Как определить массу изотопа…

Запись символов изотопов элементов. Расчет количественного соотношения изотопов

Как определить массу изотопа...

Задача 206. 
Символ одного из изотопов элемента   . Указать: а) название элемента; б) число протонов и нейтронов в ядре; в) число электронов в электронной оболочке атома.

Решение:Заряд ядра атома искомого элемента 24 численно совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе химических элементов. Элемент №24 – хром (Cr).

 

Число нейтронов в ядре данного элемента равно 28:

N = A — Z = 28, где

N — число нейтронов в ядре, A — массовое число элемента (округленная масса атома), Z — заряд ядра.

Число электронов равно заряду ядра; в данном случае число электронов равно 24.

Ответ: Cr

Задача 207. Ядро атома некоторого элемента содержит 16 нейтронов, а электронная оболочка этого атома — 15 электронов. Назвать элемент, изотопом которого является данный атом. Привести запись его символа с указанием заряда ядра и массового числа.

Решение:

Количество электронов в атоме численно равно заряду атома. В данном случае заряд ядра атома равен +15. Заряд ядра атома искомого элемента 15 численно совпадает с номером элемента в периодической системе химических элементов. Элемент №15 – фосфор — символ – Р.

Массовое число данного изотопа фосфора равно:

A = N + Z = 16 + 15 + 31                                 

Символ изотопа фосфора будет иметь вид:  

Ответ:  .

Задача 208. 
Массовое число атома некоторого элемента равно 181, в электронной оболочке атома содержится 73 электрона. Указать число протонов и нейтронов в ядре атома и название элемента.     

Решение:
Количество электронов в атоме равно количеству протонов. В данном случае число протонов равно 73. Число нейтронов в данном ядре равно 108:

N = A — Z = 181 — 73 = 108, где

N — число нейтронов, A — массовое число атома, Z — заряд ядра.

Заряд ядра атома искомого элемента 73 численно совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе химических элементов. Элемент №73 –тантал, символ – +73Ta.

Ответ: +73Та.

Задача 209. 
В природных соединениях хлор находится в виде изотопов 35Cl [75,5% (масс.)] и 37Cl [24,5% (масс.)]. Вычислить среднюю атомную массу природного хлора.
Решение:
Рассчитаем содержание 35Cl в природном хлоре, т.е. долю его в атомной массе из пропорции:

Теперь рассчитаем массу 37Cl, содержащуюся в природном хлоре из пропорции:

Вычисляем среднюю массу природного хлора, состоящего из двух изотопов

214,5 + 9,065 = 35,49.

Ответ: 35,49.

Задача. 210. 
Природный магний состоит из изотопов: 24Mg, 25Mg, 26Mg.  Вычислить среднюю атомную массу природного магния, если содержание отдельных изотопов в атомных процентах соответственно равно 78,6, 10,1 и 11,3.
Решение:
Вычислим атомную массу изотопов, содержащихся в природном магнии

 а) (24 . 78,6)/100 = 18,864;
б) (25 . 10,1)/100 = 2,525;
                  в) (26 . 11,3)/100 = 2,938.                   

Находим среднюю массу атома магния:

                     18,864 + 2,525 + 2,938 = 24, 327.

Ответ: Ar(Mg) = 24,327.

Задача 211. 
Природный галлий состоит из изотопов 71Ga, 69Ga. В каком количественном соотношении находятся между собой числа атомов этих изотопов, если средняя атомная масса галлия равна 69,72.

Решение:Для решения задач применим алгебраический метод расчёта:

Обозначим процентное содержание изотопа 69Ga через  x. Тогда процентное содержание изотопа 71Ga будет равно 100 –  x. масса изотопа 69Ga в атоме будет составлять 69 . (x/100).

Масса изотопа 71Ga будет составлять  71 . (x/100).

В сумме масса обоих изотопов будет равняться атомной массе галлия:

Освобождаемся от знаменателя и получим уравнение:

69x — 71x + 7100 = 69,72                         

Решаем его и, получаем:

-2x = -128x; x = 64                           

Значит, процент изотопа 69Ga составляет 64%, а процент изотопа 71Ga – 36% (100 – 64 = 100). 

Теперь находим, в каком количественном соотношении находятся эти изотопы в природном галлии:

Ответ: 1,8 : 1.

Задача 212. 
Найти массу изотопа  81Sr(T1/2 = 8,5ч), оставшуюся через 25,5 ч хранения, если первоначальная масса его составляла 200 мг.
Решение:
За время хранения радиоактивного изотопа прошло 3 периода полураспада (25,5/8,5 = 32). Массу нераспавшегося изотопа, оставшаяся после 25,5ч хранения, рассчитаем из уравнения: 

 mi = 2-n – m0, где

mi — масса изотопа, оставшаяся после хранения, m0 — исходная масса изотопа, n — период полураспада.

Тогда

Ответ: 25мг.

Задача 213. 
Вычислить процент атомов изотопа  128I(T1/2 = 25ч), оставшихся не распавшимися после его хранения в течение 2,5 ч.
Решение:
За время хранения радиоактивного изотопа прошло 6 периодов полураспада [(2,5 . 60)/25 = 6)]. Тогда процент атомов изотопа, оставшихся после распада, находим из формулы:

N% = 2-n . N0 . 100%, где

N% — процент атомов изотопа, N0 — первоначальное число ядер изотопа, n — число периодов полураспада.

Отсюда

Ответ: 1,56%.

Задача 214. 
Период полураспада — радиоактивного изотопа 24Na равен 14,8 ч. Написать уравнение реакции распада и вычислить, сколько граммов дочернего продукта образуется из 24г 24Na  за 29,6 ч.
Решение:
  — распаду предшествует процесс , протекающий в ядре; таким образом,

  при испускании электрона заряд ядра увеличивается на единицу, а массовое число не изменяется. Дочернее ядро – изобар исходного —  принадлежит элементу, стоящему следующим после исходного в таблице периодической системы химических элементов:

Уравнение радиоактивного распада должны удовлетворять правилу равенства сумм индексов. 
Запишем уравнение реакции распада:

За время хранения 24Na прошло 2 периода полураспада (29,6/14,2 = 2). Массу не распавшегося изотопа, оставшуюся после 14,8ч хранения находим по формуле:

mi = 2-n – m0, где

mi — масса изотопа, оставшаяся после хранения, m0 — исходная масса изотопа, n — период полураспада.

Тогда

Таким образом, радиоактивному распаду подверглось 18г 24Na и столько же образовалось 24Mg (24 – 6 = 18).

Ответ: 18г.

Источник: http://buzani.ru/zadachi/khimiya-glinka/1101-izotopy-elementov-zadachi-206-214

Относительная атомная масса

Как определить массу изотопа...

Важной характеристикой отдельно взятого атома является его масса. Масса атома складывается из масс входящих в его состав протонов, нейтронов и электронов с учётом дефекта массы. Массой электронов в расчётах можно пренебрегать, так как она несоизмеримо мала по сравнению с массами покоя протона и нейтрона. Поэтому, вполне можно пользоваться понятием масса нуклида.

Напомним, что нуклид — это ядро атома с конкретным числом протонов и нейтронов.

Дефект массы– потеря ядром атома части массы при его синтезе из отдельных протонов и нейтронов.Δm – изменение массы (кг); ΔЕ – изменение энергии (Дж); с – скорость света в вакууме (3∙108 м/с).

Данная формула свидетельствует, что при ядерном синтезе ядро теряет часть массы с выделяющейся энергией. Поэтому масса ядра атома всегда меньше суммы масс покоя входящих в состав ядра протонов и нейтронов.

Разность между суммой масс покоя нуклонов (протонов и нейтронов), входящих в состав ядра и массой ядра и есть дефект массы.

Масса нуклида выраженная в килограммах называетсяабсолютной массой нуклида.

Во многих учебниках можно встретить информацию о том, что в расчётах величиной абсолютной массы, якобы, пользоваться не удобно, поэтому вводят величину относительной атомный массы. Но это заблуждение. Причина использования относительной атомной массы совершенно другая. Корни её кроются в истории.

Абсолютная масса очень маленькая величина. Для химиков и физиков 16-17 веков экспериментально её измерить было невозможно. Но даже в то время было важно проводить химические расчёты.

Первым учёным, решившим эту проблему, был Джон Дальтон, он предложил ввести величину относительной атомной массы (Аr). Относительной она называется потому, что вычисляется по отношению к массе произвольно выбранного эталона. Дальтон выбрал за эталон массу самого лёгкого атома — атома водорода и, принял её равной 1.

Относительные атомные массы известных на то время элементов рассчитывались Дальтоном на основе открытым им закона кратных отношений.

В настоящее время за эталон выбрана 1/12 часть абсолютной массы нуклида 12С. Этот эталон принято называть атомной единицей массы, сокращённо а.е.м.

Относительная масса нуклида– безразмерная величина, равная отношению абсолютной массы нуклида к 1/12 части массы нуклида 12C (атомной единице массы — а.е.м.).

Химический элемент представляет из себя смесь изотопов с определенной массовой долей каждого, поэтому можно вычислить усреднённую массу атома данного химического элемента, такая величина называется средней абсолютной массой атома элемента.

Средняя абсолютная масса атома элемента– масса атома элемента, выраженная в кг., вычисленная с учётом его изотопного состава.

Понятие относительной массы нуклида, не следует путать с понятием относительной атомной массы химического элемента. Не забываем, что элемент — это смесь изотопов. Поэтому относительная атомная масса элемента — величина средняя.

Относительная атомная масса элемента– безразмерная величина, равная отношению средней абсолютной массы атома элемента к 1/12 части массы нуклида 12С.

С учётом того, что отношение абсолютной массы нуклида к атомной единице массы есть ни что иное как относительная масса нуклида, выражение можно привести в виду:

Приведенную формулу мы будем использоваться для решения расчетных задач.

Задания по теме «Относительная атомная масса»

  • Природный магний состоит из изотопов 24Mg, 25Mg и 26Mg. Вычислить среднюю атомную массу природного магния, если содержание отдельных изотопов в процентах по массе соответственно равно 78,6; 10,1 и 11,3.
  • Природный галлий состоит из изотопов 71Ga и 69Ga. В каком количественном соотношении находятся между собой числа атомов этих изотопов, если средняя атомная масса галлия равна 69,72.
  • Определите относительную атомную массу бора, если известно, что молярная доля изотопа 10В составляет 19,6%, а изотопа 11B — 80,4%.
  • Медь имеет два изотопа: 63Cu и 65Cu. Молярные доли их в природной меди составляют 73 и 27% соответственно. Определите среднюю относительную атомную массу меди.
  • Определите относительную атомную массу элемента кремния, если он состоит из трёх изотопов: 28Si (молярная доля 92,3%), 29Si (4,7%) и 30Si (3,0%).
  • Природный хлор содержит два изотопа 35Cl и 37Сl. Относительная атомная масса хлора равна 35,45. Определите молярную долю каждого изотопа хлора.
  • Относительная атомная масса неона равна 20,2. Неон состоит из двух изотопов: 20Ne и 22Ne. Рассчитайте молярную долю каждого изотопа в природном неоне.
  • Природный бром содержит два изотопа. Молярная доля изотопа 79Br равна 55%. Какой ещё изотоп входит в состав элемента брома, если его относительная атомная масса равна 79,9.
  • Природный таллий представляет собой смесь изотопов 203Tl и 205Tl. На основании относительной атомной массы природного таллия Ar(Tl) = 204,38 определите изотопный состав таллия в % по массе.
  • Природный иридий представляет собой смесь изотопов 191Ir и 193Ir. На основании относительной атомной массы природного иридия Ar(Ir) = 192,22 определите изотопный состав иридия в % по массе.
  • Природный рений представляет собой смесь изотопов 185Re и 187Re. На основании относительной атомной массы природного рения Ar(Re) = 186,21 определите изотопный состав рения в % по массе.
  • Природный галлий представляет собой смесь изотопов 69Ga и 71Ga. На основании относительной атомной массы природного галлия Ar(Ga) = 69,72 определите изотопный состав галлия в % по массе.
  • Природный хлор состоит из двух стабильных изотопов 35Cl и 37Cl. Исходя из средней относительной атомной массы хлора, равной 35,45, рассчитайте изотопный состав хлора в процентах по массе.
  • Природное серебро состоит из двух стабильных изотопов 107Ag и 109Ag. Исходя из средней относительной атомной массы серебра, равной 107,87, рассчитайте изотопный состав серебра в процентах по массе.
  • Природная медь состоит из двух стабильных изотопов 63Cu и 65Cu. Исходя из средней относительной атомной массы меди, равной 63,55, рассчитайте изотопный состав меди в процентах по массе.
  • Природный бром состоит из двух стабильных изотопов 79Br и 81Br. Исходя из средней относительной атомной массы брома, равной 79,90, рассчитайте изотопный состав брома в процентах по массе.
  • Природный кремний состоит из 3,1% (по молям) изотопа 30Si (с атомной массой 29,9738), а также изотопов 29Si (с атомной массой 28,9765) и 28Si (с атомной массой 27,9770). Рассчитайте содержание в % (по молям) 29Si и 28Si.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5d72342f394b2a00afea90b6/5d72391380879d00ac1c2190

ПОИСК

Как определить массу изотопа...
    Каждый изотоп элемента характеризуется порядковым номером (суммарным числом протонов), массовым числом (суммарным числом протонов и нейтронов) и атомной массой (массой атома, выраженной в атомных единицах массы).

Поскольку дефект массы при образовании атома очень мал, массовое число обычно совпадает с атомной массой изотопа, округленной до ближайшего целого числа. (Например, атомная масса хлора-37 равна 36,966, что после округления дает 37.

) Если в природе встречается несколько изотопов одного элемента, то, разумеется, экспериментально наблюдаемая атомная масса (естественная атомная масса) должна быть равна средневзвешенному значению атомных масс отдельных изотопов.

Это средневзвешенное значение определяется соответственно относительному содержанию изотопов в природе. Хлор существует в природе в виде смеси из 75,53% хлора-35 (атомная масса 34,97 а.е.м.) и 24,47% хлора-37 (36,97 а.е.м.), поэтому средневзвешенное значение масс этих изотопов равно [c.

19]
    Сколько различных видов молекул содержится в четыреххлористом кремнии SI I4 и каковы их молекулярные массы (Учесть явление изотопии. Атомные массы изотопов кремния 28 и 30, изотопов хлора 35 и 37.) [c.45]

    Относительные атомные массы изотопов по кислородной (физической) шкале [c.522]

    Относительная атомная масса — частное от деления абсолютной атомной массы элемента на /12 абсолютной атомной массы изотопа углерода ЧС (так называемую углеродную единицу — у. е.). [c.4]

    Вычислите ожидаемую атомную массу изотопа хлора, содержащего 20 нейтронов. Сравните ее с действительной атомной массой этого изотопа, приведенной в табл. 1-2. [c.19]

    Бор имеет два естественных изотопа В и В. Известно, что 80,22% его атомов представляют собой изотоп «В с атомной массой 11.009 а.е.м. Пользуясь значением естественной атомной массы, приведенным в таблице, вычислите атомную массу изотопа «В. [c.20]

    Относительные атомные массы изотопов по углеродной шкале [c.522]

    Метод изотопного разбавления (с масс-спектрометром) позволяет — в отличие от других — определять все элементы, идентификация которых однозначна, учитывая неповторимость атомных масс изотопов и их распространенностей. Кроме того, это почти единственный абсолютный метод, т. е. не требующий стандарта. [c.147]

    ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ АТОМНЫЕ МАССЫ ИЗОТОПОВ [c.522]

    Относительная молекулярная масса — частное от деления массы молекулы соединения на /12 абсолютной атомной массы изотопа углерода 1С. Относительная молекулярная масса химического соединения равна сумме относительных атомных масс всех атомов, составляющих молекулу соединения. [c.4]

    Частное от деления абсолютной атомной массы элемента на одну двенадцатую часть абсолютной атомной массы изотопа углерода С. Показывает, во сколько раз масса данного элемента больше одной двенадцатой части атомной массы изотопа углерода С. [c.105]

    Определим атомную массу изотопов. Атомная масса определяется суммарной массой нейтронов и протонов, содержащихся в ядре атома. Следовательно, атомная масса первого изотопа равна 20 у. ед. (10 + Ю), а второго — 22 у. ед. (20 + 2), так как массы протона и нейтрона приблизительно равны 1 у. ед. [c.188]

    Атомные массы, указанные в таблице на внутренней стороне обложки этой книги, представляют собой во всех случаях средневзвешенные значения атомных масс изотопов, встречающихся в природе, и именно этими значениями мы будем пользоваться в дальнейшем, за исключением тех случаев, когда будет конкретно обсуждаться какой-нибудь отдельный изотоп. Все [c.19]

    Какова ожидаемая атомная масса изотопа ниобий-93 Сколько протонов. нейтронов и электронов содержится в каждом его атоме представляет собой единственный естественный изотоп ниобия. Совпадает ли вычисленное вами значение его атомной массы со значением, указанным на внутренней стороне обложки книги Чем объяснить расхождение между этими значениями  [c.57]

    Атомные массы, как и массовые числа,, должны иметь целочисленные значения. В 1910 г. Ф. Содди (1877 —1956) было установлено, что при естественной радиоактивности могут образоваться атомы одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядер, но различные атомные массы.

Поэтому в процессе постепенного уточнения таблицы периодической системы элементов Д. И. Менделеева приходилось в одни и те же клетки помещать уже несколько видов атомов одного и того же элемента, имеющих различные массы.

Такие атомы-близнецы, имеющие один и тот же заряд ядра, но различные атомные массы, называются изотопами. Отсюда и понятно, что, говоря об атомной массе, подразумевают среднее значение всех атомных масс изотопов данного элемента.

Поэтому в таблицах атомных масс они не выражаются целыми числами. Из этого следует, [c.36]

    Важной характеристикой изотопа служит атомная масса изотопа, которая представляет собой массу атома, выраженную в атомных единицах. [c.21]

    В химических реакциях сохраняется число атомов каждого элемента, более того, каждого изотопа, присутствующего в данной системе. Поэтому число атомов того или иного элемента представляет собой важною характеристику системы, в которой происходит тот или иной химический процесс.

Однако реально химики имеют дело с системами, содержащими очень большое число атомов. Более удобной является величина, пропорциональная числу атомов, а именно число молей.

Для элемента представленного одним изотопом, 1 моль есть такое количество элемента, масса которого в граммах численно равна атомной массе изотопа. [c.21]

    Протон обладает массой 1,0073 у. е. и зарядом (за единицу электронного заряда принимается заряд электрона). Масса нейтрона равна 1,0087 у. е., заряд —0. Обозначение изотопа включает в себя массовое число, т. е. атомную массу (равную сумме протонов и нейтронов) и порядковый номер (равный числу протонов в ядре). Атомная масса изотопа обычно записы- [c.63]

    МАССОВОЕ ЧИСЛО равно числу нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре. Это целое число, ближайшее число к атомной массе изотопа данного химического элемента. Обозначается М или А и ставится слева вверху у символа элемента (например, U означает изотоп урана с М. ч. 238). [c.155]

    Атомные массы элементов — это среднее из атомных масс изотопов, поэтому они и не выражаются целыми числами. [c.41]

    Следует отметить, однако, что когда атомные массы изотопов одного и того же элемента расходятся относительно сильно (например, изотопы водорода 1, 2 и 3 или гелия 3 и 4), их свойства заметно отличаются, [c.7]

    Колебания природного изотопного состава у большинства элементов незначительны (менее 0,003 %), поэтому каждый элемент имеет практически постоянную атомную массу.

Близость к целым числам атомных масс элементов, представленных в природе одним изотопом, объясняется тем, что вся масса атома заключена в его ядре, а массы составляющих ядро протонов и нейтре-нов близки единице.

В то же время значения атомных масс изотопов (кроме С, масса которого принята равной 12,00000) никогда. точно не равны целым числам.

Это объясняется рядом причин небольшим отличием относительных масс протона и нейтрона от единицы (соответственно 1,00727663 и 1,0086654), дефектом массы при образовании изотопа из нуклонов и электронов, незначительным вкладом в общую массу атома массы электронов . Масса электрона примерно в 1840 раз меньше массы нуклона. [c.12]

    По определению атомной единицы массы атомная масса изотопа углерода С равна 12 в то же время сумма масс протонов и нейтронов, входящих в состав ядра этого атома, и электронов составляет [c.34]

    Атомы состоят из атомного ядра и электронной оболочки. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов с массовыми числами, равными 1. Массовое число ядра равно сумме протонов и нейтронов. Нейтроны электронейтральны, поэтому заряд ядра определяется только числом протонов.

Так как химические свойства элемента зависят только от заряда атомного ядра, то могут существовать атомы с одинаковыми химическими свойствами, но различными массами ядер — изотопы. Существующие в природе элементы являются смесями изотопов, а атомная масса элемента выражает среднюю атомную массу изотопов.

Если один из изотопов наиболее распространен, то атомная масса примерно равна массе этого изотопа. [c.213]

    Как связаны атомные массы элементов, указанные в таблице на внутренней стороне обложки с атомными массами изотопов соответ-ствуюших элементов  [c.55]

    Г1, = 18 лет). Отсутствие стабильных изотопов прометия, как н в случае технеция, обусловлено квантово-механическими правилами отбора.

Интервал атомных масс изотопов нечетного элемента прометия перекрывается слева наиболее тяжелыми устойчивыми изотопами четного неодима ( N(1, N(1), а справа — наиболее легкими изотопами самария ( «5т, Зт).

Сравнительная устойчивость изотопов 1 Рт и объясняется тем, что они расположены на границе между Р — и р+-активными изотопами .  [c.432]

    Таким образом, при изучении ядер атомов мы не можем пользоваться понятием средней атомной массы элемента, которая представляет собой среднюю взвешенную величину из атомных масс изотопов данного элемента, и характеризуем каждое ядро двумя величинами 1 — заряд ядра или порядковый номер элемента, М — массовое число или атомная масса изотопа. [c.62]

    Рассчитайте мольную долю (%) каждого изотопа в природных элементах Ga, In и Tl, если относительные атомные массы изотопов Ga, Оа, ii3in, iisjn, 2° Т1, ° Т1 равны соответственно 68,9257 70,9249 112,9041 114,9039 202,9723 204,9744. [c.251]

    Точнее говоря, единица атомной массы основана на атомной массе изотопа углерода С. Изотопы будут обсуждаться в части II настоящего учебника.) [c.133]

    Различия в массах, а следовательно, и величины изотопного эффекта зависят от атомной массы изотопа, состав которого варьируется. Действительно, массы молекул Иг и нЕ отличаются» от массы Нг соответственно на 100 и 200% у молекул Вг и ВгЕ это различие будет составлять уже 2,5%, а массы изотопов урана 235 и 238 различаются всего на 1,3%. [c.26]

    ИЗОТ0ПНЫЕ ЭФФЕКТЫ, различия в св-вах изотопов данного элемента или в св-вах соед., содержащих разл. изотопы одного элемента (т. наз. изотопнозамещенных соед.). Чаще всего обусловлены различиями масс ядер изотопов (И. э. I рода), но м. б. вызваны также различиями и др. ядерных св-в (И. э. II рода). И. э.

1 рода выражены тем сильнее, чем больше относит, разность масс соответствующих изотопов. Поэтому такие И. э. наиб, выражены у легких элементов (Н, Не, Li, Ве, В, С). Если относит, различия атомных масс изотопов или мол. масс М, и двух изотопнозамещенных соед. малы [(М, — М УМ, < 0,01 — -0,03], И.э. 1 рода пренебрежимо малы.

[c.197]

    Что происходит с порядковым Еюмером и атомной массой изотопа, испускающего альфа-частицу  [c.438]

Источник: https://www.chem21.info/info/958976/

Урок 2. Изотопы элементов – HIMI4KA

Как определить массу изотопа...
Архив уроков › Основные законы химии

В уроке 2 «Изотопы элементов» из курса «Химия для чайников» рассмотрим что такое изотопы элементов и как правильно их обозначают; кроме того мы научимся определять массовое число, дефект массы и энергию связи ядра. Данный урок полностью опирается на основы химии, изложенные в первом уроке, в котором мы рассмотрели строение атома и атомного ядра, поэтому настоятельно вам рекомендую его изучить от корки до корки.

Что такое изотоп?

Хотя все атомы одного элемента имеют одинаковое число протонов, эти атомы могут отличаться числом имеющихся у них нейтронов. Такие различные атомы одного и того же элемента называются изотопами.

Количество протонов, а также количество электронов у изотопа и исходного элемента совпадает.

 По этой причине в природе существует гораздо больше химических элементов, чем указано в таблице Менделеева, которая систематизирует элементы по числу протонов (порядковый номер).

Например, все атомы Li имеют 3 протона, но в природе существуют изотопы, содержащие от 3 до 5 нейтронов. Для обозначения изотопа, слева от символа элемента подписывают нижним индексом его порядковый номер, а верхним — массовое число.

Массовое число — это суммарное число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре, численно близкое к атомной массе элемента. Нижний индекс, обозначающий порядковый номер элемента, указывать не обязательно, так как все атомы лития имеют в своем ядре по 3 протона.

Также, обсуждая эти изотопы, можно пользоваться записью «литий-6» и «литий-8».

На рисунке выше изображен состав четырех изотопов гелия (Не). Все атомы гелия содержат два протона (и, следовательно, два электрона), но число нейтронов у них может быть разным. В природе большинство атомов гелия имеет два нейтрона (гелий-4) и реже одного раза на миллион встречаются атомы гелия с одним нейтроном (гелий-3).

Другие изотопы гелия — гелий-5 , гелий-6 и гелий-8 (не показанный на рисунке) — неустойчивы и обнаруживаются лишь на очень непродолжительное время в ядерных реакциях (подробнее об этом будем говорить еще не скоро). Размеры ядер на рисунке очень сильно увеличены.

Если бы они были такими, как это показано на рисунке, диаметр атома должен был достигать примерно 0,5 км.

Пример 1. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в атоме урана-238? Запишите символ этого изотопа.

Решение: Порядковый номер урана (см. таблицу Менделеева) равен 92, а массовое число изотопа равно 238 (по условию). Следовательно, он содержит 92 протона, 92 электрона и 238 — 92 = 146 нейтронов. Его символ 238U.

Дефект массы и энергия связи ядра

Затронув тему изотопов, нельзя пройти мимо феномена дефект массы ядра. Когда из отдельных нуклонов образуется атомное ядро, часть их массы превращается в энергию.

Другими словами, вот взяли вы щепотку протонов и нейтронов, хорошенько их смяли вместе, и получили ядро, но его масса будет меньше массы исходных компонентов. Это и есть дефект масс.

Формула для расчета дефекта массы ядра:

где Mя – масса ядра, Z – число протонов в ядре, N – число нейтронов в ядре, mp – масса протона, mn – масса нейтрона.

Если к атому подвести энергию (которая эквивалентна дефекту масс), то можно разделить его ядро обратно на нуклоны. Эта энергия носит название энергия связи ядра. Формула для расчета энергии связи ядра:

где с — скорость света, ∆m — дефект массы ядра

Проверьте себя, как вы усвоили понятия дефект массы и энергия связи ядра, самостоятельно решив задачу пользуясь формулами выше.

Пример 2. Если образовать атом углерода-12 из субатомных частиц, какое значение будет иметь дефект масс? 

Показать

Ответ: 0,0990 а.е.м.

[свернуть]

Теперь нам известно, что каждый изотоп элемента характеризуется порядковым номером (суммарным числом протонов), массовым числом (суммарным числом протонов и нейтронов) и атомной массой (массой атома, выраженной в атомных единицах массы).

Поскольку дефект массы при образовании атома очень мал, массовое число обычно совпадает с атомной массой изотопа, округленной до ближайшего целого числа. (Например, атомная масса хлора-37 равна 36,966, что после округления дает 37.

) Если в природе встречается несколько изотопов одного элемента, то экспериментально наблюдаемая атомная масса (естественная атомная масса) равна средневзвешенному значению атомных масс отдельных изотопов. Это средневзвешенное значение определяется соответственно относительному содержанию изотопов в природе.

Хлор существует в природе в виде смеси из 75,53% хлора-35 (атомная масса 34,97 а.е.м.) и 24,47% хлора-37 (36,97 а.е.м.), поэтому средневзвешенное значение масс этих изотопов равно

  • (0,7553·34,97 а.е.м.) + (0,2447·36,97 а.е.м.) = 35,46 а.е.м.

Атомные массы, указанные в таблице Менделеева представляют собой во всех случаях средневзвешенные значения атомных масс изотопов, встречающихся в природе, и именно этими значениями мы будем пользоваться в дальнейшем, за исключением тех случаев, когда будет обсуждаться какой-нибудь конкретный изотоп. Все изотопы одного элемента в химическом отношении ведут себя практически одинаково. На рисунке ниже изображены состав и свойства некоторые атомов, ионов и изотопов элементов.

Пример 3. Магний (Mg) в основном состоит из трех естественных изотопов: 78,70% всех атомов магния имеют атомную массу 23,985 а.е.м., 10,13% — 24,986 а.е.м. и 11,17% — 25,983 а.е.м. Сколько протонов и нейтронов содержится в каждом из этих трех изотопов? Чему равно средневзвешенное значение их атомных масс?

Решение: Все изотопы магния содержат по 12 протонов. Изотоп с атомной массой 23,985 а.е.м. имеет массовое число 24 (суммарное число протонов и нейтронов), следовательно, он имеет 24 — 12 = 12 нейтронов. Символ этого изотопа 24Mg.

Аналогично находим, что изотоп с атомным весом 24,986 а.е.м. имеет массовое число 25, содержит 13 нейтронов и имеет символ 25Mg. Третий изотоп (25,983 а.е.м.) имеет массовое число 26, содержит 14 нейтронов и имеет символ 26Mg.

Средняя атомная масса магния находится следующим образом:

  • (0,7870·23,985 а.е.м.) + (0,1013·24,986 а.е.м.) + (0,1117·25,983 а.е.м.) = 24,31 а.е.м.

Надеюсь урок 2 «Изотопы элементов» помог вам понять что из себя представляют изотопы. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник: https://himi4ka.ru/arhiv-urokov/urok-2-izotopy-jelementov.html

Biz-books
Добавить комментарий