Уроки Совы Филиновны

Количественные характеристики атомов и химических элементов

Из количественных характеристик атома вам уже знакомы массовое число, число нейтронов в ядре, число протонов в ядре и заряд ядра.

Так как заряд протона равен элементарному положительному заряду, то число протонов в ядре (Z) и заряд этого ядра (q_z), выраженный в элементарных электрических зарядах, численно равны. Поэтому, как и число протонов, заряд ядра обычно обозначают буквой Z.

Число протонов одинаково для всех нуклидов какого-либо элемента, поэтому оно может использоваться как характеристика этого элемента. В этом случае оно называется атомным номером.

Так как электрон "легче" любого из нуклонов почти в 2000 раз, масса атома (m_o) сосредоточена прежде всего в ядре. Ее можно измерять в килограммах, но это очень неудобно.

Например, масса самого легкого атома – атома водорода – равна 1,674^.10– ²⁷ кг, и даже масса самого тяжелого из существующих на Земле атомов – атома урана – равна всего лишь 3,952^.10– ²⁵ кг. Даже используя самую маленькую десятичную долю грамма – аттограмм (аг), мы получим значение массы атома водорода m_o(H) = = 1,674^.10– ⁹ аг. Действительно, неудобно.

Поэтому в качестве единицы измерений масс атомов используется специальная атомная единица массы, для которой знаменитый американский химик Лайнус Полинг (1901 – 1994) предложил название " дальтон" .

Атомная единица массы с точностью, достаточной в химии, равна массе любого нуклона и близка к массе атома водорода, ядро которого состоит из одного протона. В 11-м классе из курса физики вы узнаете, почему она в действительности несколько меньше массы любой из этих частиц. Из соображений удобства измерений атомная единица массы определяется через массу нуклида самого распространенного изотопа углерода.

Обозначение атомной единицы массы – а. е. м. или Дн.

1Дн = 1,6605655^.10– ²⁷ кг ≈ 1,66^.10– ²⁷кг.

Если массу атома измеряют в дальтонах, то по традиции ее называют не " масса атома" , а атомная масса. Масса атома и атомная масса – одна и та же физическая величина. Так как речь идет о массе одного атома (нуклида), то ее называют атомной массой нуклида.

Обозначается атомная масса нуклида буквами А_r с указанием символа нуклида, например:

А_r(¹⁶O) – атомная масса нуклида ¹⁶O,

A_r(³⁵Cl) – атомная масса нуклида ³⁵Сl,

A_r(²⁷Аl) – атомная масса нуклида ²⁷Аl.

Если у элемента есть несколько изотопов, то этот элемент состоит из нуклидов с разной массой. В природе изотопный состав элементов обычно постоянен, поэтому для каждого элемента можно посчитать среднюю массу атомов этого элемента m0):

где D₁, D₂, ..., D_i – доля 1-го, 2-го, ..., i-го изотопа;

m₀(1), m₀(2), ..., m₀(i) – масса нуклида 1-го, 2-го, ..., i-го изотопа;

n – общее число изотопов данного элемента.

Если среднюю массу атомов элемента измеряют в дальтонах, то в этом случае ее называют атомной массой элемента.

Обозначается атомная масса элемента так же, как и атомная масса нуклида, буквами А_r, но в скобках указывается не символ нуклида, а символ соответствующего элемента, например:

А_r(O) – атомная масса кислорода,

А_r(Сl) – атомная масса хлора,

А_r(Аl) - атомная масса алюминия.

Так как атомная масса элемента и средняя масса атома этого элемента – одна и та же физическая величина, выраженная в разных единицах измерений, то и формула для вычисления атомной массы элемента аналогична формуле для вычисления средней массы атомов этого элемента:

где D₁, D₂, ..., D_n – доля 1-го, 2-го, ..., i-того изотопа;

А_r(1), А_r(2), ..., A_r(i) – атомная масса 1-го, 2-го, ..., i-го изотопа;

п – общее число изотопов данного элемента.

 АТОМНЫЙ НОМЕР ЭЛЕМЕНТА, МАССА АТОМА (НУКЛИДА),АТОМНАЯ МАССА НУКЛИДА, АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ, АТОМНАЯ МАССА ЭЛЕМЕНТА

Какова доля протонов в ядре каждого из этих атомов?

2)Изотопами каких элементов являются нуклиды, содержащие в ядре

Запишите символы этих нуклидов.

3)Какова доля атомов водорода в молекуле воды? На этом примере докажите, что " доля не зависит от порции" , то есть, что доля атомов водорода в любой порции воды равна доле атомов водорода в одной молекуле этого вещества.

4)Какова доля а) атомов кислорода в оксиде азота N₂O₅; б) атомов серы в серной кислоте? 5)Принимая атомную массу нуклида численно равной массовому числу, рассчитайте атомную массу бора, если природная смесь изотопов бора содержит 19% изотопа ¹⁰В и 81% изотопа ¹¹В.

6)Принимая атомную массу нуклида численно равной массовому числу, рассчитайте атомные массы следующих элементов, если доли их изотопов в природной смеси (изотопный состав) составляют: а)²⁴Mg – 0,796 ²⁵Mg – 0,091 ²⁶Mg – 0,113

б)²⁸Si – 92,2 % ²⁹Si – 4,7 % ³⁰Si – 3,1 %

в) ⁶³Cu – 0,691 ⁶⁵Cu – 0,309

7)Определите изотопный состав природного таллия (в долях соответствующих изотопов), если в природе встречаются изотопы таллий-207 и таллий-203, а атомная масса таллия равна 204,37 Дн.

8)Природный аргон состоит из трех изотопов. Доля нуклидов ³⁶Аr составляет 0,34%. Атомная масса аргона – 39,948 Дн. Определите, в каком соотношении встречаются в природе ³⁸Аr и ⁴⁰Аr.

9)Природный магний состоит из трех изотопов. Атомная масса магния – 24,305 Дн. Доля изотопа ²⁵Mg – 9,1%. Определите доли остальных двух изотопов магния с массовыми числами 24 и 26.

10)В земной коре (атмосфере, гидросфере и литосфере) атомы лития-7 встречаются примерно в 12,5 раз чаще, чем атомы лития-6. Определите атомную массу лития.

11)Атомная масса рубидия – 85,468 Дн. В природе встречаются ⁸⁵Rb и ⁸⁷Rb. Определите, во сколько раз легкого изотопа рубидия больше, чем тяжелого.