Чего в природе больше химических элементов или нуклидов

Чего в природе больше химических элементов или нуклидов

Химическая природа атома задаётся электронным облаком, а его состав зависит только от заряда ядра, то есть от числа Z. Поэтому все атомы одной химической природы имеют одинаковый заряд ядра. Следовательно, химический элемент — это совокупность атомов с заданным значением заряда ядра Z. Именно поэтому число Z было названо атомным номером, так как в таблице Менделеева элементы упорядочены по возрастанию Z.

Если нуклиды отличаются массовым числом A, но имеют один и тот же атомный номер Z, то они имеют одинаковую химическую природу, принадлежат одному и тому же элементу и являются изотопами этого элемента. Чтобы обозначить конкретный изотоп, к химическому символу элемента приписывают слева вверху число A, например:

Химический элемент водород
протий	дейтерий	тритий
1 H	2 H или D	3 H или T
Z=1	Z=1	Z=1
N=0	N=1	N=2
A=1	A=2	A=3

Как видно из таблицы, природный водород существует в виде трёх изотопов, причём для дейтерия и трития есть даже собственные химические символы.

Нуклиды:
стабильные	радионуклиды
(всего около 250)	(их более 3000)

Уравнения радиоактивного распада записываются подобно уравнениям химических реакций. Например, атом трития распадается на ион гелия-3, электрон и особую частицу, которая называется электронное антинейтрино:

3 H → 3 He + + e — + ν _e

Большинство радионуклидов в природе не встречается и получено искусственно. Их устойчивость обычно характеризуется периодом полураспада t_1/2 — интервалом времени, в течение которого вероятность распада ядра достигает 50%. Период полураспада может составлять от триллионных долей секунды до многих триллионов лет.

Интересно знать! Узкая цепочка наиболее стабильных нуклидов соответствует оптимальному соотношению нейтронов и протонов в ядре. Для заданного массового числа оно может быть выражено формулой

Для небольших значений массового числа A соотношение N/Z получается близким к единице, поэтому среди первых элементов распространены изотопы, у которых N = Z. Однако затем нейтронов становится больше, и, например, у стабильных изотопов свинца их число превышает число протонов примерно в полтора раза.

Природный хлор
35 Cl	37 Cl
m = 35 а.е.м.	m = 37 а.е.м.
76% атомов Cl	24% атомов Cl
mсредн. = 35·0,76 + 37·0,24 = 35,5 а.е.м.

Атомы разных изотопов имеют разные массы, но постоянство изотопного состава приводит к тому, что усреднённое значение массы атома данного элемента также постоянно. Именно это усреднённое по природным изотопам значение, выраженное в атомных единицах массы (а.е.м.), есть относительная атомная масса A_r данного элемента. В таблице Менделеева относительные атомные массы приведены для элементов, получаемых из природных источников.

Масса конкретного атома, выраженная в а.е.м., очень близка к его массовому числу A, так как масса одного нуклона примерно равна 1 а.е.м., а всего в атоме A нуклонов. Поэтому если в природе преобладает какой-то один изотоп данного элемента, то величина A_r этого элемента будет близка к массовому числу преобладающего изотопа. Именно поэтому относительные атомные массы многих элементов близки к целым числам. Однако не следует путать величины A и A_r : число A характеризует конкретный нуклид и указывает, сколько нуклонов в его ядре, а число A_r характеризует совокупность природных изотопов химического элемента и указывает усреднённое значение массы атома данного элемента в а.е.м.

Интересно знать! Точность величины A_r зависит от постоянства изотопного состава элемента. Натрий в природе представлен одним изотопом, поэтому никакой разбежки быть не может и A_r(Na) = 22,98976928 (все восемь знаков после запятой верны). Олово же представлено десятью изотопами; содержание каждого из них может варьироваться, поэтому A_r(Sn) = 118,710. Изотопы свинца постоянно образуются при радиоактивном распаде тяжёлых элементов, поэтому A_r(Pb) = 207,2. Для искусственно получаемых элементов величина A_r не имеет смысла, и в таких случаях вместо неё указывают в квадратных скобках массовое число самого долгоживущего из известных изотопов.

Источник

Нуклид

Слово « нуклид» было придумано Трумэном П. Кохманом в 1947 году. [2] [3] Кохман определил нуклид как «разновидность атома, характеризующаяся строением его ядра», содержащая определенное количество нейтронов и протонов. Таким образом, термин первоначально был сосредоточен на ядре.

Хотя слова нуклид и изотоп часто используются как синонимы, быть изотопами на самом деле является лишь одной связью между нуклидами. В следующей таблице перечислены некоторые другие отношения.

Нуклид и продукт его альфа-распада являются изодиаферами. [4]

Зеркальные ядраобмен числа нейтронов и протонов

но с разными энергетическими состояниями

См. Раздел « Обозначение изотопов» для объяснения обозначений, используемых для различных типов нуклидов или изотопов.

Самым долгоживущим ядерным изомером в неосновном состоянии является нуклид тантал-180m ( 180м 73Та ), период полураспада которого превышает 1000 триллионов лет. Этот нуклид существует изначально и никогда не наблюдался распада до основного состояния. (Напротив, нуклид тантал-180 в основном состоянии не встречается изначально, поскольку он распадается с периодом полураспада всего 8 часов до 180 Hf (86%) или 180 Вт (14%)).

Пример нуклидов, образованных в результате ядерных реакций, космогенных. 14
C
( радиоуглерод ), который образуется при бомбардировке космическими лучами других элементов, и нуклеогенный 239
Пу
который до сих пор создается нейтронной бомбардировкой естественного 238
U
в результате естественного деления урановых руд. Космогенные нуклиды могут быть стабильными или радиоактивными. Если они стабильны, их существование должно быть выведено на фоне стабильных нуклидов, поскольку каждый известный стабильный нуклид присутствует на Земле изначально.

Помимо 339 естественных нуклидов, более 3000 радионуклидов с различным периодом полураспада были искусственно произведены и охарактеризованы.

Четные и нечетные числа нуклонов

Источник

Распространенность нуклидов в природе

Окружающая природа создана из 8 ХЭ. Наиболее распространенными ХЭ являются (% масс. земной коры): кислород (47), кремний (29,5), алюминий (8,05), железо (4,65), кальций (2,96), натрий (2,5), калий (2,5) и магний (1,87). Их суммарное содержание более 99%. Следовательно, на долю остальных приходится менее 1%. Из этой «восьмерки» алюминий и натрий представлены единственным видом атомов ( 27 А1 и 23 Na); у других – один из изотопов имеет резко преобладающее содержание ( 16 О, 28 Si, 56 Fe, 40 Ca, 39 K, 24 Mg). Таким образом, перечисленные изотопы являются тем материалом, из которого фактически построена вся «земная твердь». Главными компонентами атмосферы являются изотопы 14 N и 16 O. Наконец, водное пространство – сочетания того же изотопа кислорода 16 O с легким изотопом водорода ( 1 Н). Водород, кислород вместе с углеродом, азотом, фосфором и серой входят во все растительные и животные организмы, в связи с чем, их выделяют в особую группу элементов – органогенов.

Таким образом, получается, что всего десять стабильных изотопов в решающей степени (по весу) обусловливают бесконечное разнообразие неорганической и органической природы.

Эти выводы имеют особо важное значение, указывая на единство состава земных и окружающих космических тел и тем самым подтверждается гипотеза об общности их происхождения всего вещества Солнечной системы. Такое постоянство отношения изотопов указывает на то, что вещество было сварено в одном котле.

Впервые таблица распространенности элементов была составлена Г. Зюссом и Г. Юри в 1956 году на основе химического состава земной коры, метеоритов и Солнца. Современные данные о распространенности нуклидов представлены на рис. 1, отражающего зависимостью содержания нуклидов от массового числа А. График завершается последними устойчивыми изотопами Pb и Bi и иллюстрирует многие особенности, отражающие характерные свойства различных процессов нуклеосинтеза. Среди наиболее заметных особенностей выделяется пик группы железа, содержание элементов в котором на 2-3 порядка выше, чем на сглаженной части. Имеются также небольшие двойные пики вблизи массовых чисел 90, 135 и 190, 210

Рисунок 1. Распространенность ХЭ

В настоящее время доказано, что синтез элементов постоянно происходит в звездах, причем на разных стадиях их эволюции. Наиболее активна стадия зарождения звезды и гибели (взрыва) сверхновой.

2. 12 C + 4 He → 16 O + γ.

3. 16 O + 4 He → 20 Ne +

5. 20 Ne( 4 He, ) → 24 Mg

6. 24 Mg + р → 25 Al + γ.

В основе реакций ядерного синтеза лежит цикл горения 12 C, 14 N, 16 O, 18 O.

Для образования ХЭ важное значение имеет цикл «горения» 16 O, в результате которого образуются 28 Si, 31 P, 31 S, или 30 Si, 24 Mg, 27 Al.

Ядра 56 Ni в результате двух β- распадов превращаются в 56 Fe. Горение кремния является конечной стадией термоядерного синтеза нуклидов в массивных звездах, на которой образуются ядра группы железа, обладающие максимальной удельной энергией связи. Последующий термоядерный синтез в результате присоединения легких ядер ядрами группы железа не имеет места, так как этот процесс должен протекать только с поглощением энергии.

Общепризнанной является гипотеза, объясняющая образования легких ядер (Li, Be, B) при реакции деления ядер C, N, O в результате столкновений с ядрами H и He либо в космических лучах, либо космических лучей с атомами межзвездных газовых облаков. Космические лучи – это поток заряженных частиц, содержащие ядра атомов достаточно большой массы и энергии, которые заполняют пространство Галактики. Считается, что основным источником космических лучей являются взрывы сверхновых звезд. В космических лучах содержание Li, Be, B приблизительно на пять порядков больше, чем в звездах.

В настоящий момент доказано, что источником тяжелых элементов являются взрывы сверхновых звезд. На начальном этапе развития эти звезды в 8-10 раз больше Солнца. Процессы сгорания исходного топлива при синтезе гелия проходят в 2 раза интенсивнее и при возрасте звезды

Те или иные совокупности изотопов образуются благодаря различным ядерным реакциям. Получила достаточно удовлетворительное объяснение космическая распространенность элементов, которая заметно отличается от земной. Так, господствующими в космосе оказываются водород и гелий. Однако по мере увеличения Z это различие становится менее выраженным. «Каркас» современного изотопного состава элементов на Земле был построен многие миллиарды лет назад, а его «доводка» связана уже с процессами, происходившими на протяжении истории нашей планеты.

В ходе цепной реакции (в том числе и приводящей к ядерному взрыву) изотопный состав урана изменяется. На рис. 2 показаны изотопные отношения урана, измеренные для руды в Оккло. Полученные значения имеют разброс до 40%, тогда как повсюду за пределами Оккло это значение остается практически постоянном (137,8), проявляя примечательную устойчивость. И необычно большие изотопные отношения урана можно объяснить, исходя из предположения о природном ядерном взрыве.

Рисунок 2. Изотопное отношение урана (U₂₃₈/U₂₃₅) из рудника Оккло

Следует отметить, что возможность природного ядерного взрыва в прошлом уже была предсказана к тому времени теоретически. Для того чтобы самопроизвольно началась цепная реакция, природный уран должен был быть в достаточной степени обогащен ураном-235, содержание которого в природном уране в настоящее время не превышает 0,72%. Дело в том, что сколько ни собирай вместе урана-238 (основного изотопа природного урана), цепная реакция не начнется. При распаде урана возникают быстрые нейтроны, которые, сталкиваясь с ядрами урана 235, вызывают его радиоактивный распад, а 238 их поглощает, при этом не распадаясь. Так как количества урана 238 значительно больше, чем урана 235, то цепная реакция не может возникнуть, так как все нейтроны окажутся поглощенными. Поэтому-то, для получения более эффективного горючего из природного урана для ядерных реакторов необходимо путем очень сложных и дорогостоящих операций повысить в нем концентрацию урана-235.

С другой стороны, в далеком прошлом соотношение между изотопами урана было иным. Уран-238 обладает очень длительным периодом полураспада – 4,5 миллиарда лет по сравнению с ураном-235, имеющим период полураспада 700 миллионов лет. И если мы мысленно отправимся в прошлое, то количество урана-235, имеющего более короткий период полураспада, станет быстро увеличиваться по сравнению с ураном-238. Сейчас количество урана-235 в природном уране не превышает 0,72%, а 1 миллиард лет назад оно уже должно было составлять около 2%.

Таким образом, соотношение изотопов в ЗК млрд. лет назад отличались от современного в сторону увеличения изотопов с меньшим периодом полураспада. Цепные реакции ядерного распада на Земле и окружающем космосе являются исключительным явлением и не играют заметной роли в распределении вещества в ОС. Однако, это указывает другой аспект – в природе оказывается возможно невозможное!

Как видим, отношения изотопов в свинце, аргоне, стронции, осмии и в ряде других элементов зависят от количества радиоактивных элементов или радиоактивных изотопов элементов, присутствующих в породе, и в разных образцах оказываются резко различными.

Разделение изотопов в природе.Стабильные изотопы подвержены гораздо меньшим колебаниям, поскольку химические и физические свойства изотопов очень близки. Все же существуют некоторые природные процессы (например, испарение воды), которые приводят к измеримому смещению отношений изотопов. При этом, чем легче элемент и чем больше разница в атомных весах его изотопов, тем скорее и глубже может пройти изотопное разделение. Значительный сдвиг изотопных отношений установлен для водорода, бора, углерода, кислорода, серы. Отношение изотопов водорода и кислорода воды, например, изменяется при испарении воды с поверхности океанов. Вода в паровой фазе заметно обогащается более легкими изотопами. Поэтому дождевые и речные воды также всегда обогащены легкими изотопами по сравнению с океаническими водами. Наибольшая концентрация легких изотопов водорода и кислорода обнаружена в полярных льдах Антарктиды.

Г. Юри установил, что равновесное содержание изотопов С = 18 О/ 16 О карбонатов и воды зависит от температуры воды.

В воде 18 О/ 16 О = 1/500, а карбонатах при 0 град. С= 1, 022/500, при 25 град. С = 1,026/500.

,

где R = 18 О/ 16 О в исследуемом образце, R₀ – в эталонном.

Четкое смещение отношения изотопов кислорода происходит при обмене изотопов между СаСО₃ и водой. В равновесных условиях этот обмен зависит от температуры. Полагая, что изотопный состав океанической воды в течение геологического времени оставался постоянным, можно по изотопному составу кислорода в ископаемых известковистых раковинах рассчитать температуру воды, в которой обитало умершее животное. На этом основан палеотемпературный метод, который позволяет восстанавливать температуру древних морей с точностью, превышающей ±1°С.

Значительное разделение изотопов углерода и серы происходит в биосфере. Так, углерод органических веществ всегда обогащен легким изотопом С 12 по сравнению с углеродом углекислого газа и карбонатов. Интересно, что изотопный состав углерода нефтей очень близок к составу органического углерода и практически одинаков для нефтей разного возраста, состава и местонахождения. На основе соотношения изотопов 14 С и 13 С производят датировки остатков живых организмов.

Радиоуглеродный метод определения абсолютного возраста (от 60-100 лет до 50-60 тыс. лет) основан на следующем

В природе встречаются несколько изотопов углерода:

• стабильные 12 С (98.9%), 13 С (1.1%)

Радиоактивные изотопы 14 С распадаются с образованием β–частиц, превращаясь в стабильные изотопы 13 С. Соотношение 13 С / 14 С при жизни организма поддерживается на постоянном уровне и одинаково для всех живых организмов.

• Если растение отмирает, то с этого момента происходит постоянное уменьшение в нем содержания 14 С за счет его радиоактивного распада.

• Зная период полураспада 14 С, можно по его количеству в растительных остатках или гумусе определить время, прошедшее с момента гибели по останкам организмов.

• Период полураспада радиоактивного изотопа 14 С равен 5780 ±40 лет.

Смещение изотопного состава при сульфат редукции.Отношение изотопов серы изменяется в процессе восстановления сульфатов, которое идет обычно под влиянием сульфатредуцирующих бактерий. Сера образующегося сероводорода обогащается при этом легким изотопом, а сульфат, оставшийся невосстановленным, наоборот, обогащен тяжелым 34 S. В результате постоянно идущего восстановления части сульфатов, растворенных в океанической воде, оставшийся сульфат оказывается сильно обогащенным (на 2%) тяжелым изотопом 32 S по сравнению со средним изотопным составом серы земной коры. Это обогащение стабильно во всех океанах, на различных глубинах. Обогащение океанических сульфатов тяжелым изотопом серы ха­рактеризует отложения всех геологических эпох. Таким образом, сделанный выше вывод о постоянстве изотопного состава элементов разного происхождения является, по-видимому, лишь первым приближением к истине. Всего вероятнее, что дальнейшее уточнение методов исследования позволит заметить различия в изотопном составе, кроме перечисленных выше, и других элементов. Благодаря этому состав нашей планеты и других космических тел, происхождение и миграция элементов – эти важнейшие проблемы современной геохимии – получат более полное и глубокое освещение.

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.008 сек.)

Источник

Нуклиды

Нукли́д (лат. nucleus — «ядро») — вид атомов, характеризующийся определёнными массовым числом, атомным номером и энергетическим состоянием их ядер, и имеющий время жизни, достаточное для наблюдения. Официальное рекомендуемое определение термина по IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 2nd Edition, 1997 (Краткий справочник терминов ИЮПАК, 2-е издание): A species of atom, characterized by its mass number, atomic number and nuclear energy state, provided that the mean life in that state is long enough to be observable.

Содержание

Общее описание

Из определения нуклида следует, что это совокупность одинаковых атомов с определённым числом протонов (Z) и нейтронов (N), с ядром, находящимся в определённом энергетическом состоянии (основном состоянии или одном из изомерных состояний). Сумма A = Z + N представляет собой массовое число, а число протонов Z — атомный номер. Для обозначения нуклида элемента (E) используют запись вида: , причём индексы Z и N могут опускаться. Распространённым является обозначение E-A (например, углерод-12, уран-238). Для нуклидов, представляющих собой метастабильные возбуждённые состояния (изомеры), используют букву m в верхнем правом индексе, например 180m Ta. Если существует более одного возбуждённого изомерного состояния с данными A и Z, то для них (в порядке возрастания энергии) используют индексы m₁, m₂ и т. д. либо последовательность букв m, n, p, q,… Некоторые нуклиды имеют традиционные собственные названия (см. список таких названий).

Нуклиды, имеющие одинаковый атомный номер (обладающие одинаковым числом протонов) называются изотопами. Применение термина изотоп в единственном числе вместо термина нуклид хотя и, строго говоря, неверно, однако широко распространено. Относительная атомная масса нуклида округлённо равна его массовому числу, только для углерода-12 она по определению точно равна 12.

Классификация

Нуклиды делятся на стабильные и радиоактивные (радионуклиды). Стабильные нуклиды не испытывают спонтанных радиоактивных превращений из основного состояния ядра. Радионуклиды путём радиоактивных превращений переходят в другие нуклиды. В зависимости от типа распада, образуются либо другой нуклид того же самого элемента (при нейтронном или двухнейтронном распаде), либо нуклид другого элемента (распады, изменяющие заряд ядра без вылета нуклонов, т. е. бета-распад, электронный захват, позитронный распад, все виды двойного бета-распада), либо два или несколько новых нуклидов (альфа-распад, протонный распад, кластерный распад, спонтанное деление).

Среди радионуклидов выделяются короткоживущие и долгоживущие. Радионуклиды, существующие на Земле с момента её формирования, часто называют природными долгоживущими; такие нуклиды имеют период полураспада, превышающий 5·10 8 лет. Для каждого элемента были искусственно получены радионуклиды; для элементов с номером (т. е. числом протонов), близким к одному из «магических чисел», количество известных нуклидов может доходить до нескольких десятков. Наибольшим количеством известных нуклидов — по 34 — обладают платина и осмий (без учёта изомерных состояний). Некоторые элементы имеют лишь один стабильный нуклид (например, золото и кобальт), а максимальным числом стабильных нуклидов — 10 — обладает олово. У многих элементов все нуклиды радиоактивны (все элементы, имеющие атомный номер больше, чем у свинца, а также технеций и прометий). Общее число известных нуклидов всех элементов превышает 3100 (без учёта изомеров; на сегодня известно около 1000 нуклидов в основных состояниях, для которых существуют одно или несколько метастабильных возбуждённых состояний с периодом полураспада, превышающим 0,1 мкс).

Источник

Чего в природе больше химических элементов или нуклидов

Таким образом, атом представляет собой материальную систему, состоящую из ядра и электронной оболочки.
Атомы очень маленькие – так, по толщине бумажного листа укладываются сотни тысяч атомов. Размеры атомных ядер – еще в сто тысяч раз меньше размеров атомов.
Ядра атомов заряжены положительно, но состоят они не только из протонов. Ядра содержат еще и нейтральные частицы, открытые в 1932 году и названные нейтронами. Протоны и нейтроны вместе носят название нуклоны – то есть ядерные частицы.

Любой атом в целом электронейтрален, а это значит, что число электронов в электронной оболочке атома равно числу протонов в его ядре.

НейтронГод открытия

1932Первооткрыватель

Джозеф Джон Томсон

Джеймс ЧедвикСимвол

n oМасса: обозначение
значение

ЭЛЕКТРОН, ПРОТОН, НЕЙТРОН, НУКЛОН, ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА.
1.Определите, насколько масса протона меньше массы нейтрона. Какую часть от массы протона составляет эта разница (выразите ее в виде десятичной дроби и в процентах)?
2.Во сколько раз (приближенно) масса любого нуклона больше массы электрона?
3.Определите, какую часть от массы атома составит масса его электронов, если в состав атома входят 8 протонов и 8 нейтронов. 4.Как вы думаете, удобно ли использовать единицы международной системы единиц измерений (СИ) для измерений масс атомов?

Между всеми заряженными частицами атома действуют электрические (электростатические) силы: электроны атома притягиваются к ядру и вместе с тем отталкиваются друг от друга. Действие заряженных частиц друг на друга передается электрическим полем.

Вам знакомо уже одно поле – гравитационное. Подробнее о том, что такое поля, и о некоторых их свойствах вы узнаете из курса физики.

Все протоны в ядре заряжены положительно и за счет электрических сил отталкиваются друг от друга. Но ядра же существуют! Следовательно, в ядре, кроме электростатических сил отталкивания, действует еще какое-то взаимодействие между нуклонами, за счет сил которого они притягиваются друг к другу, причем это взаимодействие – значительно сильнее электростатического. Эти силы называются ядерными силами, взаимодействие – сильным взаимодействием, а поле, передающее это взаимодействие – сильным полем.

В отличие от электростатического, сильное взаимодействие ощущается только на коротких расстояниях – порядка размеров ядер. Но силы притяжения, вызванные этим взаимодействием (F_я). во много раз больше электростатических (F_э). Отсюда – » прочность» ядер во много раз больше » прочности» атомов. Поэтому в химических явлениях изменяется только электронная оболочка, а ядра атомов остаются неизменными.

Атомное ядро – сложная положительно заряженная частица, состоящая из нуклонов, связанных между собой ядерными силами.

Плотность вещества ядер огромна: она примерно равна 100 миллионам тонн на кубический сантиметр, что несоизмеримо с плотностью любого химического вещества.

ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА, АТОМНОЕ ЯДРО, МАССОВОЕ ЧИСЛО, ЧИСЛО ПРОТОНОВ, ЧИСЛО НЕЙТРОНОВ.

Для обозначения нуклидов используют символы элементов (вы помните, что они могут обозначать и один атом) с левыми индексами: верхний равен массовому числу, нижний – числу протонов. Примеры обозначения нуклидов:

в общем случае

Так как заряд ядра определяется числом протонов, то химическим элементом можно назвать совокупность нуклидов с одинаковым числом протонов.Вспомнив сказанное в начале параграфа, мы можем уточнить один из важнейших химических законов.

При химических реакциях (и при физических взаимодействиях, не затрагивающих ядра) нуклиды не возникают, не исчезают и не превращаются друг в друга.

Итак, массовое число равно сумме числа протонов и числа нейтронов: А = Z + N. У нуклидов одного элемента заряд ядра одинаков (Z = const), а число нейтронов N? У нуклидов одного элемента число нейтронов в ядре может быть одинаковым, а может и отличаться. Поэтому и массовые числа нуклидов одного элемента могут быть разными. Примеры нуклидов одного элемента с разными массовыми числами – различные устойчивые нуклиды олова, характеристики которых приведены в табл. 12. У нуклидов с одинаковыми массовыми числами масса одинакова, а у нуклидов с разными массовыми числами – разная. Отсюда следует, что атомы одного элемента могут отличаться по массе.

Изотоп – совокупность нуклидов одного элемента с одинаковым массовым числом.

Следовательно, у нуклидов одного изотопа одинаковое число протонов (так как это один элемент), одинаковое число нейтронов (так как это один изотоп) и, естественно, одинаковая масса. Такие нуклиды совершенно одинаковы и потому принципиально неразличимы. (В физике под словом «изотоп» иногда подразумевают и одинт нуклид данного изотопа)

Нуклиды разных изотопов одного элемента отличаются массовыми числами, то есть числами
нейтронов, и массой.

Изотопы элемента водорода	Изотопы элемента кислорода	Изотопы элемента хлора

Общее число известных ученым нуклидов приближается к 2000. Из них устойчивы, то есть существуют в природе, около 300. Элементов в настоящее время, включая искусственно полученные, известно 110.(Среди нуклидов физики выделяют изобары— нуклиды с одинаковой массой(независимо от заряда))
Многие элементы имеют по одному природному изотопу, например, Be, F, Nа, Al, P, Mn, Co, I, Au и некоторые другие. Но большинство элементов имеют по два, по три и более устойчивых изотопа.
Для описания состава атомных ядер иногда рассчитывают доли протонов или нейтронов в этих ядрах.

Доля – отношение числа тех объектов, долю которых мы определяем, к общему числу объектов.

где D_i – доля интересующих нас объектов (например, седьмых),
N₁ – число первых объектов,
N₂ – число вторых объектов,
N₃ – число третьих объектов,
N_i – число интересующих нас объектов (например, седьмых),
N_n – число последних по счету объектов.

Для сокращения записи формул в математике знаком обозначают сумму всех чисел N_i, от первого (i = 1) до последнего (i = n). В нашей формуле это означает, что суммируются числа всех объектов: от первого (N₁) до последнего (N_n).

Пример. В коробке лежат 5 зеленых карандашей, 3 красных и 2 синих; требуется определить долю красных карандашей.

Доля может выражаться простой или десятичной дробью, а также в процентах, например:

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_я), 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.

Атомный номер элемента – характеристика химического элемента, равная числу протонов в ядре любого нуклида этого элемента.

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.

Обозначается атомная масса нуклида буквами А_r с указанием символа нуклида, например:
А_r( 16 O) – атомная масса нуклида 16 O,
A_r( 35 Cl) – атомная масса нуклида 35 Сl,
A_r( 27 Аl) – атомная масса нуклида 27 Аl.

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 ():

Атомная масса элемента – средняя масса атомов элемента в природной смеси изотопов этого элемента, выраженная в атомных единицах массы (дальтонах).

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:

АТОМНЫЙ НОМЕР ЭЛЕМЕНТА, МАССА АТОМА (НУКЛИДА),АТОМНАЯ МАССА НУКЛИДА, АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ, АТОМНАЯ МАССА ЭЛЕМЕНТА
1)Определите число нейтронов N и число электронов N(е– ) в следующих атомах: .
Какова доля протонов в ядре каждого из этих атомов?
2)Изотопами каких элементов являются нуклиды, содержащие в ядре

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 10 В и 81% изотопа 11 В.

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) 24 Mg – 0,796 25 Mg – 0,091 26 Mg – 0,113
б) 28 Si – 92,2 % 29 Si – 4,7 % 30 Si – 3,1 %
в) 63 Cu – 0,691 65 Cu – 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 36 Аr составляет 0,34%. Атомная масса аргона – 39,948 Дн. Определите, в каком соотношении встречаются в природе 38 Аr и 40 Аr.

9)Природный магний состоит из трех изотопов. Атомная масса магния – 24,305 Дн. Доля изотопа 25 Mg – 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 85 Rb и 87 Rb. Определите, во сколько раз легкого изотопа рубидия больше, чем тяжелого.

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Источник