§ 4. Хімічний елемент. Нукліди. Ізотопи. Відносна атомна маса

Якщо ми збільшимо або зменшимо число протонів у ядрі, то одержимо ядро іншого елемента, з іншим порядковим номером.

Виявляється, що, змінюючи кількість протонів у ядрі, ми можемо одержати нові хімічні елементи з певним числом протонів, а отже, і зарядом ядра.

Якщо забрати з ядра атома Карбону один протон, одержимо ядро атома. (Бору), а якщо додамо один протон, то одержимо ядро атома. (Нітрогену).

• Хімічний елемент — це різновид атомів з однаковим позитивним зарядом ядра (або інакше — з однаковою кількістю протонів у ядрі).

Чи можна практично добути нові елементи, додаючи або забираючи протони з ядер? Так, у природі цей процес відбувається весь час. Тому сумарна маса якихось елементів на Землі зменшується, а якихось — збільшується. Реакції, під час яких можливі такі зміни, називають ядерними реакціями. Вчені також проводять такі реакції. Для цього потрібне спеціальне обладнання. До речі, елементи, які було відкрито останнім часом, одержували штучно шляхом ядерних реакцій. Такі реакції ви будете вивчати в курсі фізики.

Щоб указати масове число конкретного атома елемента й заряд його ядра, використовують такий запис:

Виходить, що такий запис повністю характеризує ядро атома.

• Нуклід — це різновид атомів, у яких до складу ядра входить чітко визначене число протонів і нейтронів.

Назва нукліда включає його масове число. Наприклад, Кальцій-40: 40 ₂₀Ca, Кальцій-42: 42 ₂₀Ca.

Запишіть символами нукліди: Карбон-12, Стронцій-88. Визначте в них число протонів і нейтронів.

Відповідь. 12 ₆C, протонів — 6, нейтронів — 12 – 6 = 6; 88 ₃₈Sr, протонів — 38, нейтронів — 88 – 38 = 50.

Якщо ви правильно записали символами й цифрами нуклід, то порахувати число нейтронів дуже легко: просто відніміть від верхнього числа (нуклонного) нижнє (протонне). Вони вже написані у стовпчик! Для 42 ₂₀Ca це буде так: 42 – 20 = 22.

Зміна числа нейтронів у атомі не впливає на заряд ядра, тому атоми з різною кількістю нейтронів можуть належати до одного й того самого хімічного елемента. Однак при цьому атоми матимуть різну масу.

• Різновиди атомів одного й того самого елемента (тобто з однаковим числом протонів — зарядом ядра) з різним масовим числом (тобто з різним числом нейтронів) називають ізотопами.

Можна дати й таке визначення:

• Ізотопи — атоми одного й того самого елемента, які мають різні нуклонні числа (але заряд ядра атома однаковий).

Майже всі елементи, які поширені на земній кулі, представлені декількома ізотопами. Зазвичай ізотопи мають однакові назви (це ж один і той самий елемент!) із зазначенням масового числа. Наприклад, Хлор-35 або Хлор-37. Їх записують символами, із зазначенням нуклонного числа й числа протонів, наприклад: 35 ₁₇Cl, 37 ₁₇Cl.

Може трапитися таке позначення нукліда або ізотопу: 39 K. Тут немає протонного числа, тільки нуклонне. Але ми завжди можемо визначити протонне число за номером елемента в Періодичній системі та, в разі необхідності, дописати його.

— Я зрозуміла: 34 ₁₆S — це нуклід і 32 ₁₆S — теж нуклід. Але це ще й ізотопи, тому що це нукліди одного й того самого елемента, а от 34 ₁₆S і 17 ₈O — теж нукліди, але не ізотопи, бо це різні елементи!

Традиційно ізотопи Гідрогену можуть бути записані різними символами. Вони представлені в схемі.

У природі ізотопів одного й того самого елемента різна кількість. Наприклад, Гідроген трапляється у вигляді двох ізотопів — Протію й Дейтерію (Тритій отримано штучно). Визначено, що вміст його ізотопів у природі є таким (у % від загального числа атомів):

Оксиген у природі існує у вигляді трьох ізотопів:

Під час утворення хімічних речовин — простих і складних — різні ізотопи входять до їхнього складу випадковим чином.

Уявіть, що перед вами атоми 1 ₁H, 2 ₁H і 16 ₈O. Які молекули води можуть утворитися із двома різними ізотопами Гідрогену?

Формула води — H₂O. Значить, у молекулу можуть входити два будь-яких ізотопи атомів Гідрогену. Які з них конкретно будуть входити в молекулу — визначає випадковість. Розглянемо можливі варіанти молекул води, прийнявши, що в цьому випадку Оксиген буде представлений тільки 16 ₈O:

Усього три варіанти. У природі варіантів молекул води більше, тому що вони включають і різні ізотопи Оксигену.

Запишіть символами ізотопи Магнію: Магній-24, Магній-25, Магній-26.

Напишіть усі можливі варіанти молекул природної води. Природні ізотопи Гідрогену й Оксигену наведено в параграфі.

ВІДНОСНА АТОМНА МАСА

Із курсу 7 класу ви знаєте, що є таке поняття — відносна атомна маса. Це маса одного атома якого-небудь елемента, виражена в атомних одиницях маси (а.о.м).

А.о.м. — це 1/12 маси атома Карбону 12 C.

Як бути з ізотопами під час розрахунку відносної атомної маси? Адже треба врахувати, що в природному стані кожний хімічний елемент містить різні ізотопи. На сьогодні визначено масові частки ізотопів усіх елементів на планеті Земля. Цим займається наука геохімія. Тому внесемо уточнення у визначення.

• Відносна атомна маса хімічного елемента (A_r) — величина, що дорівнює відношенню середнього значення мас усіх його природних ізотопів, з урахуванням їх поширеності, до 1/12 маси атома Карбону 12 C.

Ми пам’ятаємо, що A_r зазначена в Періодичній системі Д. І. Менделєєва. Як правило, це дробова величина. Щоб її обчислити, треба масу кожного ізотопу певного елемента помножити на його вміст на Землі (у %), потім добутки скласти й розділити на 100 %.

Обчислити середню відносну атомну масу природного літію (Li), якщо вміст у земній корі його ізотопів у відсотках: 6 Li — 7,42 %, 7 Li — 92,58 %.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

• 1. Число яких частинок є головною характеристикою атома елемента?
• 2. Що таке хімічний елемент?
• 3. Дайте визначення нукліду.
• 4. Що таке ізотопи? Яких частинок у ізотопах однакова кількість? Число яких частинок у ізотопах відрізняється?
• 5. «В атомах протонне число однакове, а нуклонне число відрізняється» — прочитав учень у підручнику хімії. Про що йдеться? Відповідь обґрунтуйте.
• 6. Як обчислюють середню відносну атомну масу елемента з урахуванням ізотопного складу?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. З ядра атома Плюмбуму видалили три протони. Ядро атома якого елемента утворилося?

2. Скільки протонів потрібно додати в ядро атома Родію, щоб добути ядро Технецію?

3. Запишіть символами й цифрами нукліди: Цезій-135, Стронцій-90, Йод-127, Сульфур-32.

4. Укажіть правильну відповідь у таких завданнях:

• а) вид атомів різних хімічних елементів, які мають різні нуклонні числа й заряд ядра атома;
• б) вид атомів одного й того самого хімічного елемента, які мають різні нуклонні числа, але однаковий заряд ядра атома;
• в) вид атомів одного й того самого елемента, які мають однакові нуклонні числа, але різні заряди ядер атомів;
• г) вид атомів різних елементів, які мають однакові нуклонні числа, але різні заряди ядер атомів.

Яке із цих чисел дорівнює кількості протонів у атомі 52 Cr?

Яке із цих чисел дорівнює кількості нейтронів у атомі 52 Cr?

Яке із цих чисел дорівнює масовому числу 52 Cr?

• Чим відрізняються за своїм складом ядра ізотопів 39 K і 40 K?

• а) Порядковим номером;
• б) кількістю електронів;
• в) кількістю протонів;
• г) кількістю нейтронів.

• Обчисліть відсотковий уміст ізотопів 35 Cl і 37 Cl, якщо відносна атомна маса Хлору становить 35,48:

• Кількість протонів, нейтронів і електронів у нукліді 39 K дорівнює:

5. Скільки варіантів молекул CO₂ можна отримати з таких нуклідів: Карбон-12, Оксиген-16, Оксиген-17?

6. Природний Магній складається з ізотопів: 24 Mg, 25 Mg, 26 Mg. Обчисліть середню відносну атомну масу природного Магнію, якщо вміст цих ізотопів (в атомних %) становить 78,6; 10,1; 11,3 відповідно.

7. Бор має два ізотопи, атомна маса яких 10 і 11. Відносна атомна маса Бору становить 10,82. Обчисліть відносний уміст кожного з ізотопів у природному Борі (в атомних відсотках).

Підказка. Прийміть уміст (у відсотках) одного ізотопу за х, тоді вміст другого — (100 – х).

Як визначити число протонів

Атом кожного хімічного елемента – це своя власна неповторна система, з певним, властивим тільки йому кількістю дрібних часток – нейтронів, електронів і протонів. У центрі атома знаходиться ядро, позитивно заряджене за рахунок протонів. Там же розташовуються і нейтральні частинки – нейтрони. Навколо обертаються електрони, що несуть негативні заряди.

Інструкція

Таблиця Д.І. Менделєєва розділена на періоди і групи. В результаті кожен елемент має своє певне місце «проживання», під конкретним номером, що зазначено в кожній клітині таблиці. Крім цього там же дано точне значення відносної атомної маси, яке при розрахунках необхідно округляти до цілого числа. Виняток становить тільки атом хлору, який має дробове значення, а саме Ar (Сl) = 35,5.

Існує кілька правил, згідно з якими можна дати характеристику атому. Кількість протонів (р) визначається за порядковим номером елемента. Їх число збігається з кількістю електронів (e), тобто, скільки в атомі частинок з позитивним зарядом, стільки ж має бути і з негативним. У характеристику атомів входить ще і визначення числа нейтронів (n). Щоб знайти їх кількість, потрібно з відносною атомною маси елемента відняти порядковий номер.

Приклад № 1. Визначте число часток (протонів. Нейтронів, електронів) в хімічному елементі № 5Елемент № 5 – це бор (B). Якщо його номер дорівнює 5, отже, протонів теж буде 5. Так як чіслопротонов і електронів збігається, значить і електронів теж 5. Знайдіть число нейтронів. Для цього відніміть з відносно атомної маси (Ar (B) = 11) порядковий номер № 5Общая запис: р = + 5e = – 5n = 11 – 5 = 6

Приклад № 2. Визначте число часток (протонів. Нейтронів, електронів) в хімічному елементі № 56Елемент № 56 – це барій (Bа). Якщо його номер дорівнює 56, отже, протонів теж буде 56. Так як чіслопротонов і електронів збігається, значить і електронів теж 56. Знайдіть число нейтронів. Для цього відніміть з відносно атомної маси (Ar (Bа) = 137) порядковий номер № 56Общая запис: р = + 56e = – 56n = 137 – 56 = 71

Щоб знайти кількість протонів в атомі, визначте його місце в таблиці Менделєєва. Знайдіть його порядковий номер у періодичній таблиці. Він буде дорівнює кількості протонів в атомному ядрі. Якщо досліджується ізотоп, подивіться на пару чисел, що описують його властивості, нижнє число буде дорівнює кількості протонів. У тому випадку, якщо відомий заряд атомного ядра, можна дізнатися кількість протонів, поділивши його значення на заряд одного протона.

Вам знадобиться

• Для того щоб знайти кількість протонів, дізнайтеся значення заряду протона або електрона, візьміть таблицю ізотопів, періодичну таблицю Менделєєва.

Інструкція

Визначення кількості протонів відомого атома.В тому випадку, коли відомо, який атом досліджується, знайдіть його розташування в періодичній таблиці. Визначте його номер в цій таблиці, знайшовши осередок відповідного елемента. В даному осередку знайдіть порядковий номер елемента, який відповідає досліджуваному атому. Цей порядковий номер і буде відповідати кількості протонів в атомному ядрі.

Як знайти протони в ізотопе.Многіе атоми мають ізотопи, що відрізняються масами ядер. Саме тому тільки маси ядра недостатньо для однозначного визначення атомного ядра. При описі ізотопу перед записом його хімічного позначення завжди записується пара чисел. Верхнє число показує масу атома в атомних одиницях маси, а нижня позначає заряд ядра. Кожна одиниця заряду ядра в такому записі відповідає одному протону. Таким чином, кількість протонів дорівнює нижньому числа в запису даного ізотопу.

Як знайти протони, знаючи заряд ядра.Часто властивості атома характеризується зарядом його ядра. Для того щоб визначити кількість протонів в ньому, необхідно перевести його в кулони (якщо він поданий в кратних одиницях). Потім поділіть заряд ядра на модуль заряду електрона. Це пов’язано з тим, що оскільки атом електрично нейтральний, то кількість протонів в ньому дорівнює кількості електронів. Причому заряди їх рівні по модулю і протилежні за знаком (протон має позитивний заряд, електрон – негативний). Тому заряд ядра атома поділіть на число 1,6022 • 10 ^ (- 19) кулон. В результаті вийде кількість протонів. Оскільки методи вимірювання заряду атома недостатньо точні, в тому випадку, якщо при розподілі вийшло дробове число, округлите його до цілого.

Періодична система хімічних елементів Д.І. Менделєєва є дозволеним довідковим матеріалом на всіх видах контролю.

Related News

Схожі статті