1. У какого элемента сильнее выражены неметаллические свойства: а) у кислорода или углерода; б) у фосфора или мышьяка? Дайте обоснованный ответ на основании положения элементов в периодической таблице.
2. Дайте характеристику элемента № 11 по плану:
Положение в периодической таблице
Металл или неметалл
Строение атома
Электронная формула
Число электронов на наружном энергетическом уровне, является ли он завершенным
Формула высшего оксида
Образует ли элемент летучее соединение с водородом, если образует, какова его химическая формула
3. Как и почему изменяются свойства химических элементов в периодах? Покажите это на примере элементов 3-го периода.
4. Рассчитайте относительную атомную массу бора, если известно, что доля изотопа 10 В составляет 19,6%, а изотопа 11 В - 80,4%. (Ответ: 10,8.)
Решения и ответы:
1. Неметаллические свойства сильнее выражены у а) кислорода (т.к. слева направо в периодах неметаллические свойства усиливаются),
б) фосфора (т.к. в группах снизу вверх усиливаются неметаллические свойства за счет уменьшения радиуса атома).
3. В периодах слева направо усиливаются неметаллические свойства и ослабевают металлические, т.к. за счет увеличения количества электронов на валентной оболочке, электроны начинают сильнее притягиваться к ядру, радиус атома уменьшается.
Задачи на изотопы
Уровень А
1. Рассчитать изотопный состав (в %) водорода (средняя относительная атомная масса A r = 1,008) и лития (A r = 6,9), предполагая, что каждый элемент состоит только из двух изотопов, относительные атомные массы которых отличаются на единицу.
Ответ . Водород: 1 Н – 99,2% и 2 Н – 0,8%; литий: 6 Li – 10% и 7 Li – 90%.
2. Относительная атомная масса природного водорода составляет 1,00797. Этот водород является смесью изотопов протия (A r = 1,00782) и дейтерия (A r = 2,0141). Какой процент дейтерия в природном водороде?
Ответ . 0,015%.
3. Среди приведенных символов элементов укажите изотопы и изобары:
Ответ . У изотопов одинаковые химические символы, у изобаров одинаковые атомные массы.
4. Природный литий (A r = 6,9) состоит из изотопов с массовыми числами 6 и 7. Сколько процентов первого изотопа он содержит?
Ответ . 10%.
5. Масса атома изотопа магния равна 4,15 10 –23 г. Определите число нейтронов, которое содержит ядро этого атома.
Ответ . 13.
6. Медь имеет два изотопа с массовыми числами 63 и 65. Массовая доля их в природной меди составляет соответственно 73% и 27%. На основании этих данных рассчитайте среднюю относительную атомную массу природной меди.
Ответ . 63,54.
7. Средняя относительная атомная масса природного хлора равна 35,45. Вычислите массовые доли двух его изотопов, имеющих массовые числа 35 и 37.
Ответ. 77,5% и 22,5%.
8. Определите относительную атомную массу бора, если известны массовые доли его изотопов ( 10 В) = 19,6% и ( 11 В) = 80,4%.
Ответ. 10,804.
9. Литий состоит из двух природных изотопов с массовыми числами 6 ( 1 = 7,52%) и 7 ( 2 = 92,48%). Рассчитайте относительную атомную массу лития.
Ответ. 6,9248.
10. Рассчитайте относительную атомную массу кобальта, если известно, что в природе существуют два его изотопа: с массовыми числами 57 ( 1 = 0,17%) и 59 ( 2 = 99,83%).
Ответ. 58,9966.
11. Относительная атомная масса бора составляет 10,811. Определите процентное содержание в природном боре изотопов с массовыми числами 10 и 11.
Ответ. 18,9% и 81,1%.
12. Галлий имеет два природных изотопа с массовыми числами 69 и 71. В каком количественном соотношении находятся между собой числа атомов этих изотопов, если относительная атомная масса элемента 69,72.
Ответ. 1,78:1.
13. Природный бром имеет два изотопа с массовыми числами 79 и 81. Относительная атомная масса брома 79,904. Определите массовую долю каждого из изотопов в природном броме.
Ответ. 54,8% и 45,2%.
Уровень Б
1. Кремний имеет три стабильных изотопа – 30 Si (3,05 %(мол.)), 29 Si и 28 Si. Вычислите содержание (в %(мол.)) самого распространенного изотопа кремния. Как будут отличаться молярные массы диоксида кремния, имеющего разный изотопный состав, если учесть, что кислород имеет три стабильных изотопа с массовыми числами 16, 17 и 18?
Ответ. 94,55%; 18 видов молекул диоксида кремния.
2. Образец состоит из смеси двух изотопов одного элемента; 30% составляет изотоп, в ядре атома которого – 18 нейтронов; 70% составляет изотоп, в ядре атома которого – 20 нейтронов. Определите порядковый номер элемента, если средняя относительная атомная масса элемента в смеси изотопов составляет 36,4.
Ответ. 17.
3. Химический элемент состоит из двух изотопов. В ядре атома первого изотопа – 10 протонов и 10 нейтронов. В ядре атома второго изотопа – нейтронов на 2 больше. На 9 атомов более легкого изотопа приходится один атом более тяжелого изотопа. Вычислите среднюю относительную атомную массу элемента.
Ответ. 20,2.
4. Изотоп 137 Cs имеет период полураспада 29,7 лет. 1 г этого изотопа прореагировал со взрывом с избытком воды. Каков период полураспада цезия в образовавшемся соединении? Ответ обоснуйте.
Ответ. T 1/2 = 29,7 лет.
5. Через сколько лет количество радиоактивного стронция-90 (период полураспада 27 лет), выпавшего с радиоактивными осадками в результате ядерного взрыва, станет менее 1,5% от того количества, которое было обнаружено в момент после ядерного взрыва?
Ответ. 163,35 лет.
6. В методе меченых атомов радиоактивные изотопы используют для того, чтобы «проследить маршрут» некоторого элемента в организме. Так, пациенту с больной поджелудочной железой вводят препарат радиоактивного изотопа йода-131 (претерпевает – -распад), что позволяет врачу проследить за прохождением йода по организму больного. Напишите уравнение радиоактивного распада и рассчитайте, через какое время количество радиоактивного йода, введенного в организм, уменьшится в 10 раз (период полураспада 8 сут).
Ответ.
7. Сколько времени потребуется для того, чтобы три четверти никеля превратились в медь в результате – -распада, если период полураспада изотопа 63 28 Ni составляет 120 лет?
Ответ. 240 лет.
8. Найдите массу изотопа 81 Sr (период полураспада 8,5 ч), оставшуюся после 25,5 ч хранения, если первоначальная масса составляла 200 мг.
Ответ. 25 мг.
9. Вычислите процент атомов изотопа 128 I (период полураспада 25 мин), оставшихся нераспавшимися после его хранения в течение 2,5 ч.
Ответ . 1,5625%.
10. Период полураспада – -радиоактивного изотопа 24 Na равен 14,8 ч. Напишите уравнение реакции распада и вычислите, сколько граммов дочернего продукта образуется из 24 г этого изотопа за 29,6 ч.
Ответ .
11. Изотоп 210 Ро, излучающий -частицы, используется в смеси с бериллием в нейтронных источниках. Через какое время интенсивность таких источников уменьшится в 32 раза? Период полураспада изотопа равен 138 дням.
Ответ . 690 сут.
Упражнения на ядерные реакции
1. Сколько - и – -частиц должно было потерять ядро 226 Ra для получения дочернего элемента с массовым числом 206, принадлежащего IV группе периодической системы элементов? Назовите этот элемент.
Ответ. 5, 4 – , 206 82 Pb.
2. Ядро атома изотопа 238 92 U в результате радиоактивного распада превратилось в ядро 226 88 Ra. Сколько - и – -частиц испустило при этом исходное ядро?
Из материалов урока вы узнаете, что атомы одних химических элементов отличаются от атомов других химических элементов массой. Учитель расскажет, как химики измеряли массу атомов, которые настолько мало, что их не увидишь даже с помощью электронного микроскопа.
Тема: Первоначальные химические представления
Урок: Относительная атомная масса химических элементов
В начале 19 в. (спустя 150 лет после работ Роберта Бойля) английский ученый Джон Дальтон предложил способ определения массы атомов химических элементов. Рассмотрим суть этого метода.
Дальтон предложил модель, в соответствии с которой в молекулу сложного вещества входит только по одному атому различных химических элементов. Например, он считал, что молекула воды состоит из 1 атома водорода и 1 атома кислорода. В состав простых веществ по Дальтону тоже входит только один атом химического элемента. Т.е. молекула кислорода должна состоять из одного атома кислорода.
И тогда, зная массовые доли элементов в веществе, легко определить во сколько раз масса атома одного элемента отличается от массы атома другого элемента. Таким образом, Дальтон считал, что массовая доля элемента в веществе определяется массой его атома.
Известно, что массовая доля магния в оксиде магния равна 60%, а массовая доля кислорода – 40%. Идя по пути рассуждений Дальтона, можно сказать, что масса атома магния больше массы атома кислорода в 1,5 раза (60/40=1,5):
Ученый заметил, что масса атома водорода самая маленькая, т.к. нет сложного вещества, в котором бы массовая доля водорода была бы больше массовой доли другого элемента. Поэтому он предложил массы атомов элементов сравнивать с массой атома водорода. И таким путем вычислил первые значения относительных (относительно атома водорода) атомных масс химических элементов.
Атомная масса водорода была принята за единицу. А значение относительной массы серы получилось равным 17. Но все полученные значения были либо приблизительными, либо неверными, т.к. техника эксперимента того времени была далека от совершенства и установка Дальтона о составе вещества была неверной.
В 1807 – 1817 гг. шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус провел огромное исследование по уточнению относительных атомных масс элементов. Ему удалось получить результаты, близкие к современным.
Значительно позже работ Берцелиуса массы атомов химических элементов стали сравнивать с 1/12 массы атома углерода (Рис. 2).
Рис. 1. Модель расчета относительной атомной массы химического элемента
Относительная атомная масса химического элемента показывает, во сколько раз масса атома химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Относительная атомная масс обозначается А r , она не имеет единиц измерения, так как показывает отношение масс атомов.
Например: А r (S) = 32, т.е. атом серы в 32 раза тяжелее 1/12 массы атома углерода.
Абсолютная масса 1/12 атома углерода является эталонной единицей, значение которой вычислено с высокой точностью и составляет 1,66 *10 -24 г или 1,66 *10 -27 кг. Эта эталонная масса называется атомной единицей массы (а.е.м.).
Значения относительных атомных масс химических элементов запоминать не надо, они приведены в любом учебнике или справочнике по химии, а также в периодической таблице Д.И. Менделеева.
При расчетах значения относительных атомных масс принято округлять до целых.
Исключение составляет относительная атомная масса хлора – для хлора используют значение 35,5.
1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й класс: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006.
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с.24-25)
3. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005.(§10)
4. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобр. учреждений / Г.Е. Рудзитис, ФюГю Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§§8,9)
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Домашнее задание
с.24-25 №№ 1-7 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.
1. 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.
2. 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.
3. Определите относительную атомную массу бора, если известно, что молярная доля изотопа 10В составляет 19,6%, а изотопа 11B - 80,4%.
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.
5. Определите относительную атомную массу элемента кремния, если он состоит из трёх изотопов: 28Si (молярная доля 92,3%), 29Si (4,7%) и 30Si (3,0%).
6. Природный хлор содержит два изотопа 35Cl и 37Сl. Относительная атомная масса хлора равна 35,45. Определите молярную долю каждого изотопа хлора.
7. Относительная атомная масса неона равна 20,2. Неон состоит из двух изотопов: 20Ne и 22Ne. Рассчитайте молярную долю каждого изотопа в природном неоне.
8. 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.
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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
Атомной массой называется сумма масс всех протонов, нейтронов и электронов, из которых состоит тот или иной атом или молекула. По сравнению с протонами и нейтронами масса электронов очень мала, поэтому она не учитывается в расчетах. Хотя это и некорректно с формальной точки зрения, нередко данный термин используется для обозначения средней атомной массы всех изотопов элемента. На самом деле это относительная атомная масса, называемая также атомным весом элемента. Атомный вес – это среднее значение атомных масс всех изотопов элемента, встречающихся в природе. Химики должны различать эти два типа атомной массы при выполнении своей работы – неправильное значение атомной массы может, к примеру, привести к неправильному результату для выхода продукта реакции.
Шаги
Нахождение атомной массы по периодической таблице элементов
- Атомная единица массы характеризует массу одного моля данного элемента в граммах . Эта величина очень полезна при практических расчетах, поскольку с ее помощью можно легко перевести массу заданного количества атомов или молекул данного вещества в моли, и наоборот.
-
Найдите атомную массу в периодической таблице Менделеева. В большинстве стандартных таблиц Менделеева содержатся атомные массы (атомные веса) каждого элемента. Как правило, они приведены в виде числа в нижней части ячейки с элементом, под буквами, обозначающими химический элемент. Обычно это не целое число, а десятичная дробь.
Помните о том, что в периодической таблице приведены средние атомные массы элементов. Как было отмечено ранее, относительные атомные массы, указанные для каждого элемента в периодической системе, являются средними значениями масс всех изотопов атома. Это среднее значение ценно для многих практических целей: к примеру, оно используется при расчете молярной массы молекул, состоящих из нескольких атомов. Однако когда вы имеете дело с отдельными атомами, этого значения, как правило, бывает недостаточно.
- Поскольку средняя атомная масса представляет собой усредненное значение для нескольких изотопов, величина, указанная в таблице Менделеева не является точным значением атомной массы любого единичного атома.
- Атомные массы отдельных атомов необходимо рассчитывать с учетом точного числа протонов и нейтронов в единичном атоме.
Расчет атомной массы отдельного атома
-
Найдите атомный номер данного элемента или его изотопа. Атомный номер – это количество протонов в атомах элемента, оно никогда не изменяется. Например, все атомы водорода, причем только они, имеют один протон. Атомный номер натрия равен 11, поскольку в его ядре одиннадцать протонов, тогда как атомный номер кислорода составляет восемь, так как в его ядре восемь протонов. Вы можете найти атомный номер любого элемента в периодической таблице Менделеева – практически во всех ее стандартных вариантах этот номер указан над буквенным обозначением химического элемента. Атомный номер всегда является положительным целым числом.
- Предположим, нас интересует атом углерода. В атомах углерода всегда шесть протонов, поэтому мы знаем, что его атомный номер равен 6. Кроме того, мы видим, что в периодической системе, в верхней части ячейки с углеродом (C) находится цифра "6", указывающая на то, что атомный номер углерода равен шести.
- Обратите внимание, что атомный номер элемента не связан однозначно с его относительной атомной массой в периодической системе. Хотя, особенно для элементов в верхней части таблицы, может показаться, что атомная масса элемента вдвое больше его атомного номера, она никогда не рассчитывается умножением атомного номера на два.
-
Найдите число нейтронов в ядре. Количество нейтронов может быть различным для разных атомов одного и того же элемента. Когда два атома одного элемента с одинаковым количеством протонов имеют разное количество нейтронов, они являются разными изотопами этого элемента. В отличие от количества протонов, которое никогда не меняется, число нейтронов в атомах определенного элемента может зачастую меняться, поэтому средняя атомная масса элемента записывается в виде десятичной дроби со значением, лежащим между двумя соседними целыми числами.
Сложите количество протонов и нейтронов. Это и будет атомной массой данного атома. Не обращайте внимания на количество электронов, которые окружают ядро – их суммарная масса чрезвычайно мала, поэтому они практически не влияют на ваши расчеты.
Вычисление относительной атомной массы (атомного веса) элемента
-
Определите, какие изотопы содержатся в образце. Химики часто определяют соотношение изотопов в конкретном образце с помощью специального прибора под названием масс-спектрометр. Однако при обучении эти данные будут предоставлены вам в условиях заданий, контрольных и так далее в виде значений, взятых из научной литературы.
- В нашем случае допустим, что мы имеем дело с двумя изотопами: углеродом-12 и углеродом-13.
-
Определите относительное содержание каждого изотопа в образце. Для каждого элемента различные изотопы встречаются в разных соотношениях. Эти соотношения почти всегда выражают в процентах. Некоторые изотопы встречаются очень часто, тогда как другие очень редки – временами настолько, что их с трудом можно обнаружить. Эти величины можно определить с помощью масс-спектрометрии или найти в справочнике.
- Допустим, что концентрация углерода-12 равна 99%, а углерода-13 – 1%. Другие изотопы углерода действительно существуют, но в количествах настолько малых, что в данном случае ими можно пренебречь.
-
Умножьте атомную массу каждого изотопа на его концентрацию в образце. Умножьте атомную массу каждого изотопа на его процентное содержание (выраженное в виде десятичной дроби). Чтобы перевести проценты в десятичную дробь, просто разделите их на 100. Полученные концентрации в сумме всегда должны давать 1.
- Наш образец содержит углерод-12 и углерод-13. Если углерод-12 составляет 99% образца, а углерод-13 – 1%, то необходимо умножить 12 (атомная масса углерода-12) на 0,99 и 13 (атомная масса углерода-13) на 0,01.
- В справочниках даются процентные соотношения, основанные на известных количествах всех изотопов того или иного элемента. Большинство учебников по химии содержат эту информацию в виде таблицы в конце книги. Для изучаемого образца относительные концентрации изотопов можно также определить с помощью масс-спектрометра.
-
Сложите полученные результаты. Просуммируйте результаты умножения, которые вы получили в предыдущем шаге. В результате этой операции вы найдете относительную атомную массу вашего элемента – среднее значение атомных масс изотопов рассматриваемого элемента. Когда рассматривается элемент в целом, а не конкретный изотоп данного элемента, используется именно эта величина.
- В нашем примере 12 x 0,99 = 11,88 для углерода-12, и 13 x 0,01 = 0,13 для углерода-13. Относительная атомная масса в нашем случае составляет 11,88 + 0,13 = 12,01 .
- Некоторые изотопы менее стабильны, чем другие: они распадаются на атомы элементов с меньшим количеством протонов и нейтронов в ядре с выделением частиц, входящих в состав атомного ядра. Такие изотопы называют радиоактивными.
Изучите как записывается атомная масса. Атомная масса, то есть масса данного атома или молекулы, может быть выражена в стандартных единицах системы СИ – граммах, килограммах и так далее. Однако в связи с тем, что атомные массы, выраженные в этих единицах, чрезвычайно малы, их часто записывают в унифицированных атомных единицах массы, или сокращенно а.е.м. – атомные единицы массы. Одна атомная единица массы равна 1/12 массы стандартного изотопа углерод-12.