Главная
страница 1
Атомные веса природных элементов. Изотопный состав элементов. Дефект массы.

В природе элементы за редким исключением существуют в виде смесей из нескольких изотопов. Это ведет к тому, что атомный вес природного элемента несколько отличается от атомного веса любого из его чистых изотопов. Легче всего это понять из таблицы 1, где приведены атомные веса природных элементов и их изотопный состав.

Таблица 1. Символы, названия, атомные веса и природный изотопный состав некоторых химических элементов.

Элемент и его символ с массовым числом и зарядом ядра

Латинское название

(как читается)



Атомный вес природного элемента

Атомный вес изотопов

Содержание изотопов в природном элементе, %

Водород

11H

21H (D)

Hydrogenium

(гидрогениум)



1,0079

......

1,0078


2,0140

......

99,984


0,0156

Углерод

126C

136C

Carboneum

(карбониум)



12,011

......

12,00000


13,00335

......

98,892


1,108

Азот

147N

157N

Nitrogenium

(нитрогениум)



14,0067

......

14,00307


15,00011

......

99,635


0,365

Кислород

168O

178O

188O

Oxygenium

(оксигениум)



15,9994

......

15,99491


16,9991

17,9992


......

99,759


0,037

0,204


Натрий

2311Na

Natrium

(натриум)



22,9898

......

22,9898


......

100


Хлор

3517Cl

3717Cl

Chlorum

(хлорум)


35,453

......

34,96885


36,9658

......

75,53


24,47

Названия элементов на латинском и русском языке и латинские символы этих элементов приведены для того, чтобы мы постепенно начинали знакомиться со всеми элементами. Из таблицы видно, что средний измеренный атомный вес найденного в природе элемента зависит от того, сколько в нем содержится разных изотопов.

Итак, в первой колонке таблицы 1 приведено русское название элемента. Ниже - латинский символ элемента, связанный обычно с его латинским названием. Слева вверху от символа элемента указываются массовое число (сумма протонов и нейтронов в ядре), а слева внизу - заряд ядра атома (количество протонов). Например:



Как видно из таблицы 1, атомные веса элементов, найденных в природе в виде единственного изотопа (например, натрия), в точности равны атомному весу этого изотопа. Иначе обстоит дело с элементами, которые существуют на Земле в виде нескольких изотопов (например, хлор, кислород): их атомный вес зависит от того, какой изотоп этого элемента наиболее распространен и сколько в нем "примесей" других изотопов этого элемента.



Атомный вес элемента равен среднему значению из атомных весов всех его природных изотопов с учетом их распространенности.

** Например, элемент хлор в природе находится в виде двух изотопов: хлор-35 и хлор-37. Их содержание составляет 75,53% и 24,47% (см. табл. 2-2). Если общее содержание двух изотопов хлора в сумме принять за единицу, то одного из них - примерно 0,75 и другого - примерно 0,25 (в долях единицы). Тогда атомный вес природной смеси двух изотопов хлора округленно равен:

34,97 0,75 + 36,96 0,25 = 35,5 а.е.м.

Можно решать и обратную задачу. Допустим, точно известно, что природный хлор состоит из двух изотопов 35Cl и 37Cl. Найденный в эксперименте атомный вес природного хлора составил 35,5 а.е.м. Сколько каждого изотопа содержится в природном хлоре? Если принять сумму изотопов за единицу, а содержание, например, 35Cl за x, то содержание изотопа 37Cl составит (1 - x). Тогда: 35x + 37(1 - x) = 35,5. Решив это простое уравнение, получим содержание изотопа 35Cl равным 0,75 или 75%.

Есть еще один важный фактор, влияющий (хотя и в меньшей степени) на атомный вес элемента - дефект массы. Внимательный читатель мог заметить некоторые "странности" в табл. 1. Например, атомный вес единственного изотопа натрия 2311Na немного меньше, чем 23 а.е.м. Но нам уже известно, что массы протона и нейтрона чуть больше 1 а.е.м. Почему же атом натрия, содержаший в своем ядре 11 протонов и 12 нейтронов имеет массу меньше 23 (22,9898 а.е.м.)? То же явление хорошо заметно для изотопов кислорода и хлора (см. табл. 2-2). Дело в том, что связывание между собой одноименно заряженных протонов в ядрах атомов требует больших затрат энергии. Нейтроны тоже участвуют в этом связывании, выполняя роль своеобразного ядерного "клея". При этом часть массы протонов и нейтронов переходит в энергию связывания нуклонов в ядре. Такая потеря массы протонов и нейтронов, возникающая в результате их связывания, называется дефектом массы.

Дефект массы - уменьшение массы атома по сравнению с суммарной массой всех отдельно взятых составляющих его элементарных частиц, обусловленное энергией их связи в атоме.

Если "разобрать" ядро атома на отдельные протоны и нейтроны (например, с помощью ядерной реакции), то их масса вновь примет именно те значения, которые нам уже известны: 1,00728 а.е.м. для протона и 1,00867 а.е.м. для нейтрона.

Дефект массы является следствием универсального соотношения E = Mc2, вытекающего из теории относительности А. Эйнштейна, где E - полная энергия системы, c = 3.1010 см/сек - скорость света в пустоте, M - масса системы (в нашем случае - атома). Тогда M = Е/c2, где M - дефект массы, а E - энергия связи нуклонов в ядре, т.е. энергия, которую необходимо затратить для разделения ядра атома на отдельные протоны и нейтроны. Таким образом, чем больше дефект массы, тем больше энергия связывания нуклонов в ядре и тем устойчивее ядро атома элемента. С увеличением числа протонов в ядре (и массового числа) дефект массы сначала возрастает от нуля (для 1H) до максимума (у 64Ni), а затем постепенно убывает для более тяжелых элементов.

Нет никакой необходимости запоминать изотопный состав, заряд ядра, массовые числа и атомные веса разных элементов. Эти значения всегда можно найти в справочниках. Важно понимать физический смысл этих величин.

Иначе обстоит дело с названиями и символами элементов. Это один из немногих разделов химии, который требует простого запоминания. В таблице 2 приведены названия и символы некоторых наиболее известных и распространенных химических элементов. Интересно, что во многих случаях русские и латинские названия элементов расходятся довольно сильно - и это естественно, потому что в России химическая наука (и связанное с ней производство) развивались самостоятельно и необходимые термины вводились в язык по мере того, как в них возникала потребность.

На первый взгляд кажется, что запомнить названия и символы элементов чрезвычайно трудно. К счастью, необходимо знать не все, а только важнейшие элементы. Например, только те, которые представлены в таблице 2. Кроме того, в конце этой главы мы расскажем о том, как можно довольно легко и весело помочь себе в этом нелегком деле.

Таблица 2. Названия и символы некоторых элементов.

Русское

название


Латинское

название


Символ

Русское

название


Латинское

название


Символ

Азот

Nitrogenium

N

Мышьяк

Arsenicum

As

Алюминий

Aluminium

Al

Натрий

Natrium

Na

Барий

Barium

Ba

Никель

Niccolum

Ni

Бериллий

Beryllium

Be

Олово

Stannum

Sn

Бор

Borum

B

Платина

Platinum

Pt

Бром

Bromum

Br

Плутоний

Plutonium

Pu

Водород

Hydrogenium

H

Ртуть

Hydrargyrum

Hg

Железо

Ferrum

Fe

Свинец

Plumbum

Pb

Золото

Aurum

Au

Сера

Sulfur

S

Иод

Iodum

I

Серебро

Argentum

Ag

Калий

Kalium

K

Сурьма

Stibium

Sb

Кальций

Calcium

Ca

Титан

Titanum

Ti

Кислород

Oxygenium

O

Углерод

Carboneum

C

Кобальт

Cobaltum

Co

Уран

Uranum

U

Кремний

Silicium

Si

Фосфор

Phosphorus

P

Литий

Lithium

Li

Фтор

Fluorum

F

Магний

Magnesium

Mg

Хлор

Chlorum

Cl

Марганец

Marganum

Mn

Хром

Chromium

Cr

Медь

Cuprum

Cu

Цезий

Caesium

Cs

Молибден

Molybdaenum

Mo

Цинк

Zincum

Zn

Задачи

1. Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в ядре атома кислорода 168О?

2. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в атоме элемента бора 115B?

3. Сколько электронов содержится в электронной оболочке иона натрия 2311Na+1 ?

4. В атоме элемента кальция 20 протонов и 20 нейтронов. Какой заряд несет ион кальция с 18 электронами в электронной оболочке? Напишите латинский символ этого иона.

** 5. Элемент сурьма (51Sb) состоит из двух изотопов: 12151Sb (57%) и 12351Sb (43%). Какова относительная атомная масса (атомный вес) природной сурьмы?

** 6 (НГУ). В каком соотношении находятся природные изотопы меди: 63Cu и 65Cu? Относительная атомная масса (атомный вес) природной меди 63,5 а.е.м. Каков состав ядра атома каждого из этих изотопов (сколько в ядрах их атомов протонов и нейтронов)?

7. Заполните пропуски в таблице:



Символ

126C

178O2-

 

 

 

Число протонов

6

 

12

 

8

Число нейтронов

6

 

13

12

10

Число электронов

6

10

 

10

10

Суммарный заряд

0

-2

0

+1

 


Смотрите также:
Атомные веса природных элементов. Изотопный состав элементов. Дефект массы
116.02kb.
1 стр.
Vi периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Строение атома § 34. Классификация химических элементов
86.44kb.
1 стр.
Комбинаторные формулы
123.48kb.
1 стр.
Изотопный состав кислорода в миоцен-четвертичных вулканических породах срединного хребта камчатки и состав источников магм
52.09kb.
1 стр.
Кассетные магнитофоны
13.8kb.
1 стр.
Чистота речи предполагает отсутствие в ней чуждых литературному языку элементов, а также элементов, отвергаемых этическими нормами
185.28kb.
1 стр.
Отчеты Amadeus в примерах (etd uz)
35.27kb.
1 стр.
Памятка с рекомендацией по хранению и установке по
14.88kb.
1 стр.
Проблемы политологии. К проблеме изучения легитимности власти
790.99kb.
3 стр.
Первый год обучения
230.25kb.
1 стр.
Кинематика движения конструктивных элементов обтяжного пресса fekd
27.57kb.
1 стр.
Конспект урока по химии в 8 классе «Соли. Состав. Названия»
91.65kb.
1 стр.