В уроке 2 «Изотопы элементов» из курса «Химия для чайников» рассмотрим что такое изотопы элементов и как правильно их обозначают; кроме того мы научимся определять массовое число, дефект массы и энергию связи ядра. Данный урок полностью опирается на основы химии, изложенные в первом уроке, в котором мы рассмотрели строение атома и атомного ядра, поэтому настоятельно вам рекомендую его изучить от корки до корки.
Что такое изотоп?
Хотя все атомы одного элемента имеют одинаковое число протонов, эти атомы могут отличаться числом имеющихся у них нейтронов. Такие различные атомы одного и того же элемента называются изотопами. Количество протонов, а также количество электронов у изотопа и исходного элемента совпадает. По этой причине в природе существует гораздо больше химических элементов, чем указано в таблице Менделеева, которая систематизирует элементы по числу протонов (порядковый номер).
Например, все атомы Li имеют 3 протона, но в природе существуют изотопы, содержащие от 3 до 5 нейтронов. Для обозначения изотопа, слева от символа элемента подписывают нижним индексом его порядковый номер, а верхним — массовое число. Массовое число — это суммарное число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре, численно близкое к атомной массе элемента. Нижний индекс, обозначающий порядковый номер элемента, указывать не обязательно, так как все атомы лития имеют в своем ядре по 3 протона. Также, обсуждая эти изотопы, можно пользоваться записью «литий-6» и «литий-8».
На рисунке выше изображен состав четырех изотопов гелия (Не). Все атомы гелия содержат два протона (и, следовательно, два электрона), но число нейтронов у них может быть разным. В природе большинство атомов гелия имеет два нейтрона (гелий-4) и реже одного раза на миллион встречаются атомы гелия с одним нейтроном (гелий-3). Другие изотопы гелия — гелий-5 , гелий-6 и гелий-8 (не показанный на рисунке) — неустойчивы и обнаруживаются лишь на очень непродолжительное время в ядерных реакциях (подробнее об этом будем говорить еще не скоро). Размеры ядер на рисунке очень сильно увеличены. Если бы они были такими, как это показано на рисунке, диаметр атома должен был достигать примерно 0,5 км.
Пример 1. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в атоме урана-238? Запишите символ этого изотопа.
Решение: Порядковый номер урана (см. таблицу Менделеева) равен 92, а массовое число изотопа равно 238 (по условию). Следовательно, он содержит 92 протона, 92 электрона и 238 — 92 = 146 нейтронов. Его символ 238U.
Дефект массы и энергия связи ядра
Затронув тему изотопов, нельзя пройти мимо феномена дефект массы ядра. Когда из отдельных нуклонов образуется атомное ядро, часть их массы превращается в энергию. Другими словами, вот взяли вы щепотку протонов и нейтронов, хорошенько их смяли вместе, и получили ядро, но его масса будет меньше массы исходных компонентов. Это и есть дефект масс. Формула для расчета дефекта массы ядра:
- ∆m=(Zmp+Nmn)-Mя
где Mя – масса ядра, Z – число протонов в ядре, N – число нейтронов в ядре, mp – масса протона, mn – масса нейтрона.
Если к атому подвести энергию (которая эквивалентна дефекту масс), то можно разделить его ядро обратно на нуклоны. Эта энергия носит название энергия связи ядра. Формула для расчета энергии связи ядра:
- ∆Eсв=∆mc2
где с — скорость света, ∆m — дефект массы ядра
Проверьте себя, как вы усвоили понятия дефект массы и энергия связи ядра, самостоятельно решив задачу пользуясь формулами выше.
Пример 2. Если образовать атом углерода-12 из субатомных частиц, какое значение будет иметь дефект масс?
Показать
Ответ: 0,0990 а.е.м.
[свернуть]
Теперь нам известно, что каждый изотоп элемента характеризуется порядковым номером (суммарным числом протонов), массовым числом (суммарным числом протонов и нейтронов) и атомной массой (массой атома, выраженной в атомных единицах массы). Поскольку дефект массы при образовании атома очень мал, массовое число обычно совпадает с атомной массой изотопа, округленной до ближайшего целого числа. (Например, атомная масса хлора-37 равна 36,966, что после округления дает 37.) Если в природе встречается несколько изотопов одного элемента, то экспериментально наблюдаемая атомная масса (естественная атомная масса) равна средневзвешенному значению атомных масс отдельных изотопов. Это средневзвешенное значение определяется соответственно относительному содержанию изотопов в природе. Хлор существует в природе в виде смеси из 75,53% хлора-35 (атомная масса 34,97 а.е.м.) и 24,47% хлора-37 (36,97 а.е.м.), поэтому средневзвешенное значение масс этих изотопов равно
- (0,7553·34,97 а.е.м.) + (0,2447·36,97 а.е.м.) = 35,46 а.е.м.
Атомные массы, указанные в таблице Менделеева представляют собой во всех случаях средневзвешенные значения атомных масс изотопов, встречающихся в природе, и именно этими значениями мы будем пользоваться в дальнейшем, за исключением тех случаев, когда будет обсуждаться какой-нибудь конкретный изотоп. Все изотопы одного элемента в химическом отношении ведут себя практически одинаково. На рисунке ниже изображены состав и свойства некоторые атомов, ионов и изотопов элементов.
Пример 3. Магний (Mg) в основном состоит из трех естественных изотопов: 78,70% всех атомов магния имеют атомную массу 23,985 а.е.м., 10,13% — 24,986 а.е.м. и 11,17% — 25,983 а.е.м. Сколько протонов и нейтронов содержится в каждом из этих трех изотопов? Чему равно средневзвешенное значение их атомных масс?
Решение: Все изотопы магния содержат по 12 протонов. Изотоп с атомной массой 23,985 а.е.м. имеет массовое число 24 (суммарное число протонов и нейтронов), следовательно, он имеет 24 — 12 = 12 нейтронов. Символ этого изотопа 24Mg. Аналогично находим, что изотоп с атомным весом 24,986 а.е.м. имеет массовое число 25, содержит 13 нейтронов и имеет символ 25Mg. Третий изотоп (25,983 а.е.м.) имеет массовое число 26, содержит 14 нейтронов и имеет символ 26Mg. Средняя атомная масса магния находится следующим образом:
- (0,7870·23,985 а.е.м.) + (0,1013·24,986 а.е.м.) + (0,1117·25,983 а.е.м.) = 24,31 а.е.м.
Надеюсь урок 2 «Изотопы элементов» помог вам понять что из себя представляют изотопы. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Содержание
- — Как вычислять массу ядра?
- — Как найти массу атома вещества?
- — Как найти массу урана?
- — Как найти массу нуклонов?
- — Как рассчитать дефект массы?
- — Как найти массу одного электрона?
- — Сколько кг в а е м?
- — Как найти массу атома натрия?
- — Как найти массу молекулы вещества?
- — Сколько стоит 1 кг урана?
- — Как найти массу Земли по формуле?
- — Как можно найти массу небесных тел?
- — Чему равно массовое число элементов?
- — Как вычислить энергию связи?
Знание массового числа позволяет оценить массу ядра и атома. Если известно массовое число, то масса М атома и его ядра оценивается из следующего соотношения М ≈ А·mN, где mN ≈ 1,67·10−27 кг — масса нуклона, то есть протона или нейтрона.
Как вычислять массу ядра?
принимают 1/12 часть массы нуклида 12C. Следует отметить, что стандартная масса, которая обычно приводится для нуклида — это масса нейтрального атома. Для определения массы ядра нужно из массы атома вычесть сумму масс всех электронов (более точное значение получится, если учесть ещё и энергию связи электронов с ядром).
Как найти массу атома вещества?
Масса атома обозначается символом m a и может выражаться в единицах массы: килограммах или граммах. Массы атомов малы. Так, масса атома водорода равна m a ( H ) = 1,67 ⋅ 10 − 24 г , а масса атома углерода — m a ( C ) = 19,94 ⋅ 10 − 24 г .
Как найти массу урана?
Молярная масса урана равна 238,0289 г/моль.
Данное значение показывает отношение массы вещества (m) е число моль данного вещества (n), обозначается M и может быть рассчитано по формуле: M = m / n.
Как найти массу нуклонов?
Если число протонов в ядре обозначить буквой Z, а число нейтронов — буквой N, то массовое число (или число нуклонов) А = Z + N. Термин “массовое число” связан с тем, что именно количество нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре практически полностью (с точностью обычно не хуже 1%) определяет массу атомного ядра и атома.
Как рассчитать дефект массы?
Дефект массы обусловлен энергией связи ядра Eсв, которая выделяется в результате соединения нуклонов в ядра. Массу, соответствующую энергии связи ядра (т. е. дефект массы), можно найти с помощью уравнения Эйнштейна E = mc2.
Как найти массу одного электрона?
Масса всех электронов m=N*me, где me — масса одного электрона.
Сколько кг в а е м?
1 а. е. м. = 1,660 539 066 60(50)⋅10−27 кг.
Как найти массу атома натрия?
M = m / n. В обычных условиях натрий (строение атома показано на рис. 1) представляет собой серебристо-белый металл. Он настолько мягок, что легко режется ножом.
Как найти массу молекулы вещества?
Чтобы найти массу одной молекулы, надо молярную массу разделить на число Авогадро, приблизительно будет 2,99*10 в минус 23 степени грамма.
Сколько стоит 1 кг урана?
Спотовая стоимость урана на сегодня составляют 20,02 у. е. (1155,3 руб.) за фунт, 1 грамм стоит 2,5 руб., а килограмм — 2500 рублей.
Как найти массу Земли по формуле?
Следовательно, зная, что ускорение свободного падения g=9,81мс2, G=6,673⋅10−11Н⋅м2кг2 и радиус Земли R⊕=6370км, можно по формуле M=gR2⊕G подсчитать массу Земли: M=5,97⋅1024кг. Среднюю плотность Земли можно определить, зная ее массу и объем.
Как можно найти массу небесных тел?
Массу небесного тела можно определить: а) из измерений силы тяжести на поверхности данного тела (гравиметрический способ); б) по третьему (уточненному) закону Кеплера; в) из анализа наблюдаемых возмущений, производимых небесным. телом в движениях других небесных тел.
Чему равно массовое число элементов?
Ма́ссовое число́ атомного ядра — суммарное количество протонов и нейтронов (называемых общим термином «нуклоны») в ядре. Обычно обозначается буквой A. Массовое число близко к атомной массе изотопа, выраженной в атомных единицах массы, но совпадает с ней только для углерода-12, поскольку атомная единица массы (а.
Как вычислить энергию связи?
Энергия связи ядра Eсв(A,Z) это минимальная энергия, необходимая, чтобы развалить ядро на отдельные, составляющие его нуклоны. Есв(A, Z) = [Z mp + (A — Z)mn — M(A, Z)]c2, где Z — число протонов, ( A — Z) — число нейтронов, mp — масса протона, mn — масса нейтрона, М(A,Z) — масса ядра с массовым числом А и зарядом Z.
Интересные материалы:
Что такое игла и какая она бывает?
Что такое индуктивность и от чего она зависит?
Что такое Инн компании?
Что такое int в Python?
Что такое история как наука кратко?
Что такое Ив Роше Дело Навального?
Что такое износ основных средств?
Что такое канон у Шипперов?
Что такое кэш в Вайбере?
Что такое Кешбек Ашан?
Все атомы элемента имеют одинаковое количество протонов в своих ядрах; Однако разные изотопы имеют разное количество нейтронов в своих ядрах. Водород, например, имеет только один протон в своем ядре, но изотоп водорода, называемый дейтерием, имеет нейтрон в дополнение к протону. Изотопы обычно обозначаются массовым числом, которое является числом протонов и нейтронов в ядре этого изотопа. Энергия связи нуклонов в ядре приводит к тому, что фактическая масса атома немного отличается от массового числа, поэтому фактическая масса может быть определена только экспериментально. Вы можете определить массовое число, просто сложив число нейтронов и протонов.
Запишите количество протонов в ядре изучаемого элемента. Количество протонов совпадает с атомным номером элемента в периодической таблице. Например, углерод имеет атомный номер 6 и, следовательно, шесть протонов в своем ядре.
Запишите количество нейтронов. Это зависит от того, какой изотоп вы выбрали для изучения. Например, в углероде-13 содержится семь нейтронов.
Добавьте число нейтронов к числу протонов, чтобы найти номинальную массу или массовое число. Массовое число углерода-13, например, равно 13. Имейте в виду, что из-за энергии связи для нуклонов фактическая масса углерода-13 будет очень незначительно отличаться от номинальной массы. Для большинства расчетов номинальная масса должна быть достаточной.
Посмотрите точную атомную массу в таблице на веб-странице Национального института стандартов и технологий по атомным весам, если вам нужна точная атомная масса. Эта цифра может быть определена только экспериментально.
Видеоурок: Строение атомного ядра. Ядерные силы
Лекция: Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы
Итак, из прошлой темы мы определились, что любое ядро состоит из нуклонов. Но благодаря чему ядра не распадаются? Казалось бы, в ядре всех элементов, кроме легкого водорода, содержится по несколько протонов. Как мы знаем, одноименные заряды отталкиваются, но этого не происходит в ядре. Более того, оно считается стабильным, а силы в нем самыми большими, в сравнении со всеми возможными. Можно предположить, что частицы держаться благодаря гравитационным силам. Все это можно проверить.
Предположим, что в ядре некоторого элемента содержится два протона (например, это гелий). Давайте определим, как относятся силы гравитационного взаимодействия к кулоновским силам. В формулах нам важно знать массу и величину заряда протона, а, как известно, это постоянные величины.
Судя из данных расчетов, электрические силы отталкивания во много раз больше гравитационных сил. А это значит, что существуют другие силы, позволяющие удерживать ядро целостным. Эти силы называются ядерными.
Ядерные силы
До этого момента нами были изучены два вида сил: гравитационные и электромагнитные. Существует другое взаимодействие, которое называется сильным. Именно оно присутствует в ядре.
Свойства ядерных сил:
1. Данные силы имеются между всеми нуклонами в ядре (нейтронами и протонами).
2. Данные силы в 102 раз больше, чем электромагнитные. Не существует иных сил, которые превосходили бы ядерные силы.
3. Ядерные силы действуют на расстоянии не более 10-15м. Если расстояние увеличить, то силы гаснут, если же уменьшить, то они способствуют отталкиванию частиц.
Атомная единица массы
Достаточно неудобно рассчитывать ядерные массы в килограммах, поскольку масса любого ядра очень маленькая. Именно поэтому в качестве измерения массы ввели новую единицу, которая называется атомной единицей массы (а.е.м.). Именно данная величина указана в таблице Менделеева.
Точное значение а.е.м было принято за 1/12 величину массы углерода и оно равно:
Итак, всем нам известно, что любое покоящееся тело имеет энергию, которую можно рассчитать по формуле Е = mc2. Для упрощения счета некоторых величин, перемножим величину скорости света на 1 а.е.м. Энергия 1 а.е.м любого тела равна:
Чтобы не получать постоянно такие малые величины энергии, в ядерной физике используют другие единицы измерения, а именно электрон-вольты:
А это значит, что энергия 1 а.е.м. равна:
Для известных нам частиц можно так же рассчитать постоянное значение энергии:
Дефект масс. Энергия связи
Существует огромное количество таблиц, в которых можно определить точное значение массы того или иного изотопа. Но Вы можете спросить, зачем они нужны, ведь можно просто взять и сложить массы всех частиц ядра и получить конечное его значение. До некоторого времени так и делали, пока не стало известно, что сумма масс всех нуклонов не совпадает с массой ядра. Масса ядра всегда меньше, чем сумма масс всех нуклонов. Разность этих масс называется дефектом масс.
Дефект масс находится по формуле:
Обратите внимание, в данной формуле М — это масса ядра. Однако, в таблице Менделеева и других таблицах указана масса всего атома. Поэтому из известного значения следует вычесть массу всех имеющихся электроном.
Например, давайте рассмотрим ядро Гелия и найдем для него дефект масс. Для начала найдем значение массы атома гелия и вычтем из нее массы двух имеющихся электронов:
Далее найдем массу всех нуклонов гелия:
В результате получим величину дефекта масс:
Разность энергий в таком случае находится следующим образом:
Данная разность называется энергией связи. Она определяется работой, которую прикладывают к ядру для расщепления его на составные единицы (нуклоны).
Удельная энергия связи
Насколько прочное ядро характеризует удельная энергия связи. Эта величина показывает, какую работу следует приложить для отщепления одного нуклона из ядра. Находится данная величина по формуле:
Измеряется она в МэВ на нуклон.
На графике можно наблюдать зависимость величины удельной энергии от количества нуклонов в ядре:
Чем легче ядра и больше количество нуклонов, тем больше удельная энергия. Однако для тяжелых ядер данная зависимость является обратной.
Предмет: Физика,
автор: zerchakgg
Рассчитай количество нуклонов, протонов и нейтронов в изотопе химического элемента.
Приложения:
Ответы
Автор ответа: WiLdToNnY
9
Нуклоны — сумма нейтронов и протонов (или массовое число элемента)
А (число нуклонов) = 3
Число протонов (равно числу электронов): Ζ = 2
Число нейтронов (или атомный номер): N = А — Z = 3 — 2 = 1
Предыдущий вопрос
Следующий вопрос
Интересные вопросы
Предмет: Физика,
автор: catloveana27
Помогите пожалуйста мне это решить
4 года назад
Предмет: Обществознание,
автор: sharofidinmurodjonov
Творческая работа #3
Срочно
Пожалуйста
Даю 15 баллов
4 года назад
Предмет: История,
автор: Аноним
подготовить проект о любом представителе эпохи возрождения по плану по плану где и когда родился, как происходил выбор творческого пути, основанные и самые известные произведения творчества, , значение творчества
4 года назад
Предмет: Математика,
автор: Dashahsd
только краткое условие!!!!!
6 лет назад
Предмет: Литература,
автор: aktanchik15
пущиину анализ лерического произведения
6 лет назад