоме (вероятности электронной плотности), равна: Wr = 4πr2|ψ|2dr.

Характеристика состояния электрона системой квантовых чисел, их физический смысл.

Главное квантовое число n характеризует энергию электронной орбитали. Главное квантовое число принимает значения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7…∞, обозначаемые также буквами K, L, M, N, O, P, Q … Чем больше n, тем выше энергия орбитали. Переходы электронов с одной орбитали на другую сопровождается излучением или поглощением квантов энергии. Главное квантовое число характеризует также удаленность максимума электронной плотности от ядра. Чем больше n, тем больше объем орбитали. Совокупность электронов с одинаковым значением n называют энергетическим уровнем или оболочкой, слоем.

Орбитальное (побочное, азимутальное) квантовое число l принимает значения от 0 до (n-1) и характеризует форму граничной поверхности атомной орбитали. Обозначения: 0-s; 1-p; 2-d; 3-f и т.д. Совокупность электронов, имеющих одинаковые значения l и n, называют энергетическим подуровнем (подоболочкой). Граничная поверхность s-орбиталей имеет форму сферы, р-орбиталей – гантели. Граничные поверхности d-орбиталей похожи на скрещивающиеся гантели. Форма граничных поверхностей f-орбиталей сложнее, чем d-орбиталей.

Орбитальное квантовое число характеризует также энергию электронов подуровня в пределах данного энергетического уровня. Энергия подуровней возрастает в ряду s, p, d, f (Es<Ep<Ed<Ef). Магнитное квантовое число ml характеризует ориентацию орбитали в пространстве и может принимать целочисленные значения от +l до –l, включая 0. d-подуровень содержит пять орбиталей, s-подуровень – одну, p-подуровень – три, а f-подуровень – семь орбиталей. Атомной орбиталью называют также волновую функцию, характеризуемую определенным набором трех квантовых чисел.

Спиновое квантовое число ms характеризует собственное вращение электрона вокруг своей оси и может принимать два значения — +1/2 и -1/2.

Билет № 3

Подуровни и уровни. Уровни: 1-2-3-4-5-6-7. Подуровни: s-p-d-f. Правила Клечковского:

При заполнении орбитальных оболочек атома более предпочтительны (более энергетически выгодны), и, значит, заполняются раньше те состояния, для которых сумма главного квантового числа n и побочного (орбитального) квантового числа l, т.е. n+l, имеет меньшее значение.

1.Первой заполняется АО с наим суммой (n+l). (n1+l1)<(n2+l2). E1<E2.

2.Если сумма (n+l) одинакова, первой заполняется АО с наименьшим значением n. (n1+l1)=(n2+l2). n1<n2. E1<E2

Нарушения правил Клечковского возможны. Проскок e характерен для: Cu, Cr, Ag, Nb, Ma, Ru, Rh, Pd, Au, Pt.

Правило Гунда

Электроны располагаются на орбиталях равной энергии таким образом, чтобы их суммарный спин был максимальный. Это означает, что первоначально электроны заполняют все свободные орбитали данного подуровня по 1-му, имея при этом параллельные спины, и только потом происходит заполнение этих орбиталей 2-ми электронами.

Билет № 4

Многоэлектронными атомами называются атомы с двумя и более электронами. Рассмотрим многоэлектронный атом, в котором у электронов имеются спиновые и орбитальные моменты, и пусть магнитные взаимодействия между магнитными моментами и приложенным магнитным полем малы по сравнению с электростатическими взаимодействиями внутри атома. Рассмотрим многоэлектронный атом, заряд ядра которого равен Ze; вокруг ядра движется Z электронов. Электроны будут занимать, в соответствии с запретом Паули, различные орбиты. Еще раз подчеркнем, что слово орбиты не следует понимать слишком буквально. 

Принцип Паули

В атоме не может быть 2 электрона, у которых 4 одинаковых квантовых числа. Следовательно, на 1-ой орбитали могут находиться не более 2-х электронов, отличающихся друг от друга значением спинового квантового числа.

Максимальное число электронов на уровнях и подуровнях: На 1 уровне максимальное количество электронов = 2

На 2 уровне максимальное количество электронов = 8

На 3 уровне максимальное количество электронов = 18

На 4 уровне максимальное количество электронов = 32

На 5 уровне максимальное количество электронов = 32

На 6 уровне максимальное количество электронов = 18

На 7 уровне максимальное количество электронов = 8

На s-подуровне максимальное количество электронов = 2

На p-подуровне максимальное количество электронов = 6

На d-подуровне максимальное количество электронов = 10

На f-подуровне максимальное количество электронов = 14

Билет № 5 Периодический закон Д.И.Менделеева Свойства элементов, а потому и образуемых ими простых и сложных тел (веществ), стоят в периодической зависимости от их атомного веса. Структура периодической системы. В периодической системе существуют горизонтальные и вертикальные ряды химических элементов. Период – это горизонтальный ряд химических элементов, расположенные в порядке возрастания заряда атомного ядра. У химических элементов, находящихся в одном периоде атомы имеют одинаковое количество энергетических уровней. Всего существует семь периодов. Различают малые и большие периоды химических элементов. Малые периоды содержат один ряд химических элементов (первый период – два элемента, второй период – восемь элементов и третий период – то же восемь химических элементов). Большие периоды содержат по два ряда химических элементов (Четвертый период – восемнадцать элементов пятый период – восемнадцать элементов и шестой период – тридцать два химических элемента. Каждый период начинается со щелочного металла и заканчивается инертным газом. Изменение свойств химических элементов в пределах периода называется горизонтальной периодичностью. Группа – вертикальные ряды, химические элементы в которых имеют одинаковое количества электронов на внешнем энергетическом уровне. Нахождение элемента в подгруппе определяется сходством конфигурации внешнего энергетического уровня. От порядка заполнения атомных орбиталей все элементы делятся на s, p, d и f семейства. S и P химические элементы располагаются в главных подгруппах. D элементы располагаются в побочных подгруппах. F элементы – это химические элементы, относящиеся к семейству актиноидов и лантаноидов, а также побочной подгруппы третьей группы. Связь Периодической системы со строением атома Число протонов в ядре атома равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу. Пример: На основании периодической таблицы охарактеризуйте химические элементы с порядковыми номерами 21 и 34. Для характеристики химического элемента по периодической системе Д.И.Менделеева следует рассмотреть: 1.      Положение в периодической таблице (порядковый номер; период, ряд; группа, подгруппа; атомная масса). 2.      Строение атома (заряд ядра; состав ядра — количество протонов p11, нейтронов n01 и электронов ē; число энергетических уровней и подуровней; написать формулу электронной конфигурации; квантовые ячейки; по числу и характеру валентных электронов определить тип элемента). 3.      Формулы и химический характер соединений (высшего оксида и гидроксида; водородных соединений). 4.      Сравнить с соседями (по периоду, по группе). a)     Порядковый номер элемента Z = 21 обозначает: заряд ядра атома элемента (скандия): 6521Sc – +21; число протонов p1121Sc – 21 p11; число электронов ē: 21Sc – 21ē; число нейтронов n01 = Ar – Z = 65 – 21 = 44 – 44n10 .Скандий находится в IV периоде; номер периода обозначает число энергетических уровней — 4. Скандий расположен в побочной подгруппе. Следовательно, его валентные электроны будут находится на 4s- и 3d-подуровнях.

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

3d1 4s2

Электронная формула скандия

 или в виде сокращенной записи: [Ar] 3d14s2

 Электронная формула в виде квантовых ячеек: Скандий – d- элемент. Электронное строение атома заканчивается s- электронами, поэтому элемент будет проявлять металлические свойства. Формула высшего оксида – Sc2O3, гидроксида – Sc(OH)3 обладают слабыми основными свойствами. Соединений с водородом не образует.

Билет № 6

Атомные и ионные радиусы, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность; их связь с периодической системой Д.И.Менделеева

Атомный радиус — это радиус сферы, внутри которой заключено ядро атома и 95% плотности всего электронного облака, окружающего ядро. Это условное понятие, т.к. электронное облако атома не имеет четкой границы, оно позволяет судить о размерах атома.

Численные значения атомных радиусов разных химических элементов находят экспериментально, анализируя длины химических связей, т.е. расстояния между ядрами связанных между собой атомов. Радиусы атомов выражают обычно в нанометрах (нм), 1 нм = 10–9 м, пикометрах (пм), 1 пм = 10–12 м или ангстремах (A), 1 A = 10–10 м.

Зависимость атомных радиусов от заряда ядра атома Z имеет периодический характер. В пределах одного периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева наибольшее значение атомного радиуса у атома щелочного металла. Далее с ростом Z значение радиуса уменьшается, достигает минимума у атома элемента VIIА группы, а затем скачком возрастает у атома инертного газа и далее еще больше — у атома щелочного металла следующего периода.

Ионный радиус. Радиусы ионов отличаются от атомных радиусов соответствующих элементов. Потеря атомами электронов приводит к уменьшению их эффективных размеров, а присоединение избыточных электронов — к увеличению. Поэтому радиус положительно заряженного иона (катиона) всегда меньше, а радиус отрицательно заряженного иона (аниона) всегда больше радиуса соответствующего электронейтрального атома. Так, радиус атома калия составляет 0,236 нм, а радиус иона K+ — 0,133 нм; радиусы атома хлора и хлорид-иона Сl соответственно равны 0,099 и 0,181 нм. При этом радиус иона тем сильней отличается от радиуса атома, чем больше заряд иона. Например, радиусы атома хрома и ионов Cr2+ и Cr3+ составляют соответственно 0,127, 0,083 и 0,064 нм.

В пределах главной подгруппы радиусы ионов одинакового заряда, как и радиусы атомов, возрастают с увеличением заряда ядра. Наиболее характерным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать внешние электроны превращаться в положительно заряженные ионы, а неметаллы, наоборот, характеризуются способностью присоединять электроны с образованием отрицательных ионов. затратить некоторую энергию, называемую энергией ионизации. Энергию ионизации можно определить путём бомбардировки атомов электронами, ускоренными в электрическом поле. То наименьшее напряжение поля, при котором скорость электронов становится достаточной для ионизации атомов, называется потенциалом ионизации атомов данного элемента и выражается в вольтах. Величина потенциала ионизации может служить мерой большей или меньшей «металличности» элемента: чем меньше потенциал ионизации, чем легче оторвать электрон от атома, тем сильнее должны быть выражены металлические свойства элемента. С увеличением порядкового номера в таблице Менделеева по группам потенциалы ионизации уменьшаются. Атомы могут не только отдавать электроны, но и присоединять их. Вообще, способность элемента отдавать или присоединять к себе электроны или электронные пары называется относительной электроотрицательностью. Чем больше электроотрицательность атома, тем сильнее притягивает он электроны. Энергия, выделяющаяся при присоединении электрона к свободному атому, называется сродством атома к электрону. Сродство к электрону, как и энергия ионизации, обычно выражается в электронвольтах. Сродство к электрону атомов металлов, как правило, близко к нулю или отрицательно; из этого следует, что для атомов большинства металлов присоединение электронов энергетически невыгодно. Металлы наименее электроотрицательны. Самый электроотрицательный элемент — фтор. У него значение электроотрицательности равно 4.

Билет № 7

Виды химической связи

Ионная связь – частный случай ковалентной, когда образовавшаяся электронная пара полностью принадлежит более электроотрицательному атому, становящемуся анионом. Основой для выделения этой связи в отдельный тип служит то обстоятельство, что соединения с такой связью можно описывать в электростатическом приближении, считая ионную связь обусловленной притяжением положительных и отрицательных ионов. Взаимодействие ионов противоположного знака не зависит от направления, а кулоновские силы не обладают свойством насыщености. Поэтому каждый ион в ионном соединении притягивает такое число ионов противоположного знака, чтобы образовалась кристаллическая решетка ионного типа. В ионном кристалле нет молекул. Каждый ион окружен определенным числом ионов другого знака (координационное число иона). Ионные пары могут существовать в газообразном состоянии в виде полярных молекул. В газообразном состоянии NaCl имеет дипольный момент ~3∙10–29 Кл∙м, что соответствует смещению 0,8 заряда электрона на длину связи 0,236 нм от Na к Cl, т. е. Na0,8+Cl0,8–.

Металлическая связь возникает в результате частичной делокализации валентных электронов, которые достаточно свободно движутся в решетке металлов, электростатически взаимодействуя с положительно заряженными ионами. Силы связи не локализованы и не направлены, а делокализированные электроны обусловливают высокую тепло- и электропроводность.

Водородная связь. Ее образование обусловлено тем, что в результате сильного смещения электронной пары к электроотрицательному атому атом водорода, обладающий эффективным положительным зарядом, может взаимодействовать с другим электроотрицательным атомом (F, O, N, реже Cl, Br, S). Энергия такого электростатического взаимодействия составляет 20–100 кДж∙моль–1. Водородные связи могут быть внутри- и межмолекулярными. Внутримолекулярная водородная связь образуется, например, в ацетилацетоне и сопровождается замыканием цикла.

Ковалентная связь

Ковалентная связь – наиболее общий вид химической связи, возникающий за счет обобществления электронной пары посредством обменного механизма, когда каждый из взаимодействующих атомов поставляет по одному электрону, или по донорно-акцепторному механизму, если электронная пара передается в общее пользование одним атомом (донором) другому атому (акцептору).

Классический пример неполярной ковалентной связи (разность электроотрицательностей равна нулю) наблюдается у гомоядерных молекул: H–H, F–F. Энергия двухэлектронной двухцентровой связи лежит в пределах 200–2000 кДж∙моль–1.

Механизмы образования ковалентной связи

Выделяют два механизма образования ковалентной связи: обменный («на паритетных началах») и донорно-акцепторный. В случае обменного механизма каждый из двух атомов, образующих связь, предоставляет по одному неспаренному электрону для общей электронной пары.  В случае донорно-акцепторного механизма одна частица (донор) предоставляет собственную неподеленную электронную пару, а вторая частица (акцептор) — свободную орбиталь.

Билет № 8

Характеристика ковалентной связи: длина, энергия, полярность

Основные параметры ковалентных связей, которые определяют ее прочность и характер разрыва в реакциях, являются длина, полярность и энергия. Длина связи – расстояние между центрами атомов, связанных ковалентной связью. В пределах (слева направо) малых периодов длина связи какого-либо атома с другими уменьшается с увеличением заряда ядра атома. Внутри группы с увеличением заряд ядра длина связи возрастает (сверху вниз).  Чем больше разность ЭО элементов, тем больше полярность, тем меньше длина связи. В периодах полярность увеличивается слева направо. В группах длина связи сверху вниз увеличивается, что ведет к уменьшению прочности связи.  Полярные связи. Если 2 одинаковых атома связаны ковалентной связью, то электронная плотность рапсределяется между обоими атомами равномерно CH3—CH3. Если атомы имеют разную электроотрицательность, то связывающая пара электронов будет располагаться ближе к более электрооотрицательному атому.  Электроотрицательность (ЭО) – способность атома притягивать электроны собственной электроотрицательной оболочкой. Чем больше ЭОэлемента, тем сильнее притяжение между ядром и внешним электроном.  Смещение электронной плотности ковалентной связи к более электронному атому называется полярной связью.  Полярность обозначается стрелками : → для σ связей и  для π связей.  Символами δ   и δ   обозначаются частичные заряды на атомах

Пример:  Н→ Cl          Br→Cl         Степень разделения зарядов может быть охарактеризована дипольным моментом связи. Он соответствует величине разделенного заряда, умноженной на расстояние между атомами и измеряется в дебалях (D).

1 D = 10-18e*нм

Энергия связи. Энергия, требуемая для разрыва ковалетной связи до двух нейтральных атомов, называется энергией диссоциации связи.(Е) кДж/моль  Чем больше энергия связи, тем прочнеее связь. Энергия, необходимая для разрыва ковалентной связи, равна количеству энергии, выделяющейся при образовании этой связи.

Свойства ковалентной связи: направленность, насыщаемость; валентные углы

Ковалентная связь обладает рядом важных свойств. К их числу относятся: насыщаемость и направленность.

Насыщаемость — характерное свойство ковалент­ной связи. Она проявляется в способности атомов образо­вывать ограниченное число ковалентных связей. Это свя­зано с тем, что одна орбиталь атома может принимать участие в образовании только одной ковалентной хими­ческой связи. Данное свойство определяет состав молеку­лярных химических соединений. Так, при взаимодейст­вии атомов водорода образуется молекула Н2, а не Н3. С точки зрения МВС третий атом водорода не может присо­единиться, так как спин его электрона окажется парал­лельным спину одного из спаренных электронов в молеку­ле. Способность к образованию того или иного числа кова­лентных связей у атомов различных элементов ограни­чивается получением максимального числа неспаренных валентных электронов.

Направленность — свойство ковалентной связи, определяющее геометрическую структуру молекулы. Причина направленности связи заключается в том, что перекрывание электронных орбиталей возможно только при их определенной взаимной ориентации, обеспечиваю­щей наибольшую электронную плотность в области их перекрывания. В этом случае образуется наиболее проч­ная химическая связь.

Направление ковалентных связей характеризуется валентными углами — углами между линиями, соединяющими связываемые атомы. Графическая формула химической частицы не несет информации о валентных углах. Например, в сульфат-ионе SO42− валентные углы между связями сера−кислород равны 109,5o, а в тетрахлоропалладат-ионе [PdCl4]2− − 90o. Совокупность длин связей и валентных углов в химической частице определяет ее пространственное строение. Для определения валентных углов используют экспериментальные методы изучения структуры химических соединений. Оценить значения валентных углов можно теоретически, исходя из электронного строения химической частицы.

Билет № 9

Гибридизация

Гибридизация атомных орбиталей – изменение формы и энергии орбиталей атома при образовании ковалентной связи для достижения более эффективного перекрывания орбиталей. Различные орбитали, не сильно отличающиеся энергиями, образуют соответствующее число гибридных орбиталей. Число гибридных орбиталей равно числу атомных орбиталей, участвующих в гибридизации. Гибридные орбитали одинаковы по форме электронного облака и по энергии. По сравнению с атомными орбиталями они более вытянуты в направлении образования химических связей и поэтому обуславливают лучшее перекрывание электронных облаков.

Число — протон — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Число — протон

Cтраница 1

Число протонов в ядре атома всегда равно числу вращающихся вокруг ядра электронов.  [1]

Числа протонов и электронов в электронейтральном атоме равны между собой.  [2]

Число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке атома и отвечает порядковому номеру этого элемента в Периодической системе.  [4]

Число протонов в ядре определяет значение его положительного заряда, я суммарное число прогонов и нейтронов — значение его массы. Ядерные частицы — прогоны и нейтроны — объединяются под общим названием нуклоны от латинского слова nucleus, что означает ядро.  [5]

Число протонов в ядре атома называется атомным номером данного элемента. Он также равен числу электронов этого атома. Сумма числа протонов и числа нейтронов данного атома называется его массовым числом.  [6]

Число протонов в атомном ядре определяет общий положительный заряд ядра и тем самым число электронов, необходимое для образования нейтрального атома. Число протонов, или, что то же, атомный номер элемента, определяет химическое поведение атома. Именно величина положительного заряда ядра является той принципиальной характеристикой, по которой различаются атомы элементов в периодической системе. Число нейтронов в атомном ядре не играет столь значительной роли.  [7]

Число протонов в ядре атома Z определяет положительный заряд ядра.  [8]

Число протонов в ядре ( Z) равно заряду ядра и порядковому номеру элемента в периодической системе. Разность А-Z определяет число нейтронов в ядре.  [9]

Число протонов в ядре Z определяет положительный заряд ядра.  [10]

Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента и одинаково для всех изотопов данного элемента.  [11]

Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.  [13]

Число протонов определяет электрич.  [14]

Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева.

 

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА.

 

  К середине XIX в. – периода завершения второго химико-аналитического этапа развития химии – было открыто уже более 60 элементов, у большинства которых были изучены физические и химические свойства (некоторые из элементов к этому времени не были выделены еще в чистом виде).

  Открытие новых элементов и изучение свойств элементов и их соединений, с одной стороны, позволили накопить большой фактический материал, а с другой – выявили необходимость его систематизации. Первыми попытками систематизации элементов следует, по-видимому, считать установление их общих групповых свойств. Так, наиболее резко выраженный основный характер был обнаружен у соединений элементов, названных щелочными металлами, а способность к проявлению кислотных свойств – у соединений галогенов. Кроме того, для многих элементов были получены количественные характеристики, определяющие их свойства. Среди них наибольший интерес представляли относительная атомная масса элементов и их валентность, т.е. способность к образованию различных форм соединений.

  Ни одна из попыток классифицировать химические элементы не выявила основной закономерности в их расположении и, следовательно, не могла привести к созданию естественной системы, охватывающей все химические элементы и отражающей природу их сходства и различия. Решение этой задачи оказалось доступно лишь нашему соотечественнику Д.И. Менделееву.

  Д.И. Менделеев исходил из убеждения, что в основу классификации должна быть положена фундаментальная количественная характеристика элементов – атомная масса, от которой «должны находиться в зависимости все остальные свойства». Но найти эту зависимость было крайне трудно по двум причинам:

1) далеко не все химические элементы были известны к началу работы Д.И. Менделеева;

2) атомные массы некоторых элементов были установлены неточно, и их формальное сопоставление приводило к недоразумениям.

В отличие от всех своих предшественников русский учёный сопоставил между собой несходные элементы, расположив все известные элементы в порядке возрастания атомных масс. Ниже приведены первые 14 элементов этой последовательности:

   происходит закономерное ослабление металлических свойств и усиление неметаллических с одновременным увеличением валентности. Переход от фтора  к следующему по значению атомной массы элементу  сопровождается скачкообразным изменением свойств и валентности, причем натрий во многом повторяет свойства лития, будучи типичным одновалентным металлом, хотя и более активным. Следующий за натрием магний Mg  во многом сходен с бериллием  (оба двухвалентны, проявляют металлические свойства, но химическая активность обоих выражена слабее, чем у пары ). Алюминий  , следующий за магнием, напоминает бор B (валентность равна 3). Как близкие родственники похожи кремний Si  и углерод C,  фосфор P и азот N, сера S и кислород O, хлор Cl и фтор F . При переходе к следующему за хлором в последовательности увеличения атомной массы элементу калию K опять происходит скачок в изменении валентности и химических свойств. Калий, подобно литию и натрию, открывает ряд элементов (третий по счёту), представители которого показывают глубокую аналогию с элементами первых двух рядов.

  Таким образом, в естественном ряду элементов (т.е. элементов, расположенных в порядке возрастания атомной массы) их химические свойства изменяются не монотонно, а периодически. Закономерное изменение свойств элементов в пределах одного отрезка естественного ряда   повторяются и у других  . Иначе говоря, сходные в химическом отношении элементы встречаются в естественном ряду через правильные интервалы и, следовательно, повторяются периодически. Эта замечательная закономерность, обнаруженная Д.И. Менделеевым и названная им законом периодичности, была сформулирована следующим образом:

Свойства простых тел, а также форма и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

  Открытый закон периодичности Д.И. Менделеев использовал для создания периодической системы элементов. «Днем рождения» системы Д.И. Менделеева обычно считают 18 февраля 1869 г., когда был составлен первый вариант таблицы. В этой таблице 63 известных Д.И. Менделееву элемента были расположены в порядке возрастания атомных масс. Это расположение отражало также периодичность изменения свойств элементов. В таблице были оставлены пустые места для четырех еще не открытых элементов с атомными массами 45, 68, 70 и 180. Существование их было предсказано Д.И. Менделеевым.

  Закон периодичности и периодическая система элементов сыграли важную конструктивную роль при проверке и уточнении свойств многих элементов. Однако настоящий триумф периодической системы Д.И. Менделеева был связан с открытием предсказанных им элементов. В 1875 г. французский химик П. Лекок де Буабодран, исследуя цинковые руды методами спектрального анализа, обнаружил следы неизвестного элемента. Открытие этого элемента, названного галлием, быть может, прошло бы незаметным, если бы некоторое время спустя автор не получил письмо от русского ученого, в котором утверждалось, что плотность нового элемента должна быть равна не  , как сообщал П. Лекок де Буабодран, а  . Повторные измерения плотности очищенного от примеси галлия дали значение .

  Предсказывая свойства неизвестных элементов, Д.И. Менделеев использовал вытекавшее из периодического закона правило звездности, в соответствии с которым свойства любого химического элемента  находятся в закономерной связи со свойствами соседних элементов, расположенных по горизонтали , вертикали  и диагонали  .

 

 

  Спустя несколько лет шведский ученый Л. Нильсон открыл предсказанный Д.И. Менделеевым экабор, назвав его скандием. Наконец, в 1886 г. немецкий химик К. Винклер открыл новы элемент – германий, свойства которого полностью совпали со свойствами, указанными Д.И. Менделеевым для экасицилия. После этого периодический закон получил всемирное признание, а периодическая система стала неотъемлимой частью любого учебника по химии.

  В настоящее время существует несколько вариантов графического построения периодической системы. Рассмотрим один из них – короткопериодный.

 

 

  Эта таблица состоит из 10 горизонтальных рядов и 8 вертикальных столбцов, называемых группами. В первом горизонтальном ряду только два элемента – водород H и гелий He. Второй и третий ряды образуют периоды по 8 элементов, причем каждый из периодов начинается щелочным металлом и кончается инертным элементом. Четвертый ряд также начинается щелочным металлом (калий), но в отличие от предыдущих рядов он не заканчивается инертным элементом. В пятом ряду продолжается последовательное изменение свойств, начавшееся в четвертом ряду, так что эти два ряда образуют один так называемый большой период из 18 элементов. Как и предыдущие два, этот период начинается щелочным металлом К и кончается инертным элементом криптоном Kr. Один большой период составляют и последующие два ряда – шестой и седьмой (от  до ).

  В восьмом ряду дополнительное осложнение связано с тем, что после   идут 14 элементов чрезвычайно сходные с ним по свойствам, названные лантаноидами. В приведенной таблице они размещены в виде отдельного ряда. Таким образом, восьмой и девятый ряды образуют большой период, содержащий 32 элемента (от   до  ). Наконец, десятый ряд элементов составляет незавершенный VII период. Он содержит лишь 21 элемент, из которых 14, очень сходные по свойствам с  , выделены в самостоятельный ряд актиноидов. Как мы теперь знаем, такая структура таблицы является отражением фундаментальных свойств химических элементов, связанных с особенностями строения их атомов.

  В вертикальных столбцах таблицы – группах располагаются элементы, обладающие одинаковой валентностью в высших солеобразующих оксидах (она указана римской цифрой). Каждая группа разделена на две подгруппы, одна из которых (главная) включает элементы малых периодов и четных рядов больших периодов, а другая (побочная) образована элементами нечетных рядов больших периодов.

   Различия между главными и побочными подгруппами ярко проявляются в крайних группах таблицы (исключая VIII). Так, главная подгруппа I группы включает очень активные щелочные металлы, энергично разлагающие воду, тогда как побочная подгруппа состоит из ,  и  , малоактивных в химическом отношении. В VII группе главную подгруппу составляют активные неметаллы: ,  ,  ,  и , тогда как у элементов побочной подгруппы —  ,  и   – преобладают металлические свойства. VIII группа элементов, занимающая особое положение, состоит из девяти элементов, разделенных на три триады очень сходных друг с другом элементов, и подгруппы инертных элементов.

  У элементов главных подгрупп при увеличении атомной массы наблюдается усиление металлических свойств и ослабление неметаллических.

  Согласно формулировке закона Д.И. Менделеева периодичность изменения свойств касается не только химических элементов, но и образуемых ими простых и сложных веществ. Периодичность изменения обнаружена для молярных объёмов, температур плавления и кипения, для магнитных и электрических свойств, для теплот образования, теплоемкости и многих других физико-химических свойств, характеризующих простые и сложные вещества.

  Открытие периодического закона и создание системы химических элементов имело огромное значение не только для химии, но и для всего естествознания в целом. Открытие Д.И. Менделеева обогатило человеческое знание одной из фундаментальных закономерностей природы.

  Периодический закон послужил толчком к исследованиям строения атома, которые изменили наши представления о законах микромира и привели к практическому воплощению идеи использования ядерной энергии.

  Однако к моменту открытия периодического закона только лишь стали утверждаться представления о молекулах и атомах. Причем атом считался не только наименьшей, но и элементарной (т.е. неделимой) частицей. Прямым доказательством сложности строения атома было открытие самопроизвольного распада атомов некоторых элементов, названное радиоактивностью. В 1896 г. французский физик А. Беккерель обнаружил, что материалы, содержащие уран, засвечивают в темноте фотопластинку, ионизируют газы, вызывают свечение флюоресцирующих веществ. В дальнейшем выяснилось, что этой способностью обладает не только уран. Титанические усилия, связанные с переработкой огромных масс урановой смоляной руды, позволили П. Кюри и М. Склодовской открыть два новых радиоактивных элемента: полоний и радий.

  Последовавшее за этим установление природы    лучей, образующихся при радиоактивном распаде (Э. Резерфорд, 1899 – 1903 гг.), обнаружение ядер атомов диаметром , занимающих незначительную долю объема атома   (Э. Резерфорд, 1909 – 1911 гг.), определение заряда электрона (Р. Милликен, 1909 – 1914 гг.) и доказательство дискретности его энергии в атоме (Дж. Франк, Г. Герц, 1912 г.), установление заряда ядра, равному номеру элемента (Г. Мозли, 1913 г.), и, наконец, открытие протона (Э. Резерфорд, 1920 г.) и нейтрона (Дж. Чедвик, 1932 г.) позволили предложить следующую модель строения атома:

  1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома (радиус атома водорода 0,046 нм, радиус протона – ядра атома водорода ).

   2. Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре (масса электрона равна 1/1836 а.е.м.).

  3. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название – нуклоны). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.

   4. Вокруг ядра по замкнутым орбитам вращаются электроны. Их число равно положительному заряду ядра.

  В таблице приведены свойства элементарных частиц, образующих атомы.

  Различные виды атомов имеют общее название – нуклиды. Нуклиды достаточно характеризовать любыми двумя числами из трех фундаментальных параметров:  ,  , равный числу протонов, и   в ядре, тогда как третье определяется соотношениями:

  Нуклиды с одинаковым Z , но различными A и N называются изотопами, нуклиды с одинаковым A и различными Z и Nизобарами, а нуклиды с одинаковыми N и различными Z и Aизотонами.

 

Примеры изотопов, изобаров и изотонов среди природных нуклидов (таблица).

 

  Существование изотопов позволяет уточнить смысл важного понятия – моль. Очевидно, что моль – количество вещества, содержащее определенное число структурных единиц, — представляет собой величину, постоянную только для веществ, характеризующихся фиксированным изотопным составом (чаще всего в химии рассматривают вещества, состоящие из природной смеси изотопов).

  Атомные массы элементов в периодической таблице, например, являются средним значением из массовых чисел природных смесей изотопов. Поэтому они не могут, как предполагал Д.И. Менделеев, служить главной характеристикой атома, а следовательно, и элемента. Такой характеристикой является заряд ядра. Он определяет число электронов в нейтральном атоме, которые распределяются вполне определенным образом вокруг ядра. Характер же распределения электронов определяет химические свойства атомов. Указанные соображения позволили дать новое определение химического элемента и уточнить формулировку периодического закона:

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Свойства элементов, а также свойства и формы их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома элемента.

  Ввиду отсутствия представлений о точном характере сил, действующих в атомном ядре, для предсказания его свойств используют две модели ядра – капельную и оболочечную.

  Капельная модель ядра, описывающая взаимодействие нуклонов в ядре по аналогии со взаимодействием молекул в капле жидкости, наилучшим образом предсказывает поведение возбужденных ядер.

  Оболочечная модель ядра рассматривает поведение ядер, находящихся в основном (невозбужденном) состоянии. В оболочечной модели предполагается, что существуют две системы нуклонных энергетических уровней: одна для нейтронов, другая для протонов, каждая из которых заполняется нуклонами независимо друг от друга. Ядра, имеющие только полностью заполненные нуклонные оболочки, должны обладать повышенной устойчивостью (так же как и атомы, имеющие только полностью заполненные электронные оболочки).

  Такими наиболее устойчивыми по сравнению с соседними ядрами являются ядра со значениями N и Z, равными 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 и 152. Эти числа называются магическими. Распространенность таких ядер в природе наиболее велика. Другим примером повышенной стабильности ядер, характеризующихся магическими числами, являются значительно большие периоды полураспада радиоактивных ядер с  по сравнению с  .

  Дважды магическими называются ядра, у которых значения N и Z одновременно принадлежат к магическим. Дважды магические ядра   обладают особой устойчивостью; они являются наиболее распространенными в природе изотопами этих элементов.

  Оболочечная модель также предсказывает существование повышенной устойчивости у ядер, состоящих из четного числа протонов и четного числа нейтронов. Меньшей стабильности следует ожидать у ядер с одним четным значением (Z или N) и, наконец, минимальной устойчивости у ядер, характеризующихся нечетными значениями N и Z.

  273 стабильных изотопа, встречающиеся в природе, распределяются в соответствии с правилом четности и нечетности числа протонов и нейтронов следующим образом:

     Z                                  N                           Число изотопов

четное                         четное                                   166

четное                       нечетное                                  47

нечетное                    четное                                     55      

нечетное                 нечетное                                    5

  Открытое А. Беккерелем явление радиоактивности было первым примером ядерных реакций – превращений ядер одного элемента в ядра другого элемента. Сейчас известно очень много ядерных реакций; все они относятся к физическим явлениям и поэтому рассматриваются в курсе физики.

  Рассмотрим закономерности поведения электронов в атоме. Согласно современным представлениям, периодичность изменения свойств элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра (порядкового номера элемента), обусловлена периодичностью изменения в строении электронной оболочки атомов. Поэтому изучение строения этих оболочек – одна из важнейших задач химии. В модели, предложенной Э. Резерфордом, электроны рассматривались как частицы, движущиеся по плоским орбитам вокруг ядра. В дальнейшем было доказано, что такая картина не отвечает действительности. Оказалось, что движение электронов, как и других элементарных частиц, не может быть отражено законами классической механики.

  Самой характерной особенностью электронов является двойственность их поведения, заключающаяся в способности проявлять одновременно как свойства частиц, так и свойства волн: подобно частице, электроны обладают определенной массой и зарядом; движущийся поток электронов проявляет волновые свойства, например характеризуется способностью к дифракции. В отличие от обычных тел для электрона нельзя одновременно определить его координаты в атоме и скорость. Электрон может находиться в любой части околоядерного пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова.

   Пространство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называется орбиталью.

  В современной модели атома состояние в нем электрона определяется четырьмя параметрами – квантовыми числами.

   Главное квантовое число   определяет энергию электрона и степень его удаления от ядра; оно принимает любые целочисленные значения, начиная с 1 . Исторически энергетическим уровням атомов были приписаны обозначения  .     Эти обозначения используются и в настоящее время параллельно с указанием значений главного квантового числа  . Так,  называют энергетический уровень, для которого  ,  – энергетический уровень с   и т.д.

   Побочное (орбитальное или азимутальное) квантовое число  определяет форму атомной орбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до . Каждому значению  соответствует орбиталь особой формы. При  атомная орбиталь независимо от значения главного квантового числа имеет сферическую форму (s – орбиталь). Значению  соответствует атомная орбиталь, имеющая форму гантели (p – орбиталь). Ещё более сложную имеют орбитали, отвечающие высоким значениям l , равным 2, 3 и 4 (d-, f-, g – орбитали).

  Магнитное квантовое число  определяет положение атомной орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Магнитное квантовое число изменяется не произвольным образом, а скачком и связано с орбитальным квантовым числом, изменяясь от  , включая 0. Следовательно, каждому значению  соответствует  значений магнитного квантового числа.

   Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения:  . Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона.

  Схема распределения электронов по квантовым уровням представлена в таблице.

 

ТАБЛИЦА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ПО КВАНТОВЫМ УРОВНЯМ.

Энергетический

уровень

n

Энергетический 

подуровень

Орбиталь

Суммарное

число

орбиталей

n2

Предельное

число

электронов

на

энергетических

подуровнях

Предельное

число 

электронов

на

энергетических

уровнях

2n2

1 0 1 2 2
2

0

+1, 0, -1

8
3

 

0

+1, 0, -1

+2, +1, 0, -1, -2

18
4

 

 

 

 

0

+1, 0, -1

+2, +1, 0, -1, -2

+3,+2,+1,0,-1,-2,-3

32

 

  Подобно любой системе, атомы стремятся к минимуму энергии. Это достигается при определенном состоянии электронов, т.е. при определенном распределении электронов по орбиталям, которое можно оценить на основе следующих закономерностей:

1. Принцип Паули: в атоме не может быть электронов с одинаковым значением всех четырех квантовых чисел.

2. Правило Хунда: электроны располагаются на одинаковых орбиталях таким образом, чтобы суммарный спин был максимален.

3. Правило Клечковского: порядок заполнения энергетических состояний определяется стремлением атома к минимальному значению суммы главного и побочного квантовых чисел, причем в пределах фиксированного значения  в первую очередь заполняются состояния, отвечающие минимальным значениям  .

Пример. Рассмотрим применение правила Клечковского для определения распределения электронов по орбиталям для калия  и скандия  .

1) Предшествующий калию элемент аргон  имеет следующее распределение электронов по орбиталям:  .

 При распределении электронов по орбиталям в атоме  в соответствии с правилом Клечковского предпочтение отдается орбитали 4s (сумма квантовых чисел   равна 3+2=5), как орбитали, имеющей минимальное значение  .

  Следовательно, для атома 

 1)  Предшествующий скандию элемент кальций   имеет следующее распределение электронов по орбиталям: 

  Из орбиталей  и  при распределении электронов в атоме   по орбиталям предпочтение следует отдать орбитали  , как орбитали, имеющей минимальное значение   при одинаковых суммах квантовых чисел  , равных 5.

  Скандий характеризуется следующим распределением электронов по орбиталям: 

   В таблице представлены электронные конфигурации атомов первых двадцати элементов периодической системы Д.И. Менделеева.

  Данные о строении ядра и о распределении электронов в атомах (см. таблицу), позволяют рассмотреть периодическую систему Менделеева с фундаментальных физических позиций.

  Из данных о строении ядра следует, что однозначным признаком химического элемента является заряд ядра Z , определяемый числом протонов в ядре и равный порядковому номеру элемента в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева. Относительные атомные массы элементов, приводимые в периодической таблице, представляют собой усредненные значения из относительных атомных масс изотопов, составляющих естественную, природную смесь.

  Общее число электронов в электронейтральных атомах равно числу протонов в ядре, т.е. порядковому номеру элемента Z . Число энергетических уровней, на которых располагаются электроны в атоме, определяется номером периода. Чем больше номер периода, тем больше энергетических уровней, на которых располагаются электроны, и тем больше внешние энергетические уровни удалены от ядра.

  Число элементов в периоде определяется формулами:

для нечетных периодов

 

для четных периодов

 

где  – число элементов в периоде,  – номер периода.

  Приведенные формулы позволяют легко определить, что в первом периоде должно содержаться 2 элемента, во втором и третьем – по 8, в четвертом и пятом – по 18, в шестом -32, в незавершенном седьмом периоде также должно быть 32 элемента. Итак, число элементов в периодах совпадает с максимальным числом электронов на энергетических уровнях 2 – 8 – 18 – 32 (см. таблицу распределения электронов по квантовым уровням).

  Число главных подгрупп также определяется максимальным числом электронов на энергетическом уровне – 8. Число переходных элементов в четвертом  , пятом   и шестом  периодах равно 10 и определяется разностью между максимальными числами электронов на  энергетических уровнях: 18 – 8 = 10, т.е. равно максимальному числу электронов на  .

  Поскольку в периодической системе Д.И. Менделеева одна из побочных подгрупп содержит сразу три переходных элемента (для каждого из больших периодов), близких по химическим свойствам:

 

то число побочных подгрупп, так же как и главных, равно 8.

   По аналогии с переходными элементами число лантаноидов и актиноидов, вынесенных внизу периодической системы в виде самостоятельных рядов, должно быть равно разности между максимальными числами электронов на N и M энергетических уровнях: 32 – 18 = 14, т.е. равно максимальному числу электронов на   (см. таблицу распределения электронов по квантовым уровням).

  Таким образом, строгая периодичность расположения элементов в периодической системе Д.И. Менделеева полностью объясняется последовательным характером заполнения энергетических уровней. Закономерности изменения электронной структуры элементов, впервые предсказанные Н. Бором, еще более укрепили позиции периодического закона. Поводом для этого послужило предсказание свойств 72 – го элемента на основании его электронной структуры. В то время этот элемент не был открыт и химики искали его среди минералов, содержащих редкоземельные элементы, исходя из неправильной предпосылки, что к лантаноидам следует отнести пятнадцать элементов. Однако закономерности изменения электронной структуры элементов свидетельствовали о том, что лантаноидов может быть только четырнадцать, а элемент с  является аналогом циркония. Этот элемент – гафний – к торжеству теории Бора и периодического закона был обнаружен в циркониевых рудах.

  Следующим важнейшим выводом, который следует из анализа данных, приведенных в таблице электронных конфигураций атомов первых двадцати элементов периодической системы Менделеева, является вывод о периодическом изменении характера заполнения электронами внешних энергетических уровней, что и вызывает периодические изменения химических свойств элементов и их соединений.

  Так, второй период состоит из следующих восьми элементов:

 

 

  При переходе от лития к неону заряд ядра постепенно увеличивается  , что вызывает увеличение сил притяжения электронов к ядру. В результате радиусы атомов уменьшаются:

 

 

   Элемент      Li     Be       B       C       N       O       F

   радиус

  атома, нм   

   0,156       0,111      0,083       0,065       0,055       0,047       0,042   

 

 

  Поэтому способность атомов отдавать электроны (типично металлические свойства), ярко выраженная у атомов лития, постепенно ослабевает при переходе от лития к фтору. Последний является уже типичным неметаллом, т.е. элементом, способным присоединять электроны.

  Начиная со следующего элемента – натрия  – электронные структуры элементов повторяются. Поэтому внешние электронные орбитали могут быть представлены в общем виде:

для лития и натрия —  (n – номер периода)

для бериллия и магния — 

для бора и алюминия — 

для углерода и кремния —   и т.д.

  В четвертом периоде появляются переходные элементы, которые принадлежат побочным подгруппам.

  Элементы, принадлежащие одной и той же подгруппе, имеют идентичный характер расположения электронов на внешних электронных уровнях, а принадлежащие разным подгруппам одной и той же группы – сходный.

  Например, галогены (главная подгруппа VII группы) имеют идентичную электронную конфигурацию  , а элементы побочной подгруппы — 

  Сходство указанных элементов заключается в наличии у атомов как главной, так и побочной подгруппы семи валентных электронов, но их расположение по подуровням существенно различается.

  Таким образом, наиболее важным выводом, следующим из сопоставления данных, приведенных в таблице электронной конфигурации атомов, с периодической системой Д.И. Менделеева, является вывод о строгой периодичности изменения электронных конфигураций атомов элементов в их естественном ряду, что отвечает периодичности изменения их свойств.

 

< Предыдущая   Следующая >

Урок 44. движение как качественное изменение. ядерные реакции — Естествознание — 10 класс

Естествознание, 10 класс.

Урок 44. Движение как качественное изменение. Ядерные реакции

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Могут ли одни химические элементы превращаться в другие? Когда было открыто явление радиоактивности и как оно изучалось? Каковы особенности процесса радиоактивного распада? Как происходят ядерные реакции?

Глоссарий по теме:

Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Нуклид (от лат. nucleus – ядро) – вид атомов с определенным значением заряда ядра Z (число протонов в ядре) и массового числа А (сумма числа протонов и нейтронов в ядре).

Изотопы (от греч. isos – равный, одинаковый; topos – место) – это разновидности атомов одного и того же химического элемента, атомные ядра которого имеют одинаковое число протонов и различное число нейтронов.

Атомное ядро – положительно заряженная центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов (нуклонов).

Ядерная физика – раздел физики, изучающий структуры и свойства атомных ядер и их превращений – процессов радиоактивного распада и ядерных реакций.

Радиоактивность (от лат. radio – испускаю, излучаю и actives – действенный) – свойство атомных ядер самопроизвольно изменять свой состав путем испускания элементарных частиц или ядер.

Радиоактивный распад – спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер путем испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов.

Период полураспада – это время, в течение которого распадается половина исходного числа радиоактивных атомов.

Ядерные реакции – это превращение атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами, гамма-квантами или друг с другом.

Деление ядер – процесс, при котором из одного ядра возникают два ядра близких по массе.

Цепные ядерные реакции – это ядерные реакции, в которых частицы, вызывающие их, образуются и как продукты этих реакций.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Естествознание. 10 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2017. – С. 193-195.

2. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика Ч. 1. Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 243-257..

3. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч. 2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 275-291.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Статья: Радиоактивный распад // Научно-популярный портал «Элементы». URL: http://elementy.ru/trefil/21197/Radioaktivnyy_raspad

Статья: Ядерный распад и синтез // Научно-популярный портал «Элементы». URL: http://elementy.ru/trefil/21178/Yadernyy_raspad_i_sintez

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Столетиями алхимики, веря в трансмутацию, пытались найти средство, позволяющее превращать одни элементы в другие, но сделать это в ходе химических превращений оказалось невозможным. Превращать одни химические элементы в другие стало возможным только в XX столетии, когда человек научился осуществлять ядерные реакции. Изучением структуры и свойств атомных ядер и их превращений – процессов радиоактивного распада и ядерных реакций, занимается ядерная физика.

В конце XIX века французский физик Антуан Анри Беккерель (1852 – 1908), изучая флуоресценцию солей урана, обнаружил, что эти соединения испускают неизвестное излучение, засвечивающее завёрнутую в чёрную бумагу фотопластинку. При этом обнаруженное излучение соли урана испускали независимо от того облучались они светом или нет. Новым явлением заинтересовались французские учёные Пьер Кюри (1859 – 1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867 – 1934). В 1897 – 1898 гг. они установили, что обнаруженное излучение является свойством урана, которое не зависит от того, в каком соединении этот элемент содержится. Исследуя в 1898 г. урановую руду, учёные открыли два новых химических элемента – полоний и радий, которые также обладали радиоактивностью – такое название они предложили для обнаруженного самопроизвольного испускания атомами излучения (от лат. radio – испускаю, излучаю и actives – действенный).

Изучение радиоактивного излучения позволило обнаружить его неоднородность. Так в 1899 г. английский физик Эрнест Резерфорд (1871 – 1937) установил, что магнитное поле разделяет излучение на две составляющие, обладающие положительными и отрицательными зарядами. Эти составляющие радиоактивного излучения получили название альфа-лучи и бета-лучи (по первым буквам греческого алфавита). В 1900 г. французский физик и химик Поль Виллар (1860 – 1934) сумел выделить еще одну составляющую, которая не отклонялась магнитным полем – гамма-лучи. Анри Беккерелем было установлено, что бета-лучи представляют собой поток электронов. В 1908 г. Э. Резерфордом совместно с немецким физиком Хансом Гейгером (1882 – 1945) было доказано, что альфа-частицы являются ядрами атома гелия (заряд Z = +2 и массовое число A = 4).

Радиоактивное излучение свидетельствует о том, что ядра атомов претерпевают распад, в результате которого они превращаются в ядра новых химических элементов. Выяснилось, что радиоактивностью обладают многие элементы, присутствующие в земной коре. Более того, все химические элементы, расположенные в периодической системе за висмутом, радиоактивны: все их нуклиды нестабильны. Нуклидом (от лат. nucleus – ядро) называют вид атомов с определенным значением заряда ядра и массой. Для обозначения нуклида используют название химического элемента, к которому через дефис записываю массовое число (например, уран-238) или знак химического элемента, рядом с которым наверху указывают массовое число, а внизу заряд ядра (например, 23892U). Разные нуклиды одного элемента по отношению друг к другу являются изотопами. Изотопы (от греч. isos – равный, одинаковый; topos – место) – это разновидности атомов одного и того же химического элемента, атомные ядра которого имеют одинаковое число протонов и различное число нейтронов.

На рубеже XIX –XX вв. было установлено, что существует три вида самопроизвольных ядерных превращений (позже были обнаружены и другие виды, но они менее распространены).

Альфа-распад (α-распад) – самопроизвольное (спонтанное) изменение состава нестабильных атомных ядер, сопровождающееся испусканием α-частиц, каждая из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов (ядро атома гелия 42He). Примером такого распада может служить превращение радия-226 в радон-222: 22688Ra → 22286Rn + 42α (где 42α – альфа-частица или ядро атома гелия).

Бета-распад (β-распад) происходит в результате того, что один из нейтронов нестабильного атомного ядра превращается в протон, при этом ядро испускает электрон и легкую частицу, называемую антинейтрино. Записать процесс можно следующим образом: 10n 11p + -1e + ~ν. Примером такого радиоактивного распада может быть превращение тория-234 в протактиний-234: 23490Th → 23491Pa + -1e + ~ν.

Гамма-распад (γ-распад) представляет собой процесс испускания возбужденным ядром атома излучения с очень малой длиной волны – гамма-квантов. При этом изменение заряда ядра атома не происходит.

При всех этих распадах энергия ядра уменьшается. А что при этом происходит с зарядом ядра и массой? При α-распаде массовое число уменьшается на четыре единицы, а заряд ядра элемента – на две. При β-распаде атомный номер элемента увеличивается на единицу, а массовое число не изменяется. При γ-излучении, которое часто (но не всегда) сопутствует α- и β-распаду, ни атомный номер, ни массовое число не изменяются.

В ходе радиоактивного распада число имеющихся исходных атомов постепенно убывает. Изучая процессы радиоактивного распада во времени, Э. Резерфорд обнаружил, что через определенный промежуток времени – различающийся для разных элементов, количество того или иного радиоактивного элемента уменьшается в два раза. Этот промежуток времени, в течение которого распадается половина исходного числа радиоактивных атомов, был назван периодом полураспада Т1/2. Период полураспада характеризует скорость радиоактивного процесса и различается для разных радиоактивных изотопов. Если изотоп распадается быстро, то он называется короткоживущим. Значения Т1/2 для таких изотопов могут составлять 10-12 – 10-10 с и даже меньше. Примером может служить сверхлегкий изотоп кислорода-12, период полураспада которого составляет 10–21 с, или изотоп свинца-210 с периодом полураспада 1,5·10–4 с. Период полураспада долгоживущих, медленно распадающихся атомов, может достигать миллиардов лет. Так, например, для урана-238 период полураспада составляет 4,47·109 лет, для тория-232 – 1,405·1010 лет. Следует отметить, что скорость распада не зависит от внешних условий. Радиоактивный распад является статистическим процессом, поэтому нельзя определить, какой именно атом распадется в данный момент времени. Т.е ядро данного радиоактивного изотопа, родившееся только что, и ядро этого же изотопа, просуществовавшее миллионы лет имеют одинаковую вероятность распасться. Можно определить только среднее время жизни радиоактивного атома, если имеется большое число таких атомов. Изменение числа атомов в процессе радиоактивного распада описывается законом радиоактивного распада: N = N0 2t/T1/2, где N0 – число радиоактивных атомов в начальный момент времени t=0, N – число нераспавшихся атомов к моменту времени t, Т1/2 – период полураспада.

В 1919 г. изучая воздействие альфа-излучения на различные газы, Э. Резерфорд обнаружил, что в результате бомбардировки альфа-частицами атомов азота получаются атомы кислорода. Этот процесс можно описать следующим образом: 147N + 42α → 178O + 11p (где 11p – протон или ядро атома водорода 11H). Таким образом, Резерфордом было осуществлено первое искусственное превращение элементов – ядерная реакция. Напомним, что ядерной реакцией называются превращение атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами, гамма-квантами или друг с другом. От химической ядерная реакция отличается тем, что в ходе её изменяются ядра атомов, т.е. атомы одних элементов, превращаются в атомы других химических элементов. И ядерная реакция, и радиоактивный распад являются превращением одного атомного ядра (химического элемента) в другое ядро. Но если радиоактивный процесс происходит самопроизвольно и не зависит от внешнего воздействия, то ядерная реакция, наоборот, вызывается воздействием на атомное ядро других частиц (ядер, протонов, нейтронов, гамма-квантов).

Бомбардировкой альфа-частицами ядер различных атомов удалось осуществить множество ядерных превращений. В 1932 г. при бомбардировке альфа-частицами атомов бериллия английским физиком Джеймсом Чедвиком (1891 – 1974) был открыт нейтрон. Происходящий ядерный процесс можно изобразить следующим образом: 94Ве + 42α → 126С + 10n (где 10n – нейтрон). В 1934 г. французскими физикам Ирен Жолио-Кюри (1897 – 1956) и Фредериком Жолио-Кюри (1900 – 1958) была открыта искусственная радиоактивность – самопроизвольный распад нестабильных атомных ядер, полученных в ходе ядерных реакций. При облучении альфа-частицами алюминия им удалось получить не существующий в природе радиоактивный изотоп фософра-30. Уравнение, протекающей ядерной реакции можно представить следующим образом: 2713Al + 42α → 3015P + 10n. Период полураспада изотопа фосфора-30 составляет около 2,5 минут, при этом в ядре этого изотопа один из протонов превращается в нейтрон с испусканием позитрона (античастица электрона +1e) и нейтрино: 11p 10n + +1e + ν. Процесс, происходящий с ядрами изотопа фосфора-30 можно записать следующим образом: 3015Р → 3014Si + +1e + ν.

Дальнейшие исследования показали, что с помощью ядерных реакций можно не только одни химические элементы превращать в другие, но и синтезировать новые элементы. Так в 1937 г. при облучении молибдена ядрами тяжёлого изотопа водорода дейтерия 21H был впервые искусственно получен, а не выделен из природных соединений, химический элемент технеций Тс, получивший свое название от греческого слова «techne» – искусство, ремесло. В 1940 г. предсказанный Д.И. Менделеевым «экаиод» – химический элемент астат At, был получен искусственным путем в ходе ядерной реакции 20983Bi + 42α → 21185At + 2 10n.

Положительно заряженные частицы (протон, альфа-частица и др.), используемые в ядерных реакциях, испытывают сильное отталкивание при приближении к ядрам атомов, с которыми они должны взаимодействовать. Чтобы преодолеть это отталкивание альфа-частицы, протоны и т.д. должны обладать достаточно большой энергией, для этого их разгоняют с помощью специальных устройств – ускорителей. Первый ускоритель (циклотрон) был создан в 1931 году американским физиком Эрнестом Орландо Лоуренсом (1901 – 1958). С помощью циклотрона стало возможным проводить разнообразные ядерные реакции. Так, в 1932 г. Джоном Кокрофтом и Эрнестом Уолтоном была проведена первая ядерная реакция на быстрых протонах. Бомбардируя протонами литий, учёным удалось расщепить его на две альфа-частицы: 73Li + 11H → 42He + 42He.

Наибольший интерес представляют реакции, проводимые с использованием нейтронов. Лишенные заряда нейтроны не испытывают отталкивания атомных ядер и легко в них проникают. Потоки нейтронов получают в результате ядерных реакций в ускорителях и в ядерных реакторах. Приведем несколько примеров ядерных реакций, вызываемых нейтронами: 2311Na + 10n2411Na + γ,

5927Co + 10n6027Co + γ. Подобные реакции применяются для получения новых изотопов: 3517Cl + 10n 3516S + 11p или 2713Al + 10n2411Na + 42He.

Большой практический интерес представляют реакции, вызываемые бомбардировкой нейтронами ядер урана-235 23592U. После поглощения нейтрона 23592U + 10n23692U ядро урана испытывает вынужденное деление, что приводит к образованию двух новых ядер и одновременно освобождается 2 или 3 нейтрона 10n. В результате такой реакции образуется смесь изотопов с массовыми числами равными приблизительно половине массового числа делящегося урана (смесь изотопов 9236Kr, 14156Ba и др.). Например: 23592U + 10n→ 23692U*14456Ва + 8936Kr + 3 10n. При делении каждого ядра урана выделяется энергии порядка 200 МэВ. Процесс, при котором из одного атомного ядра возникает два близких по массе ядра, называют делением ядер.

Ядерный реактор оказался настоящей фабрикой радиоактивных изотопов.

Ядра изотопа 23592U могут захватывать нейтроны с небольшой энергией около 5 – 10 эВ (500 – 1000 кДж) – так называемые тепловые нейтроны, а нейтроны, образующиеся при делении ядра 23692U, обладают в миллионы раз большей энергией. Поэтому, чтобы реакция шла дальше за счет вылетающих при делении ядра нейтронов, их необходимо замедлить. Тогда пойдет цепная реакция деления урана – выделившиеся нейтроны, после замедления, будут захватываться другими ядрами 23592U и т. д. Ядерные реакции, в которых частицы, вызывающие их, образуются и как продукты этих реакций называются цепными ядерными реакциями. Осуществление таких реакций сопровождается выделением энергии и имеет большое практическое значение.

Резюме теоретической части.

1. В природе существуют разновидности атомов одного и того же элемента – изотопы, отличающиеся массами из-за разного содержания в ядрах их атомов нейтронов. В природе существуют радиоактивные изотопы, способные самопроизвольно изменять состав своих ядер. Все изотопы химических элементов, следующих за висмутом Bi в периодической системе химических элементов, являются радиоактивными. Многие химические элементы были получены искусственным путем в ходе ядерных реакций.

2. Превращение атомов одних химических элементов в другие возможно входе процессов радиоактивного распада и ядерных реакций. Изучением этих процессов занимается ядерная физика, зарождение которой началось на рубеже XIX – XX веков.

3. Процессы радиоактивного распада протекают самопроизвольно. В результате у ядер атомов изменятся состав и испускаются элементарные частицы, гамма-кванты или ядерные фрагменты. Наиболее распространенными являются α-распад, β-распад и γ-распад. Скорость радиоактивного процесса не зависит от внешних условий и характеризуется периодом полураспада, который сильно различается для радиоактивных изотопов разных химических элементов. Радиоактивный распад является статистическим процессом, который количественно описывается законом радиоактивного распада.

4. Ядерные реакции, в отличие от процессов радиоактивного распада, протекают под внешним воздействием – атомные ядра бомбардируют другими ядрами, элементарными частицами или гамма-квантами. Бомбардирующие частицы чаще всего разгоняют с помощью специальных устройств – ускорителей. Наибольший интерес представляют ядерные реакции, проводимые с использованием нейтронов, потоки которых получают в результате ядерных реакций в ускорителях и в ядерных реакторах. Открытие деления ядер урана привело к осуществлению цепных ядерных реакций, которые имеют большое практическое значение.

5. Качественные изменения, происходящие с атомными ядрами в ходе процессов радиоактивного распада и ядерных реакций, можно рассматривать как одну из форм движения материи.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Укажите верные утверждения:

Утверждение

Правильный ответ и пояснение

А. Ядерные реакции приводят к превращению атомов одних химических элементов в другие.

Правильное утверждение. Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. В ходе ядерных реакций происходят изменения ядер атомов, в большинстве случаев меняется число протонов в ядре. Следовательно, в этих случаях происходит превращение атомов одних химических элементов в другие.

Б. Радиоактивность атома химического элемента зависит от того, в каком химическом соединении он находится.

Неправильное утверждение. Радиоактивность – это свойство атомного ядра химического элемента, поэтому это свойство никак не зависит от того, в каком химическом соединении атом данного элемента находится.

В. В ходе альфа-распада образуется атомное ядро с зарядом на две единицы и массой на четыре единицы меньше, чем у исходного атомного ядра.

Правильное утверждение. Альфа-распад сопровождается испусканием атомным ядром альфа-частиц – ядер атома гелия 42He, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. Испустив альфа-частицу и потеряв два протона и два нейтрона, образовавшееся атомное ядро будет иметь массу на четыре единицы, а заряд на две единицы меньше, чем исходное ядро.

2. Установление соответствие между элементами двух множеств. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

Описание процесса

Вид явления

1. При облучении молибдена ядрами тяжёлого изотопа водорода дейтерия 21H был впервые был искусственно получен химический элемент технеций Тс.

А. Явление радиоактивности

Б. Ядерная реакция

2. В результате испускания ядром изотопа радия-226 альфа-частицы образуется изотоп радона-222.

3. При захвате ядром алюминия-27 нейтрона образуется ядро натрия-24 и альфа-частица.

Правильный ответ:1 – Б; 2 – А; 3 – Б.

Описание процесса

Вид явления

1. При облучении молибдена ядрами тяжёлого изотопа водорода дейтерия 21H был впервые был искусственно получен химический элемент технеций Тс.

Б. Ядерная реакция

2. В результате испускания ядром изотопа радия-226 альфа-частицы образуется изотоп радона-222.

А. Явление радиоактивности

3. При захвате ядром алюминия-27 нейтрона образуется ядро натрия-24 и альфа-частица.

Б. Ядерная реакция

Нуклид, атомное число, массовое число

Атом — это наименьшая единица элемента, которая может существовать. Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Эти частицы определяют нуклид и его химические свойства и были обнаружены в начале 20-го -го -го века и описаны современной атомной теорией.

Нуклид

Нуклиды — это особые типы атомов или ядер. Каждый нуклид имеет символ химического элемента (E), а также атомный номер (Z), количество протонов в ядре и массовое число (A), общее количество протонов и нейтронов в ядре.{20} _ {10} Ne \]

Нуклид имеет измеримое количество энергии и существует измеримое количество времени. Стабильные нуклиды могут существовать в одном и том же состоянии неограниченное время, но нестабильные нуклиды радиоактивны и со временем распадаются. Некоторые нестабильные нуклиды встречаются в природе, но другие синтезируются искусственно в результате ядерных реакций. Они излучают энергию (\ (\ alpha \), \ (\ beta \) или \ (\ gamma \) излучения), пока не достигнут стабильности.

Атомный номер

Каждый элемент имеет определяющий атомный номер с символом «Z».Если атом заряжен нейтрально, в нем столько же протонов и электронов. Если он заряжен, протонов может быть больше, чем электронов, или наоборот, но атомный номер остается прежним. В символе элемента заряд идет с правой стороны элемента. Например, O 2- представляет собой анион кислорода. O 2– по-прежнему имеет атомный номер 8, соответствующий 8 протонам, но имеет 10 электронов. Каждый элемент имеет свой атомный номер от 1 до 100.В периодической таблице элементы расположены в порядке атомного номера за период. Атомный номер обычно располагается над символом элемента. Например, водород состоит из одного протона и одного электрона, поэтому его атомный номер равен 1. Атомный номер меди равен 29 для 29 протонов.

Примеры из таблицы Менделеева
Атомный номер 3 4 5
Обозначение элемента B С N

Средняя атомная масса изотопов всех элементов

10.811 12.011 14.007

Атомный номер и химические свойства

Атомный номер определяет химические свойства элемента. Количество электронов в атоме определяет связь и другие химические свойства. В нейтральном атоме атомный номер Z также является числом электронов. Эти электроны находятся в облаке, окружающем ядро, вероятно, в электронных оболочках или орбиталях.Самая удаленная от ядра оболочка — это валентная оболочка. Электроны в этой валентной оболочке участвуют в химической связи и показывают поведение атома. Связующие электроны влияют на геометрию молекулы и структуру атома. Они взаимодействуют друг с другом и с другими атомами в химических реакциях. Атомный номер уникален для каждого атома и определяет его характеристики связывания, поведения или реакционной способности. Следовательно, каждый атом с разным атомным номером действует по-разному.+ + п \]

Элементы также могут иметь изотопы с одинаковым атомным номером, но разным числом нейтронов. Может быть на несколько больше или на несколько меньше нейтронов, и поэтому масса будет увеличиваться или уменьшаться. В периодической таблице массовое число обычно находится под символом элемента. Указанное массовое число представляет собой среднюю массу всех изотопов элемента. Каждый изотоп имеет определенное процентное содержание в природе, которое складывается и усредняется для получения среднего массового числа.

Например, 4 He имеет массовое число 4. Его атомный номер равен 2, что не всегда включается в обозначения, потому что He определяется атомным номером 2.

Список литературы

  1. Петруччи, Ральф. Общая химия: принципы и современные приложения . Нью-Джерси. Пирсон Прентис Холл, 2006.
  2. Housecraft, Кэтрин Э. и Алан Г. Шарп. Неорганическая химия . Третье изд.
  3. ИЮПАК. Сборник химической терминологии, 2-е изд.(«Золотая книга»). Составлено А. Д. Макнотом и А. Уилкинсоном. Научные публикации Блэквелла, Оксфорд (1997). Онлайновая исправленная версия XML: goldbook.iupac.org (2006-), созданная М. Ником, Дж. Джиратом, Б. Косатой; обновления составлены А. Дженкинсом. ISBN 0-9678550-9-8. DOI: 10.1351 / goldbook.
  4. science.uwaterloo.ca/~cchieh/…k/nuclide.html

Проблемы

  1. Сколько протонов, нейтронов и электронов есть в атомах хлора?
  2. Масса золота (Au) 197, сколько в нем нейтронов?
  3. Углерод состоит из нескольких изотопов. 14 C сколько протонов, электронов и нейтронов?
  4. Какой атомный номер у Li + ? Сколько протонов и электронов у Li + ?
  5. Что означает массовое число в периодической таблице?

Ответы

  1. Поскольку хлор имеет атомный номер 17, у хлора 17 протонов, 18 нейтронов и 17 электронов
  2. 118 нейтронов
  3. 6 протонов, 8 нейтронов и 6 электронов
  4. Z = 3, 3 протона, 2 электрона
  5. Массовое число представляет собой среднюю массу всех изотопов данного элемента.

2.4: Нейтроны: изотопы и расчеты массовых чисел

Задачи обучения
  • Опишите расположение, заряд и относительную массу нейтрона.
  • Определите изотоп и массовое число.
  • Определите количество протонов, нейтронов и электронов в определенном изотопе элемента.
  • Представляют один изотоп элемента, используя три основных элементарных символизма.

Последняя субатомная частица была открыта только в 1932 году.Чтобы учесть нейтральный заряд атома в целом, количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов внутри атома должно быть одинаковым. Следовательно, любые оставшиеся субатомные частицы должны быть незаряженными, чтобы не нарушить этот установленный зарядовый баланс. Действительно, нейтрона , названные по их нейтральному заряду, не обладают никакими электрическими свойствами. Следовательно, эти субатомные частицы, которые обозначены обозначением «n 0 », было невероятно трудно обнаружить.Нейтроны также находятся в ядре атома, а масса нейтрона оказалась на , всего на немного больше, чем масса протона.

Каждая субатомная частица существует для определенной цели. Как было сказано в предыдущем разделе, количество валентных электронов, присутствующих в атоме, определяет реакционную способность этого элемента. Число протонов, обнаруженных в атоме, определяет идентичность этого атома, и все протоны атома коллективно притягивают окружающие электроны, удерживая последние привязанными к атому.Напомним, однако, что все протоны, каждый из которых несет заряд +1, плотно упакованы в центральную область атома. Следовательно, каждый положительно заряженный протон должен сильно отталкиваться каждым другим протоном в ядре, и, кроме того, совокупная сила этих сил отталкивания достаточно существенна, чтобы расколоть ядро. Однако нейтроны эффективно действуют как «ядерный клей» и позволяют протонам существовать в непосредственной физической близости друг от друга. Другими словами, нейтроны — это субатомная частица, ответственная за поддержание структурной целостности ядра.

Наконец, напомним, что каждый атом определенного элемента должен иметь определенное количество протонов и электронов. Каждый атом углерода C, который существует в известной вселенной, имеет вид , определенный как , чтобы содержать 6 протонов, потому что его атомный номер равен 6, а также должен содержать 6 электронов, чтобы атом сохранял общий чистый нейтральный заряд. Однако количество нейтронов в атоме элемента составляет , а не , определяемое атомным номером этого элемента. Фактически, количество нейтронов, присутствующих в элементе, может варьироваться от атома к атому.«Клеевую» аналогию, приведенную в предыдущем абзаце, можно расширить, чтобы объяснить это явление. Хотя для приклеивания одного объекта к другому требуется минимальное количество клея, небольшое количество излишка клея не помешает этим объектам слипаться, но большой избыток клея может оказаться проблематичным. Точно так же каждый элемент должен содержать минимальное количество нейтронов, чтобы удерживать ядро ​​вместе, но может содержать небольшое количество дополнительных нейтронов без ущерба для структурной целостности ядра.Однако ядро, содержащее слишком много нейтронов, станет нестабильным и подвергнется радиоактивному распаду , который будет обсуждаться в главе 9 этого текста.

Массовое число

Массовое число атома равно общему количеству протонов и нейтронов, содержащихся в его ядре. Это определение можно представить в виде уравнения, как показано ниже.

Массовое число = количество протонов + количество нейтронов

Истинная масса атома — невероятно малая величина.Для упрощения используемых численных значений массе отдельного протона присвоено значение 1 атомных единиц массы или а.е.м. . Поскольку масса нейтрона примерно такая же, как масса протона, каждому присутствующему нейтрону также дается значение 1 а.е.м. Поскольку масса электрона составляет 1/2 000 th массы протона, любой вклад, который электроны вносят в общую массу атома, незначителен. Следовательно, количество электронов, присутствующих в атоме, игнорируется при вычислении массового числа этого атома.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Воспользуйтесь периодической таблицей, чтобы вычислить массовое число атома водорода, содержащего 2 нейтрона.

Решение

Массовое число атома рассчитывается путем сложения количества протонов и нейтронов, находящихся в этом атоме. Дано количество нейтронов, но количество протонов должно определяться по атомному номеру элемента. В этом случае водород (H) имеет атомный номер 1 и, следовательно, каждый атом водорода будет содержать 1 протон.Уравнение, показанное выше, может быть применено следующим образом.

Массовое число = количество протонов + количество нейтронов
Массовое число = 1 + 2

Следовательно, этот конкретный атом водорода будет иметь массовое число 3 .

Обратите внимание, что массовое число, вычисленное в примере \ (\ PageIndex {1} \), не совпадает с числом под символом элемента и названием водорода в периодической таблице. Это несоответствие можно объяснить тонкой, но невероятно важной информацией: вычисление, выполненное в примере \ (\ PageIndex {1} \), было выполнено для одиночного атома водорода.Однако периодическая таблица предназначена для представления всех атомов водорода в известной вселенной. Поскольку на каждый существующий атом водорода должен содержать 1 протон, атомный номер, написанный над символом элемента водорода, действительно представляет на каждые атома водорода.

Однако помните, что количество нейтронов, содержащихся в элементе, может варьироваться от атома к атому. Изменение количества нейтронов, присутствующих в атоме, в свою очередь, приведет к тому, что эти отдельные атомы водорода будут иметь разные расчетные массовые числа.Эти отдельные «версии» элемента называются изотопами , которые определяются как атомы элемента, которые имеют одинаковые атомные номера и, следовательно, содержат одинаковое количество протонов, но разные массовые числа и, следовательно, содержат разные числа нейтронов. Три изотопа водорода смоделированы на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Большинство атомов водорода имеют один протон, один электрон и не содержат нейтронов, но менее распространенные изотопы водорода могут содержать один или два нейтрона.Водород уникален тем, что его изотопам даны специальные имена, которые также показаны ниже на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): три самых стабильных изотопа водорода.

По пространственным причинам перечисление массовых чисел для всех изотопов элемента в одном прямоугольнике периодической таблицы нецелесообразно. Вместо этого рассчитывается средневзвешенное значение, называемое средней атомной массой . Средневзвешенное значение учитывает не только массовое число каждого изотопа, но также то, насколько распространен или распространен этот изотоп в природе по отношению к каждому из других изотопов этого элемента.Следовательно, средняя атомная масса — это величина, которая действительно представляет всех изотопов данного элемента, что делает его подходящим для включения в периодическую таблицу.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Используйте таблицу Менделеева, чтобы определить следующую информацию для атома с атомным номером 74 и массовым числом 186.

  1. Символ элемента
  2. Название элемента
  3. Число протонов, содержащихся в атоме
  4. Число электронов, содержащихся в атоме
  5. Количество нейтронов, содержащихся в атоме

Решения

  1. Атомный номер элемента находится над символом элемента в рамке периодической таблицы.Элемент с атомным номером 74 обозначен как W .
  2. Элемент с атомным номером 74 называется tungsten .
  3. Число протонов, присутствующих в атоме, определяется атомным номером элемента. Следовательно, каждый атом вольфрама содержит 74 протонов .
  4. Поскольку атом должен иметь общий нейтральный заряд, количество протонов и электронов в атоме элемента должно быть одинаковым. Следовательно, каждый атом вольфрама также содержит электронов 74 .
  5. Массовое число атома рассчитывается путем сложения количества протонов и нейтронов, обнаруженных в этом атоме, как показано ниже.

    Массовое число = количество протонов + количество нейтронов

    Поскольку массовое число было предоставлено, это уравнение можно изменить, чтобы определить количество нейтронов, содержащихся в этом конкретном изотопе вольфрама.

    186 = 74 + количество нейтронов
    186-74 = количество нейтронов

    Следовательно, этот конкретный атом вольфрама содержит 112 нейтронов .

Символизм стихий

Всего выделено 252 стабильных изотопа для 80 различных элементов. Фактор количества наблюдаемых нестабильных изотопов приводит к значительному увеличению общего количества известных элементарных изотопов. Хотя каждый из трех наиболее распространенных изотопов водорода имеет уникальное имя, в конечном итоге было бы крайне непрактично устанавливать разные имена для для каждого изотопа , для каждого изотопа для каждого элемента , существование которого было доказано.Поэтому ученые используют три различных символа элементов для обозначения конкретных изотопов элементов. Первые два символа очень похожи в том, что каждый включает имя элемента или символ элемента, за которым следует тире и числовое значение, которое соответствует массовому числу конкретного изотопа этого элемента. В третьем типе элементарного символизма, который называется ядерным символом , массовое число изотопа помещается в виде верхнего индекса перед символом элемента, а атомный номер элемента записывается непосредственно под массовым числом.Важно отметить разницу между изотопом и элементной символикой . Рисунок \ (\ PageIndex {2} \) моделирует эти три различных элементарных символов , которые все представляют один и тот же изотоп , поскольку каждый из них имеет идентичное массовое число .

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): три элементарных символа для одного изотопа никеля. Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Запишите ядерный символ изотопа, описанный в примере \ (\ PageIndex {2} \).{40} _ {19} \ ce {K} \)

  • Цинк-65
  • Решения

    1. Этот изотоп обозначен ядерным символом. В этих обозначениях атомный номер изотопа записывается в виде нижнего индекса. Поскольку атомный номер указывает как количество протонов, так и количество электронов, присутствующих в атоме, этот изотоп содержит 19 протонов и 19 электронов . Количество нейтронов в изотопе можно рассчитать по его массовому числу, которое записывается в виде верхнего индекса в символе ядра.

      Массовое число = количество протонов + количество нейтронов
      40 = 19 + количество нейтронов
      40-19 = количество нейтронов

      Следовательно, в этом изотопе калия (K) 21 нейтрон .

    2. Этот изотоп представлен вторым символом, показанным на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). При использовании этого обозначения необходимо использовать имя элемента, чтобы найти его атомный номер. Поскольку цинк (Zn) имеет атомный номер 30, этот изотоп содержит 30 протонов и 30 электронов .Число нейтронов в изотопе можно снова рассчитать по его массовому числу, которое представляет собой числовое значение, записанное после тире в обоих представлениях, показанных на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

      Массовое число = количество протонов + количество нейтронов
      65 = 30 + количество нейтронов
      65-30 = количество нейтронов

      Следовательно, в этом изотопе цинка (Zn) 35 нейтронов .

    Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

    Определите, сколько протонов, электронов и нейтронов присутствует в атоме каждого из следующих изотопов.{60} _ {27} \ ce {Co} \)

  • Уран-238
  • На-25
  • Ответить на
    Этот изотоп обозначен ядерным символом. В этих обозначениях атомный номер изотопа записывается в виде нижнего индекса. Поскольку атомный номер указывает как количество протонов, так и количество электронов, присутствующих в атоме, этот изотоп содержит 27 протонов и 27 электронов . Количество нейтронов в изотопе можно рассчитать по его массовому числу, которое записывается в виде верхнего индекса в символе ядра.

    Массовое число = количество протонов + количество нейтронов
    60 = 27 + количество нейтронов
    60-27 = количество нейтронов

    Следовательно, в этом изотопе кобальта (Co) 33 нейтрона .
    Ответ б
    Этот изотоп представлен вторым символом, показанным на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). При использовании этого обозначения необходимо использовать имя элемента, чтобы найти его атомный номер. Поскольку уран (U) имеет атомный номер 92, этот изотоп содержит 92 протона и 92 электрона .Число нейтронов в изотопе можно снова рассчитать по его массовому числу, которое представляет собой числовое значение, записанное после тире в обоих представлениях, показанных на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

    Массовое число = количество протонов + количество нейтронов
    238 = 92 + количество нейтронов
    238 — 92 = количество нейтронов

    Следовательно, в этом изотопе урана (U) 146 нейтронов .
    Ответ c
    Этот изотоп представлен с использованием первого символа, показанного на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).При использовании этого обозначения необходимо использовать символ элемента, чтобы найти его атомный номер. Поскольку у натрия (Na) атомный номер 11, этот изотоп содержит 11 протонов и 11 электронов . Число нейтронов в изотопе можно снова рассчитать по его массовому числу, которое представляет собой числовое значение, записанное после тире в обоих представлениях, показанных на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

    Массовое число = количество протонов + количество нейтронов
    25 = 11 + количество нейтронов
    25-11 = количество нейтронов

    Следовательно, в этом изотопе натрия (Na) 14 нейтронов .

    Атомная масса — обзор

    Концепция «атомной массы» или «средней относительной атомной массы» является фундаментальной для развития химии. Первоначально Дальтон предполагал, что все атомы данного элемента имеют одинаковый неизменный вес, но после открытия изотопов в начале этого столетия это свойство было передано им. Сегодня возможность переменного изотопного состава элемента (естественного или искусственно созданного) исключает возможность определения как атомного веса большинства элементов, и в настоящее время существует тенденция определять как атомный вес элемента как «соотношение от средней массы на атом элемента до одной двенадцатой массы атома 12 C ».Важно подчеркнуть, что атомные веса (средние относительные атомные массы) элементов являются безразмерными числами (отношениями) и, следовательно, не имеют единиц измерения.

    Поскольку атомные веса имеют центральное значение в химии, они постоянно уточнялись и улучшались со времени первых таблиц, сделанных Дальтоном (1803–1805). К 1808 году Дальтон включил в свой список 20 элементов, и эти результаты были существенно расширены и улучшены Берцелиусом в течение следующих десятилетий. Иллюстрация резкого и продолжающегося повышения точности и точности за последние 100 лет приведена в таблице 1.3. В 1874 году ни один атомный вес не превышал одну часть из 200, но к 1903 году 33 элемента имели значения, равные одной части из 10 3 , а 2 из них (серебро и йод) были указаны как 1 из 10 4. . Сегодня большинство значений известно 1 из 10 4 , а 26 элементов имеют точность, превышающую 1 из 10 6 . Это улучшение было сначала связано с улучшенными химическими методами, особенно между 1900 и 1935 годами, когда увеличение использования изделий из плавленого кварца и электрических печей снизило вероятность загрязнения.В последнее время использование масс-спектрометрии привело к дальнейшему повышению точности. Данные масс-спектрометрии были впервые использованы в качестве подтверждающей в таблице атомных весов 1935 года, а к 1938 году масс-спектрометрические значения были предпочтительнее химических определений для водорода и осмия и значений плотности газа для гелия. В 1959 году значения атомной массы более 50 элементов все еще основывались на классических химических методах, но к 1973 году это число сократилось до 9 (Ti, Ge, Se, Mo, Sn, Sb, Te, Hg и Tl) или до 10, если кулонометрическое определение Zn считается химическим.Значения для дополнительных 8 элементов были основаны на разумном сочетании химических и масс-спектрометрических данных, но значения, указанные для всех других элементов, были полностью основаны на данных масс-спектрометрии.

    Таблица 1.3. Эволюция значений атомной массы выбранных элементов (а) ; (выбранные даты были выбраны по причинам, указанным ниже)

    900 900 126,932 (3)
    Элемент 1873–5 1903 1925 1959 1961 1997
    H32 1.008 1.008 1.0080 1.007 97 1.007 94 (7) gmr
    C 12 12.00 12.000 12.011 15 12.011 15 12.0107 (8) 900 г
    O 16 16,00 16,000 16 15,9994 15,9994 (3) г
    P 31 31.0 31,027 30,975 30,9738 30,973 761 (2)
    Ti 50 48,1 48,1 47,90 47,90 47,867 (1) Z
    65 65,4 65,38 65,38 65,37 65,39 (2)
    Se 79 79,2 79,2 78,96 78.96 78,96 (3)
    Ag 108 107,93 107,880 107,880 107,870 107,8682 (2) г
    I 127 126,85 126,91 126,9044 126,
    Ce 92 140,0 140,25 140,13 140,12 140.116 (1) г
    Pr 140,5 140,92 140,92 140,907 140,907 65 (2)
    Re 188,7 (б) 186,22 186,22 186,207 (1)
    Hg 200 200,0 200,61 200,61 200,59 200,59 (2)

    Примечание. Дата:

    1874 Основание Американского химического общества (перечислено 64 элемента).

    1903 Первая международная таблица атомных весов (перечислено 78 элементов).

    1925 г. Общий обзор таблицы (перечислено 83 элемента).

    1959 Последняя таблица основана на кислороде = 16 (перечислено 83 элемента).

    1961 Полная переоценка данных и пересмотр до 12C = 12 (83 элемента).

    1997 Последние доступные значения IUPAC (перечислено 84 + 28 элементов).

    Однако точные значения атомной массы не следуют автоматически из точных измерений относительных масс атомов, поскольку также необходимо определять относительное содержание различных изотопов.То, что это может быть ограничивающим фактором, легко увидеть из Таблицы 1.3: значение для празеодима (который имеет только 1 стабильный изотоп природного происхождения) имеет на две значимые цифры больше, чем значение для соседнего элемента церия, имеющего 4 таких изотопа. За двенадцать лет, прошедших с момента публикации первого издания этой книги, значения атомной массы не менее 55 элементов были улучшены, иногда значительно, например Ni с 58,69 (1) до 58,6934 (2).

    1.6.1 Неопределенность атомных весов

    Числовые значения атомных весов элементов теперь пересматриваются каждые 2 года Комиссией по атомным весам и изотопному содержанию ИЮПАК (Международный союз чистой и прикладной химии).Их самые последние рекомендации (13) сведены в таблицу на внутренней стороне переднего листка. Из этого ясно, что надежность данных все еще сильно различается. Наиболее точно указанное значение — это значение для фтора, которое, как известно, превышает 1 часть на 38 миллионов; наименее точным является для бора (1 часть на 1500, т.е. 7 частей на 10 4 ). За исключением бора, все значения достоверны до более чем 5 частей из 10 4 , а большинство из них надежны до лучше, чем 1 часть из 10 4 .Для некоторых элементов (например, бора) довольно большая неопределенность возникает не из-за экспериментальной ошибки, поскольку использование масс-спектрометрических измерений дало результаты с очень высокой точностью, а из-за естественного изменения относительного содержания двух изотопов 10 B и 11 B дает диапазон значений не менее ± 0,003 относительно указанного значения 10,811. Напротив, нет известных вариаций в содержании изотопов для таких элементов, как селен и осмий, но откалиброванные масс-спектрометрические данные недоступны, а наличие 6 и 7 стабильных изотопов соответственно для этих элементов затрудняет получение высокой точности: они таким образом, являются основными кандидатами на улучшение.

    Атомный вес известен наиболее точно для элементов, которые имеют только 1 стабильный изотоп; относительная атомная масса этого изотопа может быть определена как минимум до 1 ppm, и в природе нет возможности изменчивости. Всего таких элементов 20: Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Au и Bi. (Обратите внимание, что все эти элементы, кроме бериллия, имеют нечетные атомные номера — почему?)

    Элементы с 1 преобладающим изотопом также потенциально могут позволить очень точное определение атомной массы, поскольку вариации изотопного состава или ошибки в его определении имеют соответственно небольшой эффект. по масс-спектрометрически определенному значению атомной массы.Девять элементов имеют 1 изотоп, содержание которого превышает 99% (H, He, N, O, Ar, V, La, Ta и U), и углерод также приближается к этой категории ( 13 C с содержанием 1,11%).

    Известные вариации изотопного состава нормального земного материала не позволяют дать более точный атомный вес для 13 элементов, и они имеют сноску в Таблице атомных весов. Для каждого из этих элементов (H, He, Li, B, C, N, O, Si, S, Ar, Cu, Sr и Pb) достижимая точность определения атомной массы на данном образце выше, чем предполагаемая рекомендуемое значение, поскольку оно должно быть применимо к любому образцу и, следовательно, должно охватывать все известные вариации изотопного состава из коммерческих наземных источников.Например, для водорода достижимая в настоящее время точность калиброванных масс-спектрометрических определений атомного веса составляет около ± 1 в шестой значащей цифре, но рекомендованное значение 1,007 94 (± 7) дается таким образом из-за естественных земных вариаций содержания дейтерия. содержание. Наиболее вероятное значение, относящееся к лабораторным химическим веществам (например, H 2 O), составляет 1,00797, но следует отметить, что газообразный водород, используемый в лабораториях, часто непреднамеренно истощается во время его подготовки электролизом, и для таких образцов атомный вес близок к 1.007 90. Напротив, преднамеренное фракционирование для получения тяжелой воды (тысячи тонн в год) или дейтерированных химикатов предполагает атомный вес, приближающийся к 2,014, и следует проявлять большую осторожность, чтобы избежать загрязнения «нормальных» образцов при работе с такими обогащенными образцами или их утилизации. материалы.

    Захватывающие истории о естественной изменчивости могут быть рассказаны для каждого из 13 элементов, имеющих сноску, и, действительно, определение таких вариаций в изотопном составе теперь является важным инструментом в разгадывании геохимической истории различных рудных тел.Например, атомный вес серы, полученной из чистой техасской серы, заметно отличается от атомной массы, полученной из сульфатных руд, и общий диапазон, приближающийся к ± 0,01, обнаружен для наземных образцов; это ограничивает указанное значение 32,066 (6), хотя точность определения атомной массы отдельных образцов составляет ± 0,00015. Как отмечалось ранее, бор подвергается еще более неблагоприятному воздействию, и фактический атомный вес может варьироваться от 10,809 до 10,812 в зависимости от того, является ли минеральный источник Турцией или США.

    Еще более обескураживают существенные отклонения в атомном весе, которые могут иметь место в коммерчески доступном материале из-за непреднамеренных или нераскрытых изменений изотопного состава (сноска m в Таблице атомных весов). Эта ситуация в настоящее время имеет место для 8 элементов (H, Li, B, Ne, Cl, Kr, Xe и U) и также может вскоре повлиять на другие (такие как C, N и O). Отделенные или частично обогащенные изотопы Li, B и U в настоящее время широко используются в технологии ядерных реакторов и вооружении, а нежелательные остатки, обедненные желаемыми изотопами, иногда сбрасываются на рынок и продаются как «нормальный» материал.Таким образом, неожиданно могут быть приобретены соли лития, которые были сильно обеднены 6 Li (естественное содержание 7,5%), и крупный коммерческий поставщик реализовал на рынке литий, содержащий всего 3,75% этого изотопа, что привело к изменению атомной массы на 0,53. %. По этой причине практически все соединения лития, доступные в настоящее время в США, являются подозрительными, а количественные данные, полученные по ним, потенциально недостоверны. Опять же, практика «доения» инертных газов продуктов деления из реакторного топлива и сбыта этих материалов дает образцы с аномальным изотопным составом.Воздействие, особенно на физико-химические расчеты, может быть серьезным, и, не желая делать паникерскую ноту, необходимо постоянно учитывать возможность таких отклонений для элементов, отмеченных сноской m в Таблице атомных весов.

    Связанная с этим проблема, связанная с радиоактивными элементами, рассматривается в следующем разделе.

    1.6.2 Проблема радиоактивных элементов

    Элементы с радиоактивными нуклидами среди встречающихся в природе изотопов имеют встроенное временное изменение относительной концентрации их изотопов и, следовательно, постоянно меняющийся атомный вес.Является ли это изменение химически значимым, зависит от периода полураспада перехода и относительного содержания различных изотопов. Точно так же на фактическую концентрацию стабильных изотопов нескольких элементов (например, Ar, Ca и Pb) может влиять ассоциация этих элементов с радиоактивными прекурсорами (например, 40 K, 238 U и т. Д.), Которые образуют потенциально переменные количества соответствующих стабильных изотопов. Опять же, некоторые элементы (такие как технеций, прометий и трансурановые элементы) синтезируются ядерными реакциями, в результате которых образуется единственный изотоп элемента.Следовательно, «атомный вес» зависит от того, какой конкретный изотоп синтезируется, и концепция «нормального» атомного веса не имеет значения. Например, циклотронное производство технеция дает 97 Tc ( t 1/2 2,6 × 10 6 лет) с атомной массой 96,9064, тогда как продукт деления технеция составляет 99 Tc ( t 1/2 2,11 × 10 5 y), атомный вес 98,9063, а изотоп с наибольшим периодом полураспада 98 Tc ( t 1/2 4.2 × 10 6 у), атомная масса 97,9072.

    По крайней мере 19 элементов, которые обычно не считаются радиоактивными, действительно содержат нестабильные изотопы природного происхождения. Мельчайшие следы встречающихся в природе 3 H ( t 1/2 12,33 лет) и 14 C ( t 1/2 5730 лет) не влияют на атомный вес этих элементов. Конечно, они имеют решающее значение и в других областях обучения. Радиоактивность 40 К ( т 1/2 1.28 × 10 9 у) влияет на атомный вес своих дочерних элементов аргона (за счет электронного захвата) и кальция (за счет эмиссии β ), но, к счастью, не оказывает существенного влияния на атомный вес самого калия из-за низкого абсолютного содержания этого конкретного изотопа (0,0117%). Периоды полураспада радиоактивных изотопов 16 других «стабильных» элементов превышают 10 10 лет и поэтому обычно мало влияют на атомный вес этих элементов, даже если, как в случае 115 In ( т 1/2 4.41 × 10 14 лет, содержание 95,7%) и 187 Re ( t 1/2 4.35 × 10 10 лет, содержание 62,6%), они являются наиболее распространенными изотопами. Обратите внимание, однако, что в геологическом масштабе времени было возможно накопить значительные концентрации 187 Os в ренийсодержащих рудах (за счет β распада 187 Re), тем самым генерируя образцы осмия с аномальный атомный вес ближе к 187, чем к опубликованному значению 190.23 (3). Свинец был первым элементом, который, как известно, подвержен таким изотопным возмущениям, и, действительно, открытие и интерпретация значения изотопов ускорилось само по себе неохотным выводом Т.В. Ричардса на рубеже веков, что группа образцов свинца различных геологическое происхождение было идентичным химически, но различались атомным весом — теперь известно, что возможные вариации охватывают почти весь диапазон от 204 до 208. Таким элементам, для которых известны геологические образцы, в которых элемент имеет аномальный изотопный состав, дается сноска g в Таблице атомных масс.В дополнение к только что обсужденным Ar, Ca, Os и Pb, такая изменчивость влияет как минимум на 38 других элементов, включая Sr (в результате распада β 87 Rb), Ra, Th и U. который влияет практически на каждый элемент в центральной трети периодической таблицы, недавно обнаружился с открытием доисторических природных ядерных реакторов в Окло в Африке (см. стр. 1257). К счастью, этот рудник является источником только урановой руды и не повлияет на коммерчески доступные образцы других вовлеченных элементов.

    Таким образом, как следствие факторов, рассмотренных в этом и предыдущем разделе, атомные веса только 20 мононуклидных элементов можно рассматривать как «константы природы». Для всех других элементов изменение атомного веса потенциально возможно, и в некоторых случаях известно, что оно происходит до такой степени, что влияет на надежность количественных результатов даже умеренной точности.

    Изотопы и атомные массы

    1.6 Изотопы и атомные массы

    Цель обучения

    1. Чтобы знать значение изотопов и атомных масс.

    Ядерная модель атома Резерфорда помогла объяснить, почему атомы разных элементов демонстрируют разное химическое поведение. Идентичность элемента определяется его атомным номером ( Z ) Число протонов в ядре атома элемента. Число протонов в ядре атома элемента. Следовательно, атомный номер для каждого элемента разный. . Известные элементы расположены в порядке возрастания Z в периодической таблице Менделеева. Таблица химических элементов расположена в строках с возрастающим атомным номером, так что элементы в каждом столбце (группе) имеют схожие химические свойства.(Рисунок 1.24 «Периодическая таблица, показывающая элементы в порядке возрастания»; также см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов»), в которой каждому элементу присвоен уникальный одно-, двух- или трехбуквенный символ. . Названия элементов перечислены в периодической таблице вместе с их символами, атомными номерами и атомными массами. Химический состав каждого элемента определяется количеством протонов и электронов. В нейтральном атоме количество электронов равно количеству протонов.

    Рисунок 1.24 Периодическая таблица, показывающая элементы в порядке возрастания Z

    Как описано в Разделе 1.7 «Введение в Периодическую таблицу», металлы находятся в нижнем левом углу периодической таблицы, а неметаллы — в верхнем правом углу. Полуметаллы лежат вдоль диагональной линии, разделяющей металлы и неметаллы.

    В большинстве случаев символы для элементов являются производными непосредственно от названия каждого элемента, например, C для углерода, U для урана, Ca для кальция и Po для полония.Элементы также были названы из-за их свойств [например, радий (Ra) из-за его радиоактивности], в честь страны происхождения ученых, открывших их [полоний (Po) для Польши], для выдающихся ученых [кюрий (Cm) для Кюри], для богов и богинь [селен (Se) для греческой богини луны Селены] и по другим поэтическим или историческим причинам. Некоторые символы, используемые для элементов, которые были известны с древности, произошли от исторических названий, которые больше не используются; остались только символы, напоминающие нам об их происхождении.Примеры: Fe для железа, от латинского ferrum ; Na для натрия, от латинского natrium ; и W для вольфрама из немецкого wolfram . Примеры приведены в таблице 1.4 «Символы элементов, основанные на названиях, которые больше не используются». По мере проработки этого текста вы будете постоянно сталкиваться с названиями и символами элементов, и по мере того, как вы знакомитесь с персонажами пьесы или фильма, их имена и символы станут знакомыми.

    Таблица 1.4 символа элементов, основанные на названиях, которые больше не используются

    Элемент Символ Вывод Значение
    сурьма Сб стибий Латиница для «марки»
    медь Cu медь из Cyprium , латинское название острова Кипр, основного источника медной руды в Римской империи
    золото Au золотой Латиница для «золота»
    утюг Fe железо Латиница для «железа»
    свинец Пб отвес Латиница для «тяжелого»
    ртуть рт. Ст. гидраргирум Латиница для «жидкого серебра»
    калий К калий от арабского al-qili , «щелочь»
    серебро Ag серебристый Латиница для «серебра»
    натрий Na натрий Латинское слово для «натрия»
    банка Sn олово Латиница для «олова»
    вольфрам Вт вольфрам По-немецки «волчий камень», потому что он мешал плавлению олова и, как считалось, пожирал олово.

    Отзыв из Раздела 1.5 «Атом» в том, что ядра большинства атомов содержат нейтроны, а также протоны. В отличие от протонов, количество нейтронов для большинства элементов не является абсолютно фиксированным. Атомы с одинаковым числом протонов и, следовательно, с одинаковым атомным номером, но с разным числом нейтронов , называются изотопами. Атомы с одинаковым числом протонов, но с различным числом нейтронов. количество протонов и электронов, что означает, что они обладают одинаковым химическим составом.Изотопы элемента различаются только их атомной массой, которая определяется массовым числом ( A ). Число протонов и нейтронов в ядре атома элемента., Сумма чисел протонов и нейтронов. .

    Элемент углерод (C) имеет атомный номер 6, что означает, что все нейтральные атомы углерода содержат 6 протонов и 6 электронов. В типичном образце углеродсодержащего материала 98,89% атомов углерода также содержат 6 нейтронов, поэтому каждый имеет массовое число 12.Изотоп любого элемента может быть однозначно представлен как XZA, где X — атомный символ элемента. Таким образом, изотоп углерода с 6 нейтронами — это C612. Нижний индекс, указывающий атомный номер, на самом деле является избыточным, потому что атомный символ уже однозначно определяет Z . Следовательно, C612 чаще записывается как 12 C, что читается как «углерод-12». Тем не менее, значение Z обычно включается в обозначение для ядерных реакций , потому что эти реакции включают изменения в Z , как описано в главе 20 «Ядерная химия».

    В дополнение к 12 C, типичный образец углерода содержит 1,11% C613 ( 13 C) с 7 нейтронами и 6 протонами и следы C614 ( 14 C) с 8 нейтронами и 6 протонами. . Ядро 14 C, однако, нестабильно, но подвергается медленному радиоактивному распаду, который является основой метода датирования углерода-14, используемого в археологии (см. Главу 14 «Химическая кинетика»). Многие элементы, кроме углерода, имеют более одного стабильного изотопа; олово, например, имеет 10 изотопов.Свойства некоторых распространенных изотопов приведены в Таблице 1.5 «Свойства выбранных изотопов».

    Таблица 1.5 Свойства выбранных изотопов

    Элемент Символ Атомная масса (а.е.м.) Массовое число изотопа Изотопные массы (а.е.м.) Процент изобилия (%)
    водород H 1.0079 1 1,007825 99.9855
    2 2.014102 0,0115
    бор B 10,81 10 10.012937 19,91
    11 11.009305 80,09
    углерод С 12.011 12 12 (определено) 99,89
    13 13.003355 1,11
    кислород O 15.9994 16 15,994915 99.757
    17 16.999132 0,0378
    18 17.999161 0,205
    утюг Fe 55.845 54 53.939611 5,82
    56 55.934938 91,66
    57 56.935394 2,19
    58 57.933276 0.33
    уран U 238,03 234 234.040952 0,0054
    235 235.043930 0,7204
    238 238.050788 99.274

    Источники изотопных данных: G. Audi et al., Nuclear Physics A 729 (2003): 337–676; Дж. К. Котц и К. Ф. Перселл, Chemistry and Chemical Reactivity , 2-е изд., 1991.

    Пример 5

    Элемент с тремя стабильными изотопами состоит из 82 протонов. Отдельные изотопы содержат 124, 125 и 126 нейтронов. Определите элемент и напишите символы для изотопов.

    Дано: число протонов и нейтронов

    Запрошено: элемент и атомный символ

    Стратегия:

    A Обратитесь к таблице Менделеева (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов») и используйте количество протонов для идентификации элемента.

    B Вычислите массовое число каждого изотопа, сложив количество протонов и нейтронов.

    C Укажите символ каждого изотопа с массовым числом в качестве верхнего индекса и числом протонов в нижнем индексе, оба написанных слева от символа элемента.

    Решение:

    A Свинец с 82 протонами (атомный номер 82): Pb.

    B Для первого изотопа A = 82 протона + 124 нейтрона = 206. Аналогично, A = 82 + 125 = 207 и A = 82 + 126 = 208 для второго и третьего изотопов соответственно. . Обозначения для этих изотопов — P82206b, P82207b и P82208b, которые обычно обозначаются сокращенно: 206 Pb, 207 Pb и 208 Pb.

    Упражнение

    Обозначьте элемент с 35 протонами и напишите символы для его изотопов с 44 и 46 нейтронами.

    Ответ: B3579r и B3581r или, чаще, 79 Br и 81 Br.

    Хотя массы электрона, протона и нейтрона известны с высокой степенью точности (Таблица 1.3 «Свойства субатомных частиц *»), масса любого данного атома — это не просто сумма масс его электроны, протоны и нейтроны. Например, соотношение масс 1 H (водород) и 2 H (дейтерий) на самом деле равно 0.500384, а не 0,49979, как предсказывалось по количеству присутствующих нейтронов и протонов. Хотя разница в массе невелика, она чрезвычайно важна, поскольку является источником огромного количества энергии, выделяющейся в ядерных реакциях (глава 20 «Ядерная химия»).

    Поскольку атомы слишком малы для индивидуального измерения и не имеют заряда, нет удобного способа точно измерить абсолютных масс атомов. Ученые могут очень точно измерить относительных атомных масс , используя инструмент, называемый масс-спектрометром .Этот метод концептуально аналогичен тому, который Томсон использовал для определения отношения массы к заряду электрона. Во-первых, электроны удаляются или добавляются к атомам или молекулам, таким образом образуя заряженные частицы, называемые ионами. Заряженная частица, образующаяся, когда один или несколько электронов удаляются или добавляются к атому или молекуле. При приложении электрического поля ионы ускоряются. в отдельную камеру, где они отклоняются от своей начальной траектории магнитным полем, как электроны в эксперименте Томсона.Степень отклонения зависит от отношения массы к заряду иона. Измеряя относительное отклонение ионов с одинаковым зарядом, ученые могут определить их относительные массы (рис. 1.25 «Определение относительных масс атомов с помощью масс-спектрометра»). Таким образом, невозможно точно рассчитать абсолютные атомные массы, просто сложив вместе массы электронов, протонов и нейтронов, и абсолютных масс атомов невозможно измерить, но относительных масс можно измерить очень точно.На самом деле в химии довольно часто встречаются величины, величина которых может быть измерена только относительно некоторой другой величины, а не абсолютно. Позже в этом тексте мы встретим много других примеров. В таких случаях химики обычно определяют стандарт, произвольно присваивая числовое значение одной из величин, что позволяет им вычислять числовые значения для остальных.

    Рисунок 1.25. Определение относительных атомных масс с помощью масс-спектрометра

    Хлор состоит из двух изотопов, 35 Cl и 37 Cl, примерно в соотношении 3: 1.(а) Когда образец элементарного хлора вводится в масс-спектрометр, электрическая энергия используется для диссоциации молекул Cl 2 на атомы хлора и преобразования атомов хлора в ионы Cl + . Затем ионы ускоряются в магнитном поле. Степень отклонения ионов магнитным полем зависит от их относительного отношения массы к заряду. Обратите внимание, что более легкие ионы 35 Cl + отклоняются сильнее, чем более тяжелые ионы 37 Cl + .Измеряя относительные отклонения ионов, химики могут определить их отношение массы к заряду и, следовательно, их массы. (b) Каждый пик в масс-спектре соответствует иону с определенным отношением массы к заряду. Содержание двух изотопов можно определить по высоте пиков.

    Произвольным стандартом, установленным для описания атомной массы, является атомная единица массы (а.е.м.) Одна двенадцатая массы одного атома C12; 1 а.е.м. = 1,66 × 10-24 г., определяемая как одна двенадцатая массы одного атома 12 C.Поскольку массы всех других атомов рассчитываются относительно стандарта 12 C, 12 C — единственный атом, указанный в Таблице 1.5 «Свойства выбранных изотопов», точная атомная масса которого равна массовому числу. Эксперименты показали, что 1 а.е.м. = 1,66 × 10 −24 г.

    Масс-спектрометрические эксперименты дают значение 0,167842 для отношения массы 2 H к массе 12 C, поэтому абсолютная масса 2 H равна

    масса h3масса C12 × масса C12 = 0.167842 × 12 а.е.м. = 2,104104 а.е.м.

    Масса остальных элементов определяется аналогичным образом.

    Периодическая таблица (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов») перечисляет атомные массы всех элементов. Если вы сравните эти значения со значениями, приведенными для некоторых изотопов в Таблице 1.5 «Свойства выбранных изотопов», вы увидите, что атомные массы, указанные в периодической таблице, никогда в точности не соответствуют массам любого из изотопов. Поскольку большинство элементов существуют в виде смесей нескольких стабильных изотопов, атомная масса элемента определяется как средневзвешенное значение масс изотопов.Например, встречающийся в природе углерод в основном представляет собой смесь двух изотопов: 98,89% 12 C (масса = 12 а.е.м. по определению) и 1,11% 13 C (масса = 13,003355 а.е.м.). Процентное содержание 14 C настолько низкое, что его можно не учитывать в этом расчете. Тогда средняя атомная масса углерода рассчитывается как

    (0,9889 × 12 а.е.м.) + (0,0111 × 13,003355 а.е.м.) = 12,01 а.е.м.

    Углерод составляет преимущественно 12 C, поэтому его средняя атомная масса должна быть близка к 12 а.е.м., что согласуется с нашими расчетами.

    Значение 12.01 показано под символом C в периодической таблице (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов»), хотя без сокращения amu , которое обычно опускается. Таким образом, приведенная в таблице атомная масса углерода или любого другого элемента является средневзвешенной массой встречающихся в природе изотопов.

    Пример 6

    Встречающийся в природе бром состоит из двух изотопов, перечисленных в следующей таблице:

    Изотоп Точная масса (а.е.м.) Процент изобилия (%)
    79 Br 78.9183 50,69
    81 руб. 80.9163 49,31

    Вычислить атомную массу брома.

    Дано: точная масса и процентное содержание

    Запрошено: атомная масса

    Стратегия:

    A Преобразуйте процентное содержание в десятичную форму, чтобы получить массовую долю каждого изотопа.

    B Умножьте точную массу каждого изотопа на его соответствующую массовую долю (процентное содержание ÷ 100), чтобы получить его взвешенную массу.

    C Сложите взвешенные массы, чтобы получить атомную массу элемента.

    D Убедитесь, что ваш ответ имеет смысл.

    Решение:

    A Атомная масса — это средневзвешенная масса изотопов.В общем можно написать

    атомная масса элемента = [(масса изотопа 1 в а.е.м.) (массовая доля изотопа 1)] + [(масса изотопа 2) (массовая доля изотопа 2)] +…

    Бром состоит только из двух изотопов. Преобразование содержания в процентах в массовые доли дает

    B79r: 50,69100 = 0,5069 B81r: 49,31100 = 0,4931

    B Умножение точной массы каждого изотопа на соответствующую массовую долю дает взвешенную массу изотопа:

    79 Br: 79.9183 а.е.м. × 0,5069 = 40,00 а.е.м. 81 Br: 80,9163 а.е.м. × 0,4931 = 39,90 а.е.м.

    C Сумма взвешенных масс равна атомной массе брома

    40,00 а.е.м. + 39,90 а.е.м. = 79,90 а.е.м.

    D Это значение находится примерно посередине между массами двух изотопов, что является ожидаемым, поскольку процентное содержание каждого из них составляет примерно 50%.

    Упражнение

    Магний содержит три изотопа, перечисленных в следующей таблице:

    Изотоп Точная масса (а.е.м.) Процент изобилия (%)
    24 мг 23.98504 78,70
    25 мг 24.98584 10,13
    26 мг 25.98259 11,17

    Используйте эти данные для вычисления атомной массы магния.

    Ответ: 24,31 а.е.м.

    Резюме

    Каждый атом элемента содержит одинаковое количество протонов, которое составляет атомный номер ( Z ).У нейтральных атомов одинаковое количество электронов и протонов. Атомы элемента, содержащие разное количество нейтронов, называются изотопами . Каждый изотоп данного элемента имеет один и тот же атомный номер, но разное массовое число ( A ), которое является суммой количества протонов и нейтронов. Относительные массы атомов сообщаются с использованием атомной единицы массы ( а.е.м., ), которая определяется как одна двенадцатая массы одного атома углерода-12 с 6 протонами, 6 нейтронами и 6 электронами.Атомная масса элемента является средневзвешенной массой встречающихся в природе изотопов. Когда один или несколько электронов добавляются или удаляются из атома или молекулы, образуется заряженная частица, называемая ионом , заряд которой указывается надстрочным индексом после символа.

    Key Takeaway

    • Масса атома — это средневзвешенная величина, которая в значительной степени определяется количеством его протонов и нейтронов, тогда как количество протонов и электронов определяет его заряд.

    Концептуальные проблемы

    1. Заполните следующую таблицу, чтобы указать недостающие элементы, символы и количество электронов.

      Элемент Символ Количество электронов
      молибден
      19
      титан
      B
      53
      см
      гелий
      14
    2. Заполните следующую таблицу, чтобы указать недостающие элементы, символы и количество электронов.

      Элемент Символ Количество электронов
      лантан
      Ir
      алюминий
      80
      натрий
      Si
      9
      Be
    3. Масса иона такая же, как масса его родительского атома? Поясните свой ответ.

    4. Какой изотопный стандарт используется для определения массы атома?

    5. Дайте обозначение XZA этим элементам, которые существуют как один изотоп.

      1. бериллий
      2. рутений
      3. фосфор
      4. алюминий
      5. цезий
      6. празеодим
      7. кобальт
      8. иттрий
      9. мышьяк
    6. Дайте обозначение XZA этим элементам, которые существуют как один изотоп.

      1. фтор
      2. гелий
      3. тербий
      4. йод
      5. золото
      6. скандий
      7. натрия
      8. ниобий
      9. марганец
    7. Определите каждый элемент, представленный X, который имеет данные символы.

      1. X2655
      2. X3374
      3. X1224
      4. X53127
      5. X1840
      6. X63152

    Числовые задачи

      Убедитесь, что вы знакомы с темами, обсуждаемыми в разделе Основные навыки 1 (Раздел 1.9 «Основные навыки 1»), прежде чем переходить к числовым задачам.

    1. Изотопы 131 I и 60 Co широко используются в медицине. Определите количество нейтронов, протонов и электронов в нейтральном атоме каждого из них.

    2. Определите количество протонов, нейтронов и электронов в нейтральном атоме каждого изотопа:

      1. 97 Тс
      2. 113 В
      3. 63 Ni
      4. 55 Fe
    3. И технеций-97, и америций-240 производятся в ядерных реакторах.Определите количество протонов, нейтронов и электронов в нейтральных атомах каждого из них.

    4. Следующие изотопы важны для археологических исследований. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в нейтральном атоме каждого из них?

      1. 207 Пб
      2. 16 O
      3. 40 К
      4. 137 CS
      5. 40 Ар
    5. Медь, отличный проводник тепла, имеет два изотопа: 63 Cu и 65 Cu.Используйте следующую информацию для расчета средней атомной массы меди:

      Изотоп Процент изобилия (%) Атомная масса (а.е.м.)
      63 Cu 69.09 62.9298
      65 Cu 30,92 64.9278
    6. Кремний состоит из трех изотопов со следующими процентными содержаниями:

      Изотоп Процент изобилия (%) Атомная масса (а.е.м.)
      28 Si 92.18 27.976926
      29 Si 4,71 28.976495
      30 Si 3,12 29,973770

      Рассчитайте среднюю атомную массу кремния.

    7. Заполните следующую таблицу для неона. Средняя атомная масса неона составляет 20,1797 а.е.м.

      Изотоп Процент изобилия (%) Атомная масса (а.е.м.)
      20 Ne 90.92 19.99244
      21 Ne 0,257 20.99395
      22 Ne
    8. Являются ли изотопы X2863 и X2962 одним и тем же элементом? Поясните свой ответ.

    9. Заполните следующую таблицу:

      Изотоп Число протонов Количество нейтронов Количество электронов
      238 х 95
      238 U
      75 112
    10. Заполните следующую таблицу:

      Изотоп Число протонов Количество нейтронов Количество электронов
      57 Fe
      40 х 20
      36 ю.
    11. Используя масс-спектрометр, ученый определил процентное содержание изотопов серы, равное 95.27% для 32 S, 0,51% для 33 S и 4,22% для 34 S. Используйте атомную массу серы из периодической таблицы (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов») и следующие атомные массы для определения точности этих данных, если предположить, что это единственные изотопы серы: 31,972071 а.е.м. для 32 S, 32,971459 а.е.м. для 33 S и 33,967867 а.е.м. для 34 S.

    12. Содержание двух из трех изотопов кислорода в процентах составляет 99.76% для 16 O и 0,204% для 18 O. Используйте атомную массу кислорода, указанную в периодической таблице (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов»), и следующие данные для определения массы из 17 O: 15,994915 а.е.м. для 16 O и 17,999160 а.е.м. для 18 O.

    13. Какой элемент имеет более высокую массовую долю в NaI?

    14. Какой элемент имеет более высокую массовую долю в KBr?

    изотопов в науке об окружающей среде (У.S. Служба национальных парков)

    Рисунок 1. Два стабильных изотопа азота встречаются в природе. (Полное описание иллюстрации см. В фотогалерее вверху страницы.)

    NPS / NRSS Office of Education and Outreach

    ТАК ЧТО ТАКОЕ ИЗОТОП? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть основную атомную структуру. Химические элементы определяются числом протонов в ядре, называемым атомным номером . Например, у водорода один протон, поэтому его атомный номер также равен единице.У азота семь протонов, а у кислорода восемь, поэтому их атомные номера семь и восемь соответственно. Однако в ядре помимо протонов есть и нейтроны. Эти два типа частиц фактически имеют одинаковый размер и вес, а их сумма составляет массовое число атома . Число протонов и нейтронов часто — но не всегда — равно. Два атома с одинаковым атомным номером (т. Е. Принадлежат к одному элементу), но с разным массовым числом (т. Е., разное количество нейтронов) называются изотопами (рис. 1). Кислород (O), например, имеет три встречающихся в природе изотопа, которые можно записать как 8 / 16O, 8/17 O и 8 / 18O. В этом примере атомный номер (идентичность элемента) отображается в нижнем левом углу символа элемента, а массовое число (изотоп) отображается в верхнем левом углу.

    Есть два основных типа изотопов. Радиоизотопы нестабильны из-за дополнительных нейтронов и спонтанно выделяют излучение в форме частиц и энергии.Это высвобождение, которое статистически предсказуемо, может фактически изменить атомный номер атома, что приведет к образованию другого элемента. Стабильные изотопы , напротив, имеют ядро, которое стабильно бесконечно. Они не излучают радиацию, но сохраняются вместе с другими изотопами. Все три встречающихся в природе изотопа кислорода, например, стабильны, поэтому они не выделяют самопроизвольно радиацию и не распадаются на другие элементы.

    Различные изотопы одного и того же элемента принимают участие в химических реакциях, но с несколько разной скоростью.«Легкие» изотопы перемещаются легче, чем «тяжелые». Это дифференциальное движение называется фракционированием , и оно влияет на соотношение изотопов, присутствующих в любом данном образце воды, почвы, горных пород, тканей или воздуха. Ученые могут измерять соотношение изотопов в лаборатории. Обычно они представляют изотопные данные в виде значений «δ» (часто называемых значениями «del» для греческой буквы «дельта») в частях на мил (т. Е. На тысячу, ‰) относительно стандартного эталонного образца. Образцы можно охарактеризовать как «обедненные» или «обогащенные» данным изотопом (обычно более тяжелым, менее распространенным) по сравнению со стандартом.Например, белемнит Пи Ди ( Belemnitella americana ), или «PDB», является стандартным эталоном для изотопов углерода на основе кристаллов кальцита (карбонат кальция, CaCO 3 ), обнаруженных в окаменелостях этого вида, собранных в определенной местности. в Южной Каролине. Международным стандартом азота является атмосферный воздух, который очень хорошо перемешан по всему миру.

    Наука об изотопах — независимо от того, возникают ли они в природе или созданы искусственно в лаборатории — хорошо изучена и широко применяется в современном мире (USGS 2007).Радиоизотопы широко используются в качестве источников энергии в медицине и ядерной технике, а также в качестве «часов» (например, 14 C или углерод-14) для датирования природных образцов. Однако многие люди удивляются, узнав, сколькими способами ученые используют стабильные изотопы, особенно в естественных науках. Во-первых, ученые используют изотопные отношения, которые также называют «сигнатурами» или «отпечатками пальцев», чтобы характеризовать, классифицировать и ограничивать отдельные источники атомов в разных образцах. Во-вторых, ученые могут измерить фракционирование в контролируемых условиях, чтобы сделать выводы о том, как на образцы влияют определенные процессы, такие как испарение или фотосинтез.В-третьих, они могут узнать о сложных изменениях в пространстве и времени, тщательно составив карту стабильных изотопов или отслеживая искусственные меченые изотопами «индикаторы» в таких системах, как цветочные горшки, водоразделы, окаменелости, кольца деревьев и слои донных отложений.

    В настоящем исследовании частицы азотной кислоты, образовавшиеся в результате сжигания ископаемого топлива, содержат изотопы азота и кислорода, которые отличаются от природных источников. Температуры горения и атмосферные реакции создают отчетливые изотопные сигнатуры, которые можно измерить относительно фоновых значений, чтобы определить их происхождение.В данном случае авторы статьи взяли пробы изотопов азота и кислорода в отложениях азотной кислоты в национальном парке Джошуа-Три и сравнили модели, чтобы интерпретировать две отдельные области, где изотопы кислорода немного тяжелее естественных «фоновых» значений. Этот результат интерпретируется как отражение двух искусственных источников сжигания ископаемого топлива.

    Номер ссылки

    USGS (Геологическая служба США). 2007. Ресурсы по изотопам. Проект изотопных индикаторов USGS, Менло-Парк, Калифорния, США.По состоянию на 8 февраля 2016 г. по адресу https://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/isopubs.

    — Дэвид С. Шелли


    Загрузить: PDF-документ
    Эта статья опубликована

    Онлайн: 6 мая 2016 г .; В печати: 25 марта 2016 г.

    URL

    https://www.nps.gov/ParkScience/articles/parkscience32_2_67_shelley_3839.htm

    Предлагаемая ссылка

    Шелли, Д. С. 2016. Изотопы в науке об окружающей среде. Park Science 32 (2): 67.

    Эта страница обновлена ​​

    5 мая 2016

    Навигация по сайту

    • Вернуться к началу

    • Вернуться к тому 32, номер 2

    • Вернуться на домашнюю страницу Park Science

    Nuclear Physics

    Исходное ядро ​​называется родительским ядром , а ядро, оставшееся после распада, называется дочерним ядром .Процесс превращения одного элемента в другой под действием радиоактивности называется трансмутацией .

    Если ядро ​​испускает альфа-частицу, оно теряет два протона и два нейтрона; следовательно, дочернее ядро ​​имеет атомную массу на 4 меньше, а атомный номер на 2 меньше, чем у родительского ядра. Пример альфа-распада урана: 92 238 U → 90 234 Th + 2 2 He.

    Если ядро ​​испускает бета-частицу, оно теряет электрон.Поскольку масса электрона настолько мала по сравнению с массой протона и нейтрона, атомная масса родительского ядра такая же, как и у дочернего ядра. Атомный номер дочернего ядра на единицу больше, чем у родительского ядра. Пример бета-распада висмута: 83 212 Bi → 84 212 P 0 + 0 e .

    Часто дочернее ядро ​​остается в возбужденном состоянии после альфа- или бета-распада.Тогда ядро ​​может отдавать избыточную энергию испусканием гамма-излучения. В следующем примере показана типичная ситуация, когда происходит гамма-распад: 5 12 B → 6 12 C * + −1 0 e ; затем 6 12 C * → 6 12 C + γ, где звездочки указывают на возбужденное ядро.

    Правила радиоактивного распада основаны на законах сохранения. Изучение предыдущих примеров показывает, что число нуклонов и электрический заряд сохраняются; то есть сумма на одной стороне уравнения равна сумме на другой стороне уравнения.Другие законы сохранения, которые необходимо соблюдать, — это законы энергии, импульса и момента количества движения.

    Период полураспада

    Скорость распада ( R ) или активность образца радиоактивного материала определяется как количество распадов в секунду, задаваемое формулой R = — λ N , где N — это число распадов в секунду. число радиоактивных ядер в некоторый момент, а λ — константа распада .

    Период полураспада ( T ) определяется как время, необходимое для распада половины заданного числа радиоактивных ядер.Он отличается для каждого типа радиоактивного элемента:

    Общая кривая распада радиоактивного образца, связывающая количество ядер, присутствующих в данный момент, с исходным количеством ядер, является экспоненциальной. Выражение: 0 1 n + 92 235 U → 56 241 Ba + 36 92 Kr + 3 0 1 n . Полная масса покоя продуктов меньше исходной массы покоя исходного урана на 220 МэВ.Это огромное количество энергии по сравнению с высвобождением энергии в химических процессах и с учетом того, что относительно скромный кусок урана имеет очень много ядер. Ядерный синтез происходит, когда легкие ядра объединяются в более тяжелое ядро. Солнце питается от ядерного синтеза.

    Энергия связи связана со стабильностью. Когда массовая энергия родительского ядра больше, чем полная массовая энергия продуктов распада, произойдет спонтанный распад.Если продукты распада имеют большую общую массовую энергию, чем исходное ядро, для протекания реакции необходима дополнительная энергия. Энергия высвобождается при объединении легких ядер (слияние) и при расщеплении тяжелых ядер (деление).

    Современная атомная теория — будьте готовы! Все, что нужно знать для 1 курса химии

    Расшифровка стенограммы

    У нейтрального атома такое же количество протонов, как и электронов.

    Единые атомные единицы массы (u):
    масса атома углерода, содержащего шесть протонов и шесть нейтронов. Используя это измерение, масса протона и нейтрона приблизительно равна. Массы всех элементов определены в единых атомных единицах массы.

    масса атома углерода.

    Z = количество протонов = атомный номер
    A = количество протонов + количество нейтронов = массовое число
    Элемент
    Химический символ (X)
    Атомный номер (Z)
    Массовое число (A)
    Один или несколько атомов одного типа. Одно или двухбуквенное сокращение, присвоенное каждому элементу. Число протонов в ядре атома. Тип атома / элемента определяется количеством протонов. Сумма количества нейтронов и протонов в ядре атома.
    Число протонов определяет тип атома или элемента!
    Изотопы — это атомы одного типа, которые имеют одинаковое количество протонов и различное количество нейтронов.
    Мы знаем:
    Изотопы:

    Количество протонов определяет тип атома или элемента.

    Нейтроны и протоны составляют ядро ​​атома и имеют примерно одинаковую массу.

    Количество протонов определяет тип атома или элемента.

    Изотопы элементов различаются по массовому числу (А).

    Изотопы Пример:
    Атомы элемента, у которых другое количество нейтронов.
    Обозначение изотопов
    Включение атомного номера является избыточным при представлении изотопов. Обычно используются следующие обозначения: X-A.

    Например: Si-28, Si-29, Si-30
    Мы знаем:
    Атомная масса:

    Изотопы — это атомы одного типа, у которых разное количество нейтронов.

    Масса атома определяется массой протонов и нейтронов, потому что по сравнению с ними массой электрона можно пренебречь.

    Средневзвешенное значение масс изотопов, основанное на естественном содержании каждого изотопа.

    Естественное содержание — это относительное количество каждого изотопа, обнаруженного в естественном образце любого элемента. Естественное изобилие относительно постоянное и уникальное для каждого элемента.

    Атомная масса элемента, как показано в периодической таблице, представляет собой средневзвешенное значение изотопных масс этого элемента.

    Пример атомной массы:
    Этот образец меди (Cu) будет содержать примерно 30,83% Cu-65 и 69,17% Cu-63

    Расчет атомной массы:
    Атомная масса элемента может быть рассчитана по следующей формуле:

    Проще говоря, эта формула говорит нам, что атомную массу можно вычислить по формуле:

    1) Умножение каждой изотопной массы элемента на его относительное содержание.

    2) Сложение полученных масс изотопов.

    Расчет атомной массы включен в раздел примеров!

    Измерение, подобное паре, дюжине или баллу. Пара — это 2 предмета, дюжина — это 12 предметов, а оценка — 20 предметов.

    объекта = число Авогадро

    Определение родинки:

    Моль определяется с помощью изотопа C-12.

    Один моль = количество атомов ровно в 12 г C-12.

    12 г C-12 = 1 моль C-12 атомов = ровно C-12 атомов

    Масса одного моля атомов C-12 составляет 12 г

    1 моль углерода (C) =

    атомов
    Молярная масса:

    Использование C-12 в качестве стандарта для моля дает соотношение между массой, числом атомов и унифицированными атомными единицами массы.

    Крот можно использовать для подсчета атомов в зависимости от их массы.

    Молярная масса элемента — это масса одного моля каждого элемента.

    Молярная масса элемента:

    Молярная масса элемента — это масса одного моля каждого элемента.

    Молярная масса — масса x атомов каждого элемента.

    Молярная масса численно эквивалентна массе элемента в единых атомных единицах массы.
    Молярная масса численно эквивалентна атомной массе

    .
    Металлы, неметаллы и металлоиды

    Периодические тенденции

    Металлы:
    Неметаллы:
    Металлоиды:

    В целом хорошие проводники тепла и электричества

    Имеет тенденцию терять электроны в химической реакции

    Обычно плохие проводники тепла и электричества

    Склонны к получению электронов в химической реакции

    Обладают свойствами как металлов, так и неметаллов.

    Элементы основной группы и переходные металлы

    Периодические тенденции

    Основная группа:
    Переходные металлы:
    Лантаноиды и актиноиды:

    Элементы с предсказуемыми свойствами

    Элементы с непредсказуемыми свойствами.

    Элементы, расположенные отдельно для более компактной таблицы Менделеева.По своим свойствам они аналогичны элементам лантану и актинию.

    Группы и периоды периодической таблицы

    Периодические тенденции

    Каждый столбец в периодической таблице называется группой и пронумерован 1-18

    Каждая строка в периодической таблице называется строкой и пронумерована 1-7

    Элементы в группе имеют похожие свойства.

    Например: благородные газы в группе 18 относительно инертны.

    Общие ионы основной группы:
    Мы знаем:
    Ионы:
    Ионы и группы:

    Количество протонов определяет тип атома или элемента.

    Нейтроны и протоны составляют ядро ​​атома и имеют примерно одинаковую массу.

    Один или несколько атомов, которые получили или потеряли электрон (ы).

    Ионы — заряженные частицы.

    Периодическая таблица Менделеева может помочь предсказать, какие ионы будут образовываться.

    Неметаллы основной группы обычно получают электроны.

    Металлы основной группы обычно теряют электроны.

    Ионы — это заряженные частицы, которые получили или потеряли электрон (ы).
    Катион (+):
    Анион (-):
    Ионное обозначение:

    Один или несколько атомов, потерявших электрон (ы).

    Основная группа МЕТАЛЛОВ будет ПОТЕРЯТЬ электроны с образованием КАТИОНА с тем же числом электронов, что и ближайший благородный газ.

    Один или несколько атомов, получивших электрон (ы).

    Основная группа НЕМЕТАЛЛОВ будет НАБИРАТЬ электроны, чтобы сформировать АНИОН с тем же числом электронов, что и ближайший благородный газ.

    Ионы представлены как химический символ иона с зарядом иона, отмеченным верхним индексом справа.

    Литий-ионный =
    Ионно-кислородный =


    Примеры

    Следующие примеры помогут вам решить проблему.

    Пример задачи 1

    Рассчитайте среднюю атомную массу кремния, используя информацию в таблице.

    Изотоп Процент естественного изобилия (%) Масса (ед.)
    Si-28 92,2 27,9769
    Si-29 4,7 28,9764
    Si-30 3,1 29.9738
    Пример задачи 2
    Эти золотые серьги имеют массу 1,00 г. Посчитайте количество молей золота в серьгах, сколько атомов золота содержат серьги? Предположим, что серьги из чистого золота.

    Набор задач
    Ниже представлены два документа. Один — практические задачи, второй — те же проблемы с решениями.

    Их можно загрузить и изменить в соответствии с вашими потребностями.

    Викторина

    Расшифровка стенограммы

    Модель атома Бора
    Квантовая механическая модель атома
    Шредингер — квантово-механические модели
    Положение электрона описывается как траектория. Положение электрона, описанное как распределение вероятностей. Квантовая механическая модель атома. Положение электрона описывается как распределение вероятностей.
    Орбитальный:
    Вероятное положение электрона в атоме, описываемое картой распределения вероятностей.
    Квантовые числа = «Адрес» электрона
    Главное квантовое число (n)
    Квантовое число углового момента (л)
    Магнитное квантовое число

    Размер орбиты и уровень энергии электрона.

    Целое число 1,2,3,4… ..

    n увеличивается с энергией электрона и расстоянием от ядра.

    Каждый уровень называется оболочкой.

    Форма орбиты.

    0,1,2,3,…, п-1

    Каждое значение l является подоболочкой

    Каждому числовому значению l присваивается буква s, p, d, f, g….

    Ориентация орбиты в трехмерном пространстве.

    Значение = целые числа от –l… l.

    Имеется 2 (l) +1 значений для каждого значения l.

    Орбитальные формы = Число углового момента (l)
    Значения (l) углового момента
    Номер Письмо
    0 с
    1 п.
    2 г
    3 f
    4 г

    Буквенные значения продолжаются в соответствии с алфавитом после f, за исключением J.

    s, p, d, f, g, h, i, k,… .. Трезвые физики не находят жирафов, прячущихся на кухнях


    с Орбитальный:

    Одно допустимое значение для = один тип орбиты s для каждого значения n.


    p Орбитали:

    Три разрешенных значения для = трех типов p-орбиталей для n значений, больших и равных двум.


    d Орбитали:

    Пять допустимых значений для = пяти типов d-орбиталей для n, большего и равного трем.


    Спин присущ всем электронам, он квантован только с двумя ориентациями; вращать вверх или вниз.

    Значение = ИЛИ

    Никакие два электрона в атоме не могут иметь одинаковые четыре квантовых числа, однако любые три квантовых числа могут быть одинаковыми.

    Это означает: одна орбиталь может содержать два электрона с противоположной ориентацией спина!

    В одноэлектронной системе подоболочки вырождены; это означает, что s, p, d, f, .., все имеют одинаковый уровень энергии в каждой оболочке.Однако в многоэлектронном атоме подоболочки имеют разные уровни энергии.

    Одноэлектронный атом

    Многоэлектронный атом

    Принцип Aufbau:

    Это означает, что мы хотим знать о системе, в которой орбитали с более низкой энергией заполняются раньше орбиталей с более высокой энергией. Эта идея называется принципом Ауфбау, и общий порядок, в котором электроны заполняют орбитали в атоме для достижения конфигурации основного состояния, следующий: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p

    Электроны будут по отдельности занимать вырожденные орбитали, пока они не заполнятся наполовину, прежде чем объединиться с другими электронами.Электроны на половине полных орбиталей будут иметь одинаковый спин.

    Обозначение, которое представляет орбитали, занятые электронами в атоме.

    Запишите значение n, а затем количество электронов, разрешенных на каждой орбитали, до тех пор, пока все электроны в атоме не будут отнесены к орбитали.

    Пример углерода: 6 электронов =

    Основные электроны
    Валентные электроны
    Кратковременная электронная конфигурация
    Электроны в заполненной внутренней оболочке. Электроны во внешней оболочке (максимальное значение n).
    Пример: Углерод
    6 электронов =
    Электронная конфигурация, использующая благородный газ для представления заполненных оболочек и записывающая только валентные электроны.

    Диаграмма, которая представляет заполненные орбитали в атоме, обозначая электрон в виде стрелки.

    Каждая подоболочка представлена ​​линией или кружком, электроны представлены стрелками, указывающими вверх или вниз в зависимости от спина электрона.

    Пример углерода: 6 электронов =

    Примеры

    Следующее видео поможет вам понять конфигурацию электронов и орбитальные схемы

    Расшифровка стенограммы

    Набор задач

    Ниже представлены два документа. Один — практические задачи, второй — те же проблемы с решениями.

    Их можно загрузить и изменить в соответствии с вашими потребностями.

    Викторина

    .