Сколько протонов содержит ядро аргона. Аргон: факты и фактики

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Аргон

В 1785 г. английский химик и физик Г. Кавендиш обнаружил в воздухе какой-то новый газ, необыкновенно устойчивый химически. На долю этого газа приходилась примерно одна сто двадцатая часть объема воздуха. Но что это за газ, Кавендишу выяснить не удалось.

Об этом опыте вспомнили 107 лет спустя, когда Джон Уильям Стратт (лорд Рэлей) натолкнулся на ту же примесь, заметив, что азот воздуха тяжелее, чем азот, выделенный из соединений. Не найдя достоверного объяснения аномалии, Рэлей через журнал «Nature» обратился к коллегам-естествоиспытателям с предложением вместе подумать и поработать над разгадкой ее причин...

Спустя два года Рэлей и У. Рамзай установили, что в азоте воздуха действительно есть примесь неизвестного газа, более тяжелого, чем азот, и крайне инертного химически.

Когда они выступили с публичным сообщением о своем открытии, это произвело ошеломляющее впечатление. Многим казалось невероятным, чтобы несколько поколений ученых, выполнивших тысячи анализов воздуха, проглядели его составную часть, да еще такую заметную – почти процент!

Кстати, именно в этот день и час, 13 августа 1894 г., аргон и получил свое имя, которое в переводе с греческого значит «недеятельный». Его предложил председательствовавший на собрании доктор Медан.

Между тем нет ничего удивительного в том, что аргон так долго ускользал от ученых. Ведь в природе он себя решительно ничем не проявлял! Напрашивается параллель с ядерной энергией: говоря о трудностях ее выявления, А. Эйнштейн заметил, что нелегко распознать богача, если он не тратит своих денег...

Скепсис ученых был быстро развеян экспериментальной проверкой и установлением физических констант аргона. Но не обошлось без моральных издержек: расстроенный нападками коллег (главным образом химиков) Рэлей оставил изучение аргона и химию вообще и сосредоточил свои интересы на физических проблемах. Большой ученый, он и в физике достиг выдающихся результатов, за что в 1904 г. был удостоен Нобелевской премии. Тогда в Стокгольме он вновь встретился с Рамзаем, который в тот же день получал Нобелевскую премию за открытие и исследование благородных газов, в том числе и аргона.

Облик «недеятельного» газа

Химическая инертность аргона (как и других газов этой группы) и одноатомность его молекул объясняются прежде всего предельной насыщенностью электронных оболочек. Тем не менее разговор о химии аргона сегодня не беспредметен.

Есть основания считать, что исключительно нестойкое соединение Hg – Ar, образующееся в электрическом разряде, – это подлинно химическое (валентное) соединение. Не исключено, что будут получены валентные соединения аргона с фтором и кислородом, которые, скорее всего, будут неустойчивыми, Как нестойки и даже взрывоопасны окислы ксенона – газа, более тяжелого и явно более склонного к химическим реакциям, чем аргон.

Еще в конце прошлого века француз Вийяр, сжимая аргон под водой при 0°C, получил кристаллогидрат состава Аr · 6Н 2 О, а в 20...30-х годах XX столетия Б.А. Никитиным, Р.А. Франкраном и другими исследователями при повышенных давлениях и низких температурах были получены кристаллические клатратные соединения аргона с H 2 S, SO 2 , галогеноводородами, фенолами и некоторыми другими веществами. В 1976 г. появилось сообщение о синтезе гидрида аргона, но пока еще трудно сказать, является ли этот гидрид истинно химическим, валентным соединением.

Вот пока и все успехи химии...

Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при – 185,9°C, затвердевает при – 189,4°C (в условиях нормального давления). В отличие от гелия и неона, он довольно хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в воде (3,29 см 3 в 100 г воды при 20°C). Еще лучше растворяется аргон во многих органических жидкостях. Зато он практически нерастворим в металлах и не диффундирует сквозь них.

Как все инертные газы, аргон диамагнитен. Это значит, что его магнитная восприимчивость отрицательна, он оказывает большее противодействие магнитным силовым линиям, чем пустота. Это свойство аргона (как и многие другие) объясняется «замкнутостью» электронных оболочек его атомов.

Под действием электрического тока аргон ярко светится, сине-голубое свечение аргона широко используется в светотехнике.

Теперь о влиянии аргона на живой организм. При вдыхании смеси из 69% Ar, 11% азота и 20% кислорода под давлением 4 атм возникают явления наркоза, которые выражены гораздо сильнее, чем при вдыхании воздуха под тем же давлением. Наркоз мгновенно исчезает после прекращения подачи аргона. Причина – в неполярности молекул аргона, повышенное же давление усиливает растворимость аргона в нервных тканях.

Биологи нашли, что аргон благоприятствует росту растений. Даже в атмосфере чистого аргона семена риса, кукурузы, огурцов и ржи выкинули ростки. Лук, морковь и салат хорошо прорастают в атмосфере, состоящей из 98% аргона и только 2% кислорода.

На Земле и во Вселенной

На Земле аргона намного больше, чем всех прочих элементов его группы, вместе взятых. Его среднее содержание в земной коре (кларк) в 14 раз больше, чем гелия, и в 57 раз больше, чем неона. Есть аргон и в воде, до 0,3 см 3 в литре морской и до 0,55 см 3 в литре пресной воды. Любопытно, что в воздухе плавательного пузыря рыб аргона находят больше, чем в атмосферном воздухе. Это потому, что в воде аргон растворим лучше, чем азот...

Главное «хранилище» земного аргона – атмосфера. Его в ней (по весу) 1,286%, причем 99,6% атмосферного аргона – это самый тяжелый изотоп – аргон-40. Еще больше доля этого изотопа в аргоне земной коры. Между тем у подавляющего большинства легких элементов картина обратная – преобладают легкие изотопы.

Причина этой аномалии обнаружена в 1943 г. В земной коре находится мощный источник аргона-40 – радиоактивный изотоп калия 40 К. Этого изотопа на первый взгляд в недрах немного – всего 0,0119% от общего содержания калия. Однако абсолютное количество калия-40 велико, поскольку калий – один из самых распространенных на нашей планете элементов. В каждой тонне изверженных пород 3,1 г калия-40.

Радиоактивный распад атомных ядер калия-40 идет одновременно двумя путями. Примерно 88% калия-40 подвергается бета распаду и превращается в кальций-40. Но в 12 случаях из 100 (в среднем) ядра калия-40 не излучают, а, наоборот, захватывают по одному электрону с ближайшей к ядру К-орбиты («К-захват»). Захваченный электрон соединяется с протоном – образуется новый нейтрон в ядре и излучается нейтрино. Атомный номер элемента уменьшается на единицу, а масса ядра остается практически неизменной. Так калий превращается в аргон.

Период полураспада 40 К достаточно велик – 1,3 млрд лет. Поэтому процесс образования 40 Аr в недрах Земли будет продолжаться еще долго, очень долго. Поэтому, хотя и чрезвычайно медленно, но неуклонно будет возрастать содержание аргона в земной коре и атмосфере, куда аргон «выдыхается» литосферой в результате вулканических процессов, выветривания и перекристаллизации горных пород, а также водными источниками.

Правда, за время существования Земли запас радиоактивного калия основательно истощился – он стал в 10 раз меньше (если возраст Земли считать равным 4,5 млрд лет.).

Соотношение изотопов 40 Аr: 40 К и 40 Ar: 36 Аr в горных породах легло в основу аргонного метода определения абсолютного возраста минералов. Очевидно, чем больше эти отношения, тем древнее порода. Аргонный метод считается наиболее надежным для определения возраста изверженных пород и большинства калийных минералов. За разработку этого метода профессор Э.К. Герлинг в 1963 году удостоен Ленинской премии.

Итак, весь или почти весь аргон-40 произошел на Земле от калия-40. Поэтому тяжелый изотоп и доминирует в земном аргоне.

Этим фактором объясняется, кстати, одна из аномалий периодической системы. Вопреки первоначальному принципу ее построения – принципу атомных весов – аргон поставлен в таблице впереди калия. Если бы в аргоне, как и в соседних элементах, преобладали легкие изотопы (как это, по-видимому, имеет место в космосе), то атомный вес аргона был бы на две-три единицы меньше...

Теперь о легких изотопах.

Откуда берутся 36 Аr и 38 Аr? Не исключено, что какая-то часть этих атомов реликтового происхождения, т.е. часть легкого аргона пришла в земную атмосферу из космоса при формировании нашей планеты и ее атмосферы. Но большая часть легких изотопов аргона родилась на Земле в результате ядерных процессов.

Вероятно, еще не все такие процессы обнаружены. Скорее всего некоторые из них давно прекратились, так как исчерпались короткоживущие атомы-«родители», но есть и поныне протекающие ядерные процессы, в которых рождаются аргон-36 и аргон-38. Это бета-распад хлора-36, обстрел альфа-частицами (в урановых минералах) серы-33 и хлора-35:

36 17 Cl β– → 36 18 Ar + 0 –1 e + ν.

33 16 S + 4 2 He → 36 18 Ar + 1 0 n .

35 17 Cl + 4 2 He → 38 18 Ar + 1 0 n + 0 +1 e .

В материи Вселенной аргон представлен еще обильнее, чем на нашей планете. Особенно много его в веществе горячих звезд и планетарных туманностей. Подсчитано, что аргона в космосе больше, чем хлора, фосфора, кальция, калия – элементов, весьма распространенных на Земле.

В космическом аргоне главенствуют изотопы 36 Аr и 38 Аr, аргона-40 во Вселенной очень мало. На это указывает масс-спектральный анализ аргона из метеоритов. В том же убеждают подсчеты распространенности калия. Оказывается, в космосе калия примерно в 50 тыс. раз меньше, чем аргона, в то время как на Земле их соотношение явно в пользу калия – 660: 1. А раз мало калия, то откуда же взяться аргону-40?!

Как добывают аргон

Земная атмосфера содержит 66 · 10 13 т аргона. Этот источник аргона неисчерпаем, тем более что практически весь аргон рано или поздно возвращается в атмосферу, поскольку при использовании он не претерпевает никаких физических или химических изменений. Исключение составляют весьма незначительные количества изотопов аргона, расходуемые на получение в ядерных реакциях новых элементов и изотопов.

Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород – из пространства над конденсатором.

Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Состав аргонной фракции: 10...12% аргона, до 0,5% азота, остальное – кислород. В «аргонной» колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3...10% кислорода и 3...5% азота. Дальше следует очистка «сырого» аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией). В промышленных масштабах ныне получают аргон до 99,99%-ной чистоты. Аргон извлекают также из отходов аммиачного производства – из азота, оставшегося после того, как большую его часть связали водородом.

Аргон хранят и транспортируют в баллонах емкостью 40 л, окрашенных в серый цвет с зеленой полосой и зеленой надписью. Давление в них 150 атм. Более экономична перевозка сжиженного аргона, для чего используют сосуды Дюара и специальные цистерны.

Искусственные радиоизотопы аргона получены при облучении некоторых стабильных и радиоактивных изотопов (37 Cl, 36 Аr, 40 Аr, 40 Са) протонами и дейтонами, а также при облучении нейтронами продуктов, образовавшихся в ядерных реакторах при распаде урана. Изотопы 37 Аr и 41 Аr используются как радиоактивные индикаторы: первый – в медицине и фармакологии, второй – при исследовании газовых потоков, эффективности систем вентиляции и в разнообразных научных исследованиях. Но, конечно, не эти применения аргона самые важные.

«Недеятельный» – деятельный

Как самый доступный и относительно дешевый благородный газ аргон стал продуктом массового производства, особенно в последние десятилетия.

Первоначально главным потребителем элемента №18 была электровакуумная техника. И сейчас подавляющее большинство ламп накаливания (миллиарды штук в год) заполняют смесью аргона (86%) и азота (14%). Переход с чистого азота на эту смесь повысил светоотдачу ламп. Поскольку в аргоне удачно сочетаются значительная плотность с малой теплопроводностью, металл нити накаливания испаряется в таких лампах медленнее, передача тепла от нити к колбе в них меньше. Используется аргон и в современных люминесцентных лампах для облегчения зажигания, лучшей передачи тока и предохранения катодов от разрушения.

Однако в последние десятилетия наибольшая часть получаемого аргона идет не в лампочки, а в металлургию, металлообработку и некоторые смежные с ними отрасли промышленности. В среде аргона ведут процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла с кислородом, азотом, углекислотой и влагой воздуха. Аргонная среда используется при горячей обработке титана, тантала, ниобия, бериллия, циркония, гафния, вольфрама, урана, тория, а также щелочных металлов. В атмосфере аргона обрабатывают плутоний, получают некоторые соединения хрома, титана, ванадия и других элементов. Продувка аргоном жидкой стали намного повышает ее качество.

Уже существуют металлургические цехи объемом в несколько тысяч кубометров с атмосферой, состоящей из аргона высокой чистоты. В этих цехах работают в изолирующих костюмах, а дышат подаваемым через шланги воздухом (выдыхаемый воздух отводится также через шланги); запасные дыхательные аппараты закреплены на спинах работающих.

Защитные функции выполняет аргон и при выращивании монокристаллов (полупроводников, сегнетоэлектриков), а также в производстве твердосплавных инструментов. Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые включения. Это улучшает свойства металла.

Все шире применяется дуговая электросварка в среде аргона. В аргонной струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудносвариваемыми.

Не будет преувеличением сказать, что электрическая дуга в аргонной атмосфере внесла переворот в технику резки металлов. Процесс намного ускорился, появилась возможность резать толстые листы самых тугоплавких металлов. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных и иных пленок. Одновременно он сжимает и концентрирует дугу на малой поверхности, отчего температура в зоне резки достигает 4000...6000°C. К тому же эта газовая струя выдувает продукты резки. При сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и электродных покрытиях, а стало быть, и в зачистке шва от шлака и остатков флюса.

Таковы важнейшие применения аргона. Он стал нужен многим отраслям науки и техники, в том числе самым современным отраслям. Не следует, однако, считать, что все возможности элемента №18 уже исчерпаны. Насколько известно, намечается вовлечение в технику даже твердого аргона: в Физическом институте Академии наук СССР его кристаллы (как, впрочем, и другие благородные газы в твердом состоянии) исследовали как возможный материал для лазеров, работающих в ультрафиолетовом диапазоне.

Стремление использовать свойства и возможности сверхчистых материалов – одна из тенденций современной техники. Для сверхчистоты нужны инертные защитные среды, разумеется, тоже чистые; аргон – самый дешевый и доступный из благородных газов. Поэтому его производство и потребление росло, растет и будет расти.

Предсказание Н. Морозова

В январе 1881 г. в Петропавловскую, а затем в Шлиссельбургскую крепость за революционную деятельность был заточен русский ученый-самородок, человек энциклопедического ума Николай Морозов. Четверть века провел он в заключении. В жутких условиях каземата он продумал и написал около 60 книг и статей по различным вопросам естествознания. Развивая идеи Менделеева, он построил таблицу «минеральных элементов», в которой в отличие от менделеевской таблицы была последняя группа; в нее Морозов включил предполагаемые химически не активные элементы с атомными массами 4, 20, 36 (или 40), 82 и т.д. Позже, в 1903 г., он писал: «Аналогия подсказывала, что недостающие элементы должны быть... газообразными... Искать их, по теории, следовало именно в атмосфере... Атомы у этих безвалентных... газов не должны быть менее прочны, чем у остальных элементов.

Велика была моя радость, когда впервые дошла до меня весть об открытии Рамзаем и Рэлеем первого вестника из этой недостававшей серии элементов – аргона!»

И у великих бывают ошибки

Об одной из таких ошибок рассказывал в автобиографическом очерке Рамзай. После сжижения сырого аргона он обнаружил на стенках сосуда какое-то вещество, при испарении которого образовался газ. Спектр газа был необычным, и ученый поспешил сообщить об открытии еще одного компонента воздуха, который он назвал метаргоном. Но при последующей проверке оказалось, что этот необычный спектр дала... смесь аргона с CO. Откуда попала в жидкий воздух окись углерода – сказать трудно. Важно, что и в этой – мало приятной для ученого – ситуации Рамзай оказался на высоте. Вот его собственные слова по этому поводу: «Достойно сожаления, конечно, если случается обнародовать нечто неточное. Тем не менее я осмеливаюсь думать, что случайная ошибка извинительна... Непогрешимым быть невозможно, а в случае ошибок найдется всегда очень большое число друзей, которые быстро исправят ошибку».

 Теория: Ядро атома состоит из протонов , которые называются нуклонами.
Атом характеризуется двумя числами А - массовое число (сколько нуклонов), Z - зарядовое число (сколько протонов), зарядовое число меньше массового.
Что бы найти число нейтронов надо из массового числа вычесть зарядовое N=A-Z

Если атом потеряет электрон, то он станет положительным ионом, если же атом захватит лишний электрон то он станет отрицательным ионом. Это связано с тем, что атом изначально электрически нейтрален. Заряд протона по модулю равен заряду электрона, но отличаются знаком.(q e = -1,6·10 -19 Кл, q p = 1,6·10 -19 Кл). Число протонов равно числу электронов, суммарный заряд атома равен нулю, но если протонов станет больше то суммарный заряд стане положителен образуется положительный ион, если же электронов станет больше, то образуется отрицательный ион.
Задание фипи: Ядро аргона содержит
1) 18 протонов и 40 нейтронов
2) 18 протонов и 22 нейтрона
3) 40 протонов и 22 нейтрона
4) 40 протонов и 18 нейтронов
Решение: зарядовое число Z=18 следовательно протонов 18, массовое число A=40, следовательно 40 нуклонов, тогда число нейтронов N=A-Z=40-18=22.
Ответ: 2
Атом станет положительно заряженным ионом, если
1) он потеряет электроны

3) он потеряет протоны
4) к нему присоединятся нейтроны
Решение: Атом станет положительно заряженным ионом, если он потеряет электроны. Так как в этом случае суммарный заряд атома будет положителен.
Ответ: 1
Задание ОГЭ по физике (ФИПИ): Атом станет отрицательно заряженным ионом, если
1) он потеряет электроны
2) к нему присоединятся электроны
3) он потеряет нейтроны
4) к нему присоединятся протоны
Решение: том станет отрицательно заряженным ионом, если к нему присоединятся электроны. Так как в этом случае суммарный заряд атома будет отрицателен. Ответ: 1
Задание ОГЭ по физике (ФИПИ): Атом становится отрицательно заряженным ионом. Как при этом изменяется заряд его ядра? 1) ядро остается положительно заряженным
2) ядро было положительно заряженным, а приобрело отрицательный заряд
3) ядро было отрицательно заряженным, а приобрело положительный заряд
4) ядро атома становится электрически нейтральным.
Решение: Атом становится отрицательно заряженным ионом, значит он захватил лишние электроны, при этом заряд ядра не изменился, так как электроны обращаются вокруг ядра.
Ответ: 1
Задание ОГЭ по физике (ФИПИ): Ядро атома состоит из
1) нейтронов и электронов
2) протонов и электронов
3) протонов и нейтронов

Решение: Ядро атома состоит из протонов и нейтронов.
Ответ: 3
Задание ОГЭ по физике (ФИПИ): В нейтральном атоме число электронов равно
1) числу нейтронов в ядре
2) числу протонов в ядре
3) суммарному числу нейтронов и протонов в ядре
4) разности между числом протонов и нейтронов в ядре

4.1. Состав атомов

Слово " атом" переводится с древнегреческого языка как " неделимый" . Так и предполагалось почти до конца XIX века. В 1911 г. Э. Резерфорд обнаружил, что в атоме существует положительно заряженное ядро . Позже было доказано, что оно окружено электронной оболочкой .

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.

Таблица 11. Важнейшие характеристики электрона, протона и нейтрона

• Название " электрон" происходит от греческого слова, означающего " янтарь" .
• Название " протон" происходит от греческого слова, означающего " первый" .
• Название " нейтрон" происходит от латинского слова, означающего " ни тот, ни другой" (имеется в виду его электрический заряд).
• Знаки " –" , " +" и " 0" в символах частиц занимают место правого верхнего индекса.
• Размер электрона столь мал, что в физике (в рамках современной теории) вообще считается некорректным говорить об измерении этой величины.

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.

Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А . Число нейтронов в ядре обозначается буквой N , а число протонов – буквой Z . Эти числа связаны между собой простым соотношением:

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.

При химических peaкцияx атомы могут терять часть своих электронов, а могут и присоединять " лишние" . При этом из нейтральных атомов образуются заряженные частицы – ионы . Химическая сущность атомов при этом не меняется, то есть атом, например, хлора не превращается в атом азота или в атом какого-нибудь другого элемента. Физические воздействия довольно большой энергии могут вообще " сорвать" с атома всю электронную оболочку. Химическая сущность атома при этом также не изменится – отняв электроны у каких-нибудь других атомов, ядро снова превратится в атом или ион того же элемента. Атомы, ионы и ядра обобщенно называются нуклидами .

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

Теперь мы можем сформулировать окончательное определение понятия " химический элемент" .

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.

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.

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.

где D i – доля интересующих нас объектов (например, седьмых),
N 1 – число первых объектов,
N 2 – число вторых объектов,
N 3 – 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 (N 1) до последнего (N n ).

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

N 1 = n з, N 2 = N к, N 3 = n c ;

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

НУКЛИД, ИЗОТОП, ДОЛЯ
1.Определите долю протонов в ядре атома . .Определите долю нейтронов в этом ядре.
2.Какова доля нейтронов в ядрах нуклидов
3.Массовое число нуклида равно 27. Доля протонов в нем 48,2%. Нуклидом какого элемента является данный нуклид?
4.В ядре нуклида доля нейтронов 0,582. Определите Z.
5.Во сколько раз масса атома тяжелого изотопа урана 92 U, содержащего 148 нейтронов в ядре, больше массы атома легкого изотопа урана, содержащего в ядре 135 нейтронов?

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.

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– 27 кг.

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 (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 ():

где D 1 , D 2 , ..., D i – доля 1-го, 2-го, ... , i -го изотопа;
m 0 (1), m 0 (2), ..., m 0 (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 D 1 , D 2 , ..., 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

4)Какова доля а) атомов кислорода в оксиде азота N 2 O 5 ; 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.

Строение ядер атомов. Изотопы. Нуклиды. Явление радиоактивности.

Нуклоны – это общее название:

Протонов и электронов

Протонов и нейтронов

Нейтронов и электронов

Стабильных нуклидов.

Смесь, состоящая из 6 протонов и 3 нейтронов, имеет приблизительно такую же массу, как и средняя масса атома элемента:

Цезия 2) берилия 3) натрия 4) фтора

Масса атома определяется массой:

Протонов и электронов

Протонов и нейтронов

Нейтронов и электронов

Заряд ядра определяется числом:

Нейтронов 3) протонов и электронов

Электронов 4) протонов

Массовое число нуклида позволяет определить:

Приблизительную массу нуклида (в г)

Число элементарных частиц

Число нейтронов в нуклиде

Число изотопов элемента

Атомы данного химического элемента могут отличаться

Массой 3) нуклонным числом

Числом протонов 4) составом ядра.

Приобретая два электрона, электронейтральный атом серы превращается:

В один из других нуклидов серы

Атом кремния

Атом аргона

Ион серы с электронной оболочкой аргона.

Электронейтральный атом азота содержит 7 протонов и 7 электронов. Ион N-3 содержит:

7 протонов и 7 электронов 3) 7 протонов и 10 электронов

10 протонов и 7 электронов 4) 4 протона и 10 электронов

Электронейтральный атом кальция содержит 20 протонов и 20 электронов. Ион Ca2+ содержит:

20 протонов и 20 электронов 3) 20 протонов и 18 электронов

18 протонов и 20 электронов 4) 20 протонов и 22 электрона

Больше электронов, чем протонов, содержит частица, символ которой:

С 2) О2- 3) Al3+ 4) 818O

Больше протонов, чем электронов, содержит частица, символ (формула) которой:

NH4+ 2) Mn 3) S2- 4) O2

Массовое число в точности равно относительной атомной массе для нуклида:

65Cu 2) 12C 3) 35Cl 4) 23Na

Один из нуклидов меди содержит 36 нейтронов. Массовое число этого нуклида равно:

29 2) 65 3) 36 4) 94

Два нейтрона в ядре содержат атомы:

Протия 2) гелия 3) трития 4) дейтерия

Укажите число нейтронов в нуклиде бария 138:

56 2) 82 3) 138 4) 194

Укажите число протонов в молекуле оксида азота (4):

7 2) 16 3) 23 4) 46

Заряд иона, в состав которого входит 10 электронов и 12 протонов равен:

2 2) +12 3) -10 4) -2

Число электронов в атоме 1224Mg равно:

36 2) 24 3) 14 4) 12

Наименьшее число протонов содержится в ядре атома, название которого:

Медь 2) серебро 3) калий 4) хлор

Элемент, атом которого в основном состоянии имеет электронную конфигурацию 1s22s22p2 находится в группе:

IIA 2) IIB 3) IVA 4) VIA

Элемент, атом которого в основном состоянии имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p1 находится в группе:

IIIA 2) IIIB 3) IA 4) VIA

Заряд атома бора равен:

5 2) -5 3) +11 4) -11

Одинаковое число протонов содержат атомы:

Гелия 2) трития 3) протия 4) дейтерия

Укажите атомный номер элемента 41Э, в ядре которого находится 20 нейтронов:

20 2) 21 3) 41 4) 61

Четыре нейтрона содержатся в ядре нуклида:

Гелия 2) лития 3) трития 4) дейтерия

Электронейтральный нуклид содержит 16 нейтронов и 15 электронов. Массовое число нуклида равно:

1 2) 15 3) 16 4) 31

Укажите массу нуклида 40Са2+

18 u 2) 20u 3) 38u 4) 40u

Массовое число электронейтрального нуклида равно 130 и число электронов в нем составляет 54. Число протонов и нейтронов в нуклиде соответственно равно:

54 и 130 2) 54 и 76 3) 76 и 54 4) 54 и 184

Электронейтральный атом какого элемента имеет столько же электронов, как и молекула воды:

Фтор 2) аргон 3) неон 4) углерод

Когда электронейтральный атом превращается в катион, то:

Заряд ядра уменьшается

Возрастает число электронов в атоме

Заряд ядра не изменяется

Уменьшается число электронов в атоме

Когда электронейтральный нуклид превращается в анион, то:

Заряд ядра возрастает

Увеличивается число электронов в атоме

Возрастает массовое число

Нуклонное число не изменяется

Укажите справедливые утверждения:

Масса нуклида 16О равна 8u

Масса нуклида 32S равна 5,312·10-23г

Число протонов и электронов в электронейтральном нуклиде:

всегда равно числу нейтронов

всегда равно числу электронов

равно атомному номеру элемента в периодической системе

равно разности между нуклонным числом и числом нейтронов

По 18 электронов содержат частицы:

HS- 2) H2S 3) H2O 4) PH4+

В молекуле Э2 содержится 32 электрона. Укажите символ элемента Э:

Кислород 2) фосфор 3) селен 4) сера

Для атома неона, катиона натрия и аниона фтора равны:

Масса 2) число нейтронов 3) число электронов 4) число протонов

В молекуле Sx содержатся 64 электрона. Укажите значение х:

Один 2) два 3) три 4) четыре

Массовая доля атомов водорода наибольшая в составе молекулы, формула которой:

Т2 18О 2) 11Н2 17О 3) D218O

Укажите массу иона Т218О+:

24u 2) 23u 3) 3,984·10-23 г 4) 3,818 ·10-23 г

Укажите символы элементарных частиц:

11Н 2) р+ 3) 4) е-

Чем различаются нуклиды 32S и 32S2-:

Числом электронов

Числом протонов

Числом нейтронов

Общим числом элементарных частиц

Что одинаково для нуклида алюминия – 27 и катиона алюминия – 27:

Протонное число

Нуклонное число

Общее число элементарных частиц

Число электронов.

Общее число электронов и нейтронов в нуклиде скандия – 45 равно:

21 2) 24 3) 45 4) 66

Масса электронейтрального нуклида равна 210,82·10-24 г, а в электронной оболочке содержатся 53 электрона. Укажите число нейтронов в нуклиде:

53 2) 74 3) 127 4) 180.

Укажите сумму всех элементарных частиц в нуклиде олова – 119:

50 2) 119 3) 169 4) 219

Сумма всех элементарных частиц в нуклиде аниона селена – 78 (Se2-) равна:

80 2) 110 3) 112 4) 114.

Чему равна разница между числом нейтронов и числом электронов в нуклиде Те2- - 125:

18 2) 19 3) 20 4) 21

Число электронов и число протонов в ионе HSO3- равно:

82 е-и 81 р+ 3) 42е- и 42 р+

83 е- и 81р+ 4) 42е- и 41р+