СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН
1.1. Количественные характеристики химических элементов
Важнейшие параметры химических элементов – порядковый номер в периодической системе Д.И. Менделеева и средняя относительная атомная масса – непосредственно связаны с характеристиками трех элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов) в составе атомов. Порядковый номер элемента соответствует заряду ядра атома (Z) и определяется числом протонов и эквивалентным числом электронов в составе атома; в связи с пренебрежимо малой массой электронов по сравнению с массой ядра относительная атомная масса (массовое число А) элемента соответствует суммарному числу протонов и нейтронов в составе ядра атома. Различное содержание нейтронов в составе ядра атомов химических элементов (Z = const, A = var) определяет существование для 109 химических элементов более 280 стабильных и 2000 радиоактивных изотопов. С учетом природного содержания различных изотопов химические элементы характеризуются средней относительной атомной массой.
Пример 1. Определить среднюю атомную массу платины, если распространенность ее изотопов в природе в атомных процентах составляет: 192Pt (0.79), 194Pt (32.9), 195(33.8), 196Pt (25.3), 198Pt (7.2).
Решение. С учетом природного содержания изотопов средняя атомная масса платины составляет:
A(Pt) = 192´0.0079 + 195´0.33 + 196´0.253 + 198´0.072 = 195.08.
Соотношение Мозли: n = Const(Z-1)2, связывающее частоту (n) линии наиболее интенсивного максимума (Кa) в спектре рентгеновского излучения анода в трубке Крукса с зарядом ядра (Z) химического элемента, из которого изготовлен анод, позволяет экспериментально определять заряд ядра и, следовательно, номер химического элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.
Пример 2. Зная, что длина волны l наиболее интенсивного максимума в спектре рентгеновского излучения Cr (Кa) составляет 2.33 Å, определите порядковый номер и укажите химический элемент, для которого длина волны рентгеновского излучения (Кa) составляет 2,8 Å. Сколько протонов содержит ядро атома этого химического элемента? Сколько нейтронов содержит ядро атома наиболее распространенного в природе изотопа этого элемента?
Решение. Используя соотношение между длиной волны l и частотой излучения n:
l = c/n,
из соотношения Мозли следует, что для химических элементов с зарядом ядра Z1 и Z2 и частотой n1 и n2 Кa линии рентгеновского излучения справедливо соотношение:
(l2/l1)1/2 = (Z1-1)/(Z2-1)
Поскольку Cr с порядковым номером ZCr = 24 имеет значение lCr = 2.33 Å, а неизвестный элемент с Zx характеризуется значением lx = 2.8 Å, то:
Zx = 1 + (ZCr-1)(lх/lСк)1/2 = 1 + (24 – 1)(2.8/2.33)1/2 = 22
и неизвестный химический элемент является титаном. Так как порядковый номер химических элементов в периодической системе определяется числом протонов в ядре атомов, то в состав ядра атомов Ti входит 22 протона.
Относительная атомная масса Ti составляет 47.90 а.е.м. и определяется природным содержанием различных изотопов Ti, ядра атомов которых содержат 22 протона и (А-Z) нейтронов. Поскольку величина относительной атомной массы близка к 48, то ядро атома наиболее распространенного изотопа Ti содержит: 48-22 = 26 нейтронов.
Пример 3. Для некоторых химических структурных элементов вещества получены следующие данные о содержании в их составе протонов, нейтронов и электронов:
№ | Количество | ||
Протонов | Нейтронов | Электронов | |
Установить: а) химический символ, б) величину относительной атомной массы, в) заряд структурных элементов.
Решение. а) заряд ядра, определяемый числом протонов, характеризует порядковый номер химического элемента в периодической системе и его химический символ; б) с учетом пренебрежимо малой массы электронов по сравнению с массой протонов и нейтронов величина относительная атомной массы в а.е.м. определяется массой ядра и равна сумме числа протонов и нейтронов; в) заряд химического структурного элемента вещества определяется суммой положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов:
№ | Заряд ядра | Масса ядра, а.е.м. | Полный заряд | Химический структурный элемент |
+9 | 9 + 10 = 19 | +9 –10 = -1 | Анион изотопа 19F- | |
+10 | 10 + 8 = 18 | +10 –10 = 0 | Атом изотопа 18Ne | |
+11 | 11 + 12 = 23 | +11 –10 = +1 | Катион изотопа 23Na+ | |
+12 | 12 + 9 = 21 | +12 –10 = +2 | Катион изотопа 21Mg2+ |
Упражнения:
1. Ядро атома некоторого химического элемента содержит 16 нейтронов, а электронная оболочка – 15 электронов. Изотопом какого элемента является данный атом? Чему равно его массовое число?
2. Ядро двухзарядного катиона некоторого химического элемента содержит 34 нейтрона, а электронная оболочка – 27 электронов. Изотопом какого химического элемента является данный катион? Чему равно его массовое число?
3. В природных соединениях хлор находится в виде двух изотопов 35Cl и 37Cl. Определить среднюю атомную массу хлора, если содержание его изотопов в атомных процентах составляет 75.5% и 24.5% соответственно.
4. Природный галлий состоит из изотопов 71Ga и 69Ga. В каком количественном соотношении находятся между собой атомы этих изотопов, если средняя атомная масса галлия 69.72 а.е.м.?
5. Зная, что длина волны рентгеновского Кa излучения Cu 1.541Å,определить порядковый номер элемента с длиной волны Кa рентгеновского излучения 1.931 Å. Какой это элемент, cколько протонов содержит ядро атомов этого элемента и какова относительная атомная масса его наиболее распространенного в природе изотопа?
6. Определить длину волны Кa рентгеновского излучения никелевого анода, если для цинка она составляет 1.43 Å.
7. Зная, что длина волны рентгеновского Кa излучения Mn 2.13Å,определить порядковый номер элемента с длиной волны Кa рентгеновского излучения 3.35 Å. Какой это элемент, cколько протонов содержит ядро атомов этого элемента и какова относительная атомная масса его наиболее распространенного в природе изотопа?
8. Определить длину волны Кa рентгеновского излучения кобальтового анода, если для ванадия частота излучения составляет 1.21×1018 Гц.
9. Используя имеющиеся данные, заполните таблицу полностью:
Элемент | Число протонов | Число электронов | Общий заряд | Катион, анион, нейтральный атом |
He | ||||
K | ||||
P | ||||
O | ||||
-1 | ||||
Na | ||||
S2- | ||||
-2 | ||||
-1 | ||||
Ti |
10. Установить химические структурные элементы вещества на основании данных о содержании в их составе протонов, нейтронов и электронов:
№ | Количество | ||
Протонов | Нейтронов | Электронов | |
Дата добавления: 2015-06-10; просмотров: 1966;