Глава II.строеж на атомите и периодичен закон. Подреждане на протоните и неутроните в ядрото

Глава първа. СВОЙСТВА НА СТАБИЛНИТЕ ЯДРА

Вече беше казано по-горе, че ядрото се състои от протони и неутрони, свързани от ядрени сили. Ако измерваме масата на ядрото в атомни единици за маса, тя трябва да бъде близка до масата на протона, умножена по цяло число, наречено масово число. Ако зарядът на ядрото е масово число, това означава, че ядрото съдържа протони и неутрони. (Броят на неутроните в ядрото обикновено се означава с

Тези свойства на ядрото са отразени в символна нотация, която ще бъде използвана по-късно във формата

където X е името на елемента, към чийто атом принадлежи ядрото (например ядра: хелий - , кислород - , желязо - уран

Основните характеристики на стабилните ядра включват: заряд, маса, радиус, механични и магнитни моменти, спектър на възбудени състояния, паритет и квадруполен момент. Радиоактивните (нестабилни) ядра се характеризират допълнително с времето на живот, вида на радиоактивните трансформации, енергията на излъчените частици и редица други специални свойства, които ще бъдат разгледани по-долу.

Първо, нека разгледаме свойствата на елементарните частици, които изграждат ядрото: протон и неутрон.

§ 1. ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРОТОНА И НЕУТРОНА

Тегло.В единици за маса на електрони: маса на протон, маса на неутрон.

В единици за атомна маса: маса на протон, маса на неутрон

В енергийни единици масата на покой на протона е масата на покой на неутрона.

Електрически заряд. q е параметър, характеризиращ взаимодействието на частица с електрическо поле, изразено в единици електронен заряд, където

Всички елементарни частици носят количество електричество, равно на 0 или Зарядът на протона Зарядът на неутрона е нула.

Завъртете.Завъртанията на протона и неутрона са равни.И двете частици са фермиони и се подчиняват на статистиката на Ферми-Дирак и следователно на принципа на Паули.

Магнитен момент.Ако заместим масата на протона във формула (10), която определя магнитния момент на електрона вместо масата на електрона, получаваме

Количеството се нарича ядрен магнетон. Може да се приеме по аналогия с електрона, че спиновият магнитен момент на протона е равен на Въпреки това, опитът показва, че собственият магнитен момент на протона е по-голям от ядрения магнетон: според съвременните данни

Освен това се оказа, че незаредена частица - неутрон - също има магнитен момент, който е различен от нула и равен на

Наличието на магнитен момент в неутрон и т.н голямо значениемагнитен момент на протона противоречат на предположенията за точковата природа на тези частици. Редица експериментални данни, получени през последните години, показва, че както протонът, така и неутронът имат сложна нехомогенна структура. В центъра на неутрона има положителен заряд, а в периферията има отрицателен заряд, равен по големина, разпределен в обема на частицата. Но тъй като магнитният момент се определя не само от големината на протичащия ток, но и от площта, покрита от него, създадените от тях магнитни моменти няма да бъдат равни. Следователно неутронът може да има магнитен момент, като същевременно остава като цяло неутрален.

Взаимни трансформации на нуклони.Масата на неутрона е с 0,14% по-голяма от масата на протона или 2,5 пъти масата на електрона,

В свободно състояние неутронът се разпада на протон, електрон и антинеутрино: средният му живот е близо 17 минути.

Протонът е стабилна частица. Вътре в ядрото обаче може да се превърне в неутрон; в този случай реакцията протича по схемата

Разликата в масите на частиците отляво и отдясно се компенсира от енергията, придадена на протона от други нуклони в ядрото.

Протонът и неутронът имат еднакви спинове, почти еднакви маси и могат да се трансформират един в друг. По-късно ще бъде показано, че ядрените сили, действащи между тези частици по двойки, също са идентични. Поради това те се наричат ​​с общото име - нуклон и казват, че нуклонът може да бъде в две състояния: протон и неутрон, различаващи се по отношение на електромагнитното поле.

Неутроните и протоните си взаимодействат поради съществуването на ядрени сили, които не са електрически по природа. Ядрените сили дължат своя произход на обмена на мезони. Ако изобразим зависимостта на потенциалната енергия на взаимодействие между протон и нискоенергиен неутрон от разстоянието между тях, тогава приблизително ще изглежда като графиката, показана на фиг. 5, а, т.е. има формата на потенциална яма.

Ориз. 5. Зависимост на потенциалната енергия на взаимодействие от разстоянието между нуклоните: а - за двойки неутрон-неутрон или неутрон-протон; b - за двойка протон-протон

"Произведени са първите пет горивни касети на МОКС горивни касети за реактора БН-800 на Белоярската АЕЦ. По този начин е завършен етапът на усвояване на производството на технологичния комплекс на МОКС газохимическия комплекс", съобщиха от пресслужбата на отчетен газохимически комплекс.

В момента се изпълняват мерки, разработени от Минно-химическия комплекс съвместно с редица предприятия на Росатом, насочени към повишаване на производителността на производството, за да се изпълни годишният план от 40 горивни касети.

Енергоблок № 4 на Белоярската АЕЦ е необходим за тестване на редица технологии за затваряне на ядрения горивен цикъл на базата на „бързи“ реактори. В такъв затворен цикъл, поради разширеното възпроизвеждане на ядрено „гориво“, се смята, че горивната база на ядрената енергия ще се разшири значително и ще бъде възможно да се намали обемът на радиоактивните отпадъци поради „изгаряне“ ” на опасни радионуклиди. Русия, както отбелязват експерти, е на първо място в света по технологии за изграждане на реактори на бързи неутрони.

Блок № 4 на BNPP с реактор BN-800 стана прототип на по-мощните търговски „бързи“ енергоблокове BN-1200. По-рано беше съобщено, че решението за изграждане на пилотен блок BN-1200 също в Белоярската АЕЦ може да бъде взето в началото на 2020-те години.

Реакторът BN-800 е проектиран да използва гориво MOX, което може да използва плутоний, изолиран по време на преработката на отработено ядрено гориво от реактори с топлинни неутрони, които формират основата на съвременната ядрена енергетика. Промишленото производство на МОКС гориво за BN-800 е изградено в Минно-химическия комбинат с участието на повече от 20 организации от руската ядрена индустрия.

Първоначалното гориво на реактора BN-800 се формира главно от традиционно гориво от уранов оксид. В същото време част от горивните касети съдържа МОКС гориво, произведено в опитни производствени съоръжения на други предприятия на Росатом - РИАР (Димитровград, Уляновска област) и Производствено обединение Маяк (ЗАТО Озерск, Челябинска област). С течение на времето реакторът BN-800 трябва да бъде преобразуван на МОКС гориво, произведено от Минно-химическия комбинат.

Федерално държавно унитарно предприятие "Минно-химически комбинат" (включено в разделението на последния етап жизнен цикълпредмети на ползване атомна енергияРосатом) има статут на федерална ядрена организация. MCC е ключово предприятие на Росатом в създаването на технологичен комплекс от затворен ядрен горивен цикъл, базиран на иновативни технологии от ново поколение. За първи път в света Минно-химическият комплекс концентрира едновременно три високотехнологични процеса - съхранението на отработеното ядрено гориво от реакторите на АЕЦ, преработката му и производството на ново ядрено МОКС гориво за реактори на бързи неутрони.

Какво е неутрон? Какви са неговата структура, свойства и функции? Неутроните са най-големите частици, които изграждат атомите, градивните елементи на цялата материя.

Атомна структура

Неутроните се намират в ядрото, плътна област на атома, също изпълнена с протони (положително заредени частици). Тези два елемента се държат заедно от сила, наречена ядрена. Неутроните имат неутрален заряд. Положителният заряд на протона се съпоставя с отрицателния заряд на електрона, за да се създаде неутрален атом. Въпреки че неутроните в ядрото не влияят на заряда на атома, те все още имат много свойства, които влияят на атома, включително нивото на радиоактивност.

Неутрони, изотопи и радиоактивност

Частица, която се намира в ядрото на атома, е неутрон, който е с 0,2% по-голям от протона. Заедно те съставляват 99,99% от общата маса, която може да има един и същ елемент различно количествонеутрони. Когато учените се позовават на атомна маса, те имат предвид средна атомна маса. Например въглеродът обикновено има 6 неутрона и 6 протона с атомна маса 12, но понякога се среща с атомна маса 13 (6 протона и 7 неутрона). Въглерод с атомен номер 14 също съществува, но е рядък. Така че атомната маса на въглерода е средно 12,011.

Когато атомите имат различен брой неутрони, те се наричат ​​изотопи. Учените са намерили начини да добавят тези частици към ядрото, за да създадат по-големи изотопи. Сега добавянето на неутрони не влияе на заряда на атома, тъй като те нямат заряд. Те обаче увеличават радиоактивността на атома. Това може да доведе до много нестабилни атоми, които могат да отделят високи нива на енергия.

Какво е ядрото?

В химията ядрото е положително зареден център на атом, който се състои от протони и неутрони. Думата "ядро" идва от латинското ядро, което е форма на думата, означаваща "орех" или "ядро". Терминът е въведен през 1844 г. от Майкъл Фарадей, за да опише центъра на атома. Науките, занимаващи се с изучаването на ядрото, изучаването на неговия състав и характеристики, се наричат ​​ядрена физика и ядрена химия.

Протоните и неутроните се държат заедно от силната ядрена сила. Електроните са привлечени от ядрото, но се движат толкова бързо, че тяхното въртене се случва на известно разстояние от центъра на атома. Ядреният заряд със знак плюс идва от протони, но какво е неутрон? Това е частица, която няма електрически заряд. Почти цялото тегло на атома се съдържа в ядрото, тъй като протоните и неутроните имат много по-голяма маса от електроните. Броят на протоните в едно атомно ядро ​​определя неговата идентичност като елемент. Броят на неутроните показва кой изотоп на елемента е атомът.

Размер на атомното ядро

Ядрото е много по-малко от общия диаметър на атома, тъй като електроните могат да бъдат по-далеч от центъра. Водородният атом е 145 000 пъти по-голям от ядрото си, а урановият атом е 23 000 пъти по-голям от своя център. Водородното ядро ​​е най-малкото, защото се състои от един протон.

Подреждане на протоните и неутроните в ядрото

Протоните и неутроните обикновено се изобразяват като опаковани заедно и равномерно разпределени в сфери. Това обаче е опростяване на действителната структура. Всеки нуклон (протон или неутрон) може да заема определено нивоенергия и обхват на местоположението. Докато ядрото може да бъде сферично, то може да бъде и с крушовидна, сферична или дисковидна форма.

Ядрата на протоните и неутроните са бариони, състоящи се от най-малките, наречени кварки. Силата на привличане има много кратък обхват, така че протоните и неутроните трябва да са много близо един до друг, за да бъдат свързани. Това силно привличане преодолява естественото отблъскване на заредените протони.

Протон, неутрон и електрон

Мощен тласък в развитието на такава наука като ядрената физика беше откриването на неутрона (1932 г.). За това трябва да благодарим на английския физик, ученик на Ръдърфорд. Какво е неутрон? Това е нестабилна частица, която в свободно състояние може да се разпадне на протон, електрон и неутрино, така наречената безмасова неутрална частица, само за 15 минути.

Частицата получава името си, защото няма електрически заряд, тя е неутрална. Неутроните са изключително плътни. В изолирано състояние един неутрон ще има маса само 1,67·10 - 27, а ако вземете чаена лъжичка, плътно натъпкана с неутрони, полученото парче материя ще тежи милиони тонове.

Броят на протоните в ядрото на даден елемент се нарича атомно число. Този номер дава на всеки елемент неговата уникална идентичност. В атомите на някои елементи, като въглерода, броят на протоните в ядрата винаги е един и същ, но броят на неутроните може да варира. Атом на даден елемент с определен брой неутрони в ядрото се нарича изотоп.

Опасни ли са единичните неутрони?

Какво е неутрон? Това е частица, която заедно с протона е включена в Въпреки това, понякога те могат да съществуват самостоятелно. Когато неутроните са извън ядрата на атомите, те придобиват потенциал опасни свойства. Когато се движат с висока скорост, те произвеждат смъртоносна радиация. Така наречените неутронни бомби, известни със способността си да убиват хора и животни, но имат минимален ефект върху неживите физически структури.

Неутроните са много важна част от атома. Високата плътност на тези частици, съчетана с тяхната скорост, им придава изключителна разрушителна сила и енергия. В резултат на това те могат да променят или дори да разкъсат ядрата на атомите, които удрят. Въпреки че неутронът има неутрален електрически заряд, той се състои от заредени компоненти, които взаимно се компенсират по отношение на заряда.

Неутронът в атома е малка частица. Подобно на протоните, те са твърде малки, за да се видят дори с електронен микроскоп, но те са там, защото това е единственият начин да се обясни поведението на атомите. Неутроните са много важни за стабилността на атома, но извън неговия атомен център те не могат да съществуват дълго и се разпадат средно само за 885 секунди (около 15 минути).

Карикатурата за момчето-гений Джими, както и следващите серии, е трудно да се гледат без чувство за хумор, емоции и богато въображение! Има много неща, в които можете да намерите грешки тук. По някаква причина те летят в космоса без скафандър и умственото развитие на някои жители на града не създава най-доброто впечатление, много закони на химията и физиката, също митове и различни легендиобърнат с главата надолу. В студено време вървят както и в горещо време -30 е детска градина за тях всяка седмица разрушен град, военните са странни... Да продължавам ли? Не мисля, че си струва. Е, така нататък и така нататък. Нека има противоречие след противоречие и изглежда, добре, какво има да се види тук? И той седна пред екрана и не можеше да се откъсне. Толкова за законите на физиката! Е, кому са нужни тук! Децата се нуждаят от приключения, въображение и разбиране на света, за да се развиват правилно! Тоест това, което се изучава в училище стъпка по стъпка, сред приятели и у дома. Този анимационен филм изобразява, повече от всякога, преданото приятелство на децата от много ранна възраст. За да е интересно за гледане, с елементи на пародия, шега, но приятелство. Не самоизолация и самота, а правилното решение - да бъдем приятели, да търсим приятели. Тогава ще дойде нормалното развитие. Джими Неутрон е необичайно дете. Той има доста висок коефициент на интелигентност, но е просто ученик. Само умът не би могъл да го отведе никъде. Пътуването, училищната практика и приятелите наистина допринесоха за развитието на Джими. И колкото и необикновени да са неговите изобретения, той е просто ученик. И много деца умеят да се ядосват, да правят мръсни номера и да правят пакости. Затова се развива с всички стъпка по стъпка. Е, всичко останало е просто сценарий. Първо влюбване, куп преобразувани и недовършени изобретения, куче робот като домашен любимец, обикновени родители (макар че бащата е малко простодушен, но това е добре), куп врагове, които възникват по различни причини, животът на ученик и колосално желание да направи нещо, макар и не винаги в полза на хората. Това е животът на един млад гениален изобретател! Някъде съкровището се е удавило и не може да бъде намерено. Джими вече е тук. Скучна лекция за египетската история, по-добре да летиш до Египет! Комета лети над земята. Той не може да пропусне това! Е, не е изненадващо, че всичко това е изпълнено с всякакви последствия. На някои места е твърде много, на други не е достатъчно, но като цяло не е зле. Много. Само хуморът си заслужава! И колкото и логична да изглежда историята, забелязах, че е на устните на мнозина. Те дори правят нови сериали за някои герои. Да не говорим, че самият оригинал е все още популярен днес и редовно се показва по Nickelodeon. Това е нарушение на физичните закони. Бих искал не само да кажа „много благодаря“ на създателите на карикатурата, но и да им издигна паметник приживе. Трябва да измислите история, за която говореха дори скептиците. И това е в полза само на създателите. Щом говорят за нея, значи е популярна. Това е важно. Нямам смелостта да говоря за всички герои. И Шин, и Синди, и Болби - всички герои са толкова интересни и ярки, разкрити толкова подробно, че би било глупаво да се търси грешка във филма. Ако оцените филма, тогава, разбира се, 10 от 10 точки. Мисля, че хората ще говорят за него десетилетия напред. 10 от 10 Благодаря на всички за вниманието!

4.1. Състав на атомите

Думата "атом" се превежда от древногръцки като "неделим". Почти така трябваше да бъде края на XIXвек. През 1911 г. Е. Ръдърфорд открива, че в атома има положително зареден заряд сърцевина. По-късно се доказа, че е бил обграден електронна обвивка.

По този начин атомът е материална система, състояща се от ядро ​​и електронна обвивка.
Атомите са много малки - например, стотици хиляди атоми са разположени по дебелината на лист хартия. Размерите на атомните ядра все още са сто хиляди пъти по-малки от размерите на атомите.
Ядрата на атомите са положително заредени, но не се състоят само от протони. Ядрата съдържат и неутрални частици, открити през 1932 г. и т.нар неутрони. Протоните и неутроните заедно се наричат нуклони- тоест ядрени частици.

Всеки атом като цяло е електрически неутрален, което означава, че броят на електроните в електронната обвивка на атома е равен на броя на протоните в неговото ядро.

Таблица 11.Най-важните характеристики на електрона, протона и неутрона

Характеристика	Електрон
Година на откриване
Откривател	Джоузеф Джон Томсън	Ърнест Ръдърфорд	Джеймс Чадуик
Символ
Тегло: обозначение значение	m(e–) 9.108. 10 –31 кг	m(p+) 1,673. 10 –27 кг	m(n o) 1,675. 10 –27 кг
Електрически заряд	–1,6. 10 –19 Cl = –1 д	1.6. 10 –19 Cl = +1 д
Радиус

• Името електрон идва от гръцката дума, която означава кехлибар.
• Името протон идва от гръцката дума, която означава първи.
• Името неутрон идва от латинската дума, означаваща "нито" (отнасяйки се до неговия електрически заряд).
• Знаците "–", "+" и "0" в символите на частиците заемат мястото на десния горен индекс.
• Размерът на електрона е толкова малък, че във физиката (в рамките на съвременна теория) обикновено се счита за некоректно да се говори за измерване на това количество.

ЕЛЕКТРОН, ПРОТОН, НЕУТРОН, НУКЛОН, ЕЛЕКТРОННА ОБВИВКА.
1. Определете колко по-малка е масата на протона от масата на неутрона. Каква част от масата на протона е тази разлика (изразете я като десетична дроб и като процент)?
2. Колко пъти (приблизително) е масата на всеки нуклон по-голяма от масата на електрона?
3. Определете каква част от масата на атома ще бъде масата на неговите електрони, ако атомът съдържа 8 протона и 8 неутрона. 4. Мислите ли, че е удобно да се използват единици от Международната система от единици (SI) за измерване на атомни маси?

4.2. Взаимодействия между частиците в атома. Атомни ядра

Между всички заредени частици на атома действат електрически (електростатични) сили: електроните на атома се привличат към ядрото и в същото време се отблъскват. Действието на заредените частици една върху друга се предава електрическо поле.

Вече сте запознати с едно поле – гравитационното. Ще научите повече за това какво представляват полетата и някои от техните свойства от курса по физика.

Всички протони в ядрото са положително заредени и се отблъскват взаимно поради електрически сили. Но ядрата съществуват! Следователно в ядрото, в допълнение към електростатичните сили на отблъскване, има и друго взаимодействие между нуклоните, поради силите на което те се привличат един към друг, и това взаимодействие е много по-силно от електростатичното. Тези сили се наричат ядрени сили, взаимодействие - силно взаимодействие, а полето, предаващо това взаимодействие, е силно поле.

За разлика от електростатичното взаимодействие, силното взаимодействие се усеща само на къси разстояния - от порядъка на размера на ядрата. Но привличащите сили, причинени от това взаимодействие ( Еаз). много пъти по-електростатичен ( Ед). Следователно „силата“ на ядрата е многократно по-голяма от „силата“ на атомите. Следователно в При химичните явления се променя само електронната обвивка, докато атомните ядра остават непроменени.

Общият брой на нуклоните в ядрото се нарича масово числои се обозначава с буквата А. Брой неутронив ядрото се обозначава с буквата н, А брой протони– писмо З. Тези числа са свързани едно с друго чрез просто съотношение:

Плътността на веществото на ядрата е огромна: тя е приблизително равна на 100 милиона тона на кубичен сантиметър, което е несъизмеримо с плътността на всяко химическо вещество.

ЕЛЕКТРОННА ОБВИВКА, АТОМНО ЯДРО, МАСОВО ЧИСЛО, БРОЙ ПРОТОНИ, БРОЙ НЕУТРОНИ.

4.3. Нуклиди. Елементи. Изотопи

По време на химични реакции атомите могат да загубят част от електроните си или да получат „допълнителни“. В този случай заредените частици се образуват от неутрални атоми - йони. Химическата същност на атомите в този случай не се променя, тоест атом, например на хлор, не се превръща в азотен атом или в атом на друг елемент. Физическите влияния с доста висока енергия обикновено могат да „откъснат“ цялата електронна обвивка от атома. Химическата същност на атома също няма да се промени - отнемайки електрони от някои други атоми, ядрото отново ще се превърне в атом или йон на същия елемент. Атомите, йоните и ядрата се наричат ​​заедно нуклиди.

За означаване на нуклиди се използват символите на елементите (сещате се, че те могат да означават и един атом) с леви индекси: горният е равен на масовото число, долният е броят на протоните. Примери за обозначения на нуклиди:

Общо взето

Сега можем да формулираме окончателно определение на понятието "химичен елемент".

Тъй като зарядът на ядрото се определя от броя на протоните, тогава химичен елементможе да се нарече съвкупност от нуклиди с еднакъв брой протони Спомняйки си казаното в началото на параграфа, можем да изясним един от най-важните химични закони.

При химична реакция(и по време на физически взаимодействия, които не засягат ядрото), нуклидите не се появяват, изчезват или трансформират един в друг.

И така, масовото число е равно на сумата от броя на протоните и броя на неутроните: А = З + н. Нуклидите на един и същи елемент имат еднакъв ядрен заряд ( З= конст), и броя на неутроните н? За нуклидите на един и същ елемент броят на неутроните в ядрото може да бъде еднакъв или различен. Следователно масовите числа на нуклидите на един елемент могат да бъдат различни. Примери за нуклиди на един и същи елемент с различни масови числа– различни стабилни калаени нуклиди, чиито характеристики са дадени в табл. 12. Нуклидите с еднакви масови числа имат еднаква маса, но нуклидите с различни масови числа имат различни маси. От това следва, че атомите на един и същи елемент могат да се различават по маса.

Следователно, нуклиди от същия изотоп същия номерпротони (тъй като е един елемент), същия брой неутрони (тъй като е един изотоп) и, естествено, същата маса. Такива нуклиди са напълно идентични и следователно фундаментално неразличими. (Във физиката думата „изотоп“ понякога означава и един нуклид от даден изотоп)

Нуклидите на различни изотопи на един и същ елемент се различават по масови числа, т.е. числа
неутрони и маса.

Общият брой на известните на учените нуклиди се доближава до 2000. От тях около 300 са стабилни, т.е. съществуват в природата.В момента са известни 110 елемента, включително изкуствено получени.(Сред нуклидите физиците разграничават изобари- нуклиди с еднаква маса (независимо от заряда))
Много елементи имат един естествен изотоп, например Be, F, Na, Al, P, Mn, Co, I, Au и някои други. Но повечето елементи имат два, три или повече стабилни изотопа.
За да се опише съставът на атомните ядра, понякога се изчислява акциипротони или неутрони в тези ядра.

Където D i– делът на обектите, които ни интересуват (например седми),
н 1 – брой на първите обекти,
н 2 – брой втори обекти,
н 3 – брой трети обекти,
N i– броя на обектите, които ни интересуват (например седми),
Nn– броят на последните обекти.

За съкращаване на формулите в математиката знакът обозначава сумата от всички числа N i, от първия ( аз= 1) до последно ( аз = н). В нашата формула това означава, че числата на всички обекти се сумират: от първия ( н 1) до последно ( Nn).

Пример. Кутията съдържа 5 зелени молива, 3 червени и 2 сини; трябва да определите съотношението на червените моливи.

N 1 = нч, н 2 = нДа се, н 3 = н° С ;

Делът може да бъде изразен като проста или десетична дроб, или като процент, например:

НУКЛИДИ, ИЗОТОПИ, ДЯЛ
1. Определете частта на протоните в ядрото на атома. .Определете дела на неутроните в това ядро.
2. Какъв е делът на неутроните в нуклидните ядра
3. Масовото число на нуклида е 27. Делът на протоните в него е 48,2%. Кой елемент е нуклид този нуклид?
4. В нуклидното ядро ​​делът на неутроните е 0,582. Определете Z.
5. Колко пъти масата на атом от тежкия уранов изотоп 92 U, съдържащ 148 неутрона в ядрото, е по-голяма от масата на атом от лекия уранов изотоп, съдържащ 135 неутрона в ядрото?

4.4. Количествени характеристики на атомите и химичните елементи

От количествените характеристики на атома вече сте запознати с масовото число, броя на неутроните в ядрото, броя на протоните в ядрото и заряда на ядрото.
Тъй като зарядът на протона е равен на елементарния положителен заряд, броят на протоните в ядрото ( З) и заряда на това ядро ​​( р i), изразени в елементарни електрически заряди, са числено равни. Следователно, подобно на броя на протоните, ядреният заряд обикновено се обозначава с буквата З.
Броят на протоните е еднакъв за всички нуклиди на даден елемент, така че може да се използва като характеристика на този елемент. В този случай се нарича атомно число.

Тъй като електронът е „по-лек“ от всеки от нуклоните почти 2000 пъти, масата на атома ( м o) концентрирани предимно в ядрото. Може да се измерва в килограми, но това е много неудобно.
Например масата на най-лекия атом, водородният атом, е 1,674. 10–27 kg, а дори масата на най-тежкия съществуващ атом на Земята - атомът на урана - е само 3,952. 10–25 кг. Дори използвайки най-малката десетична дроб от грам - атограма (ag), получаваме стойността на масата на водородния атом м o(H) = = 1,674. 10–9 аг. Наистина неудобно.
Затова като единица за измерване на атомните маси се използва специална единица за атомна маса, за която известният американски химик Линус Полинг (1901 – 1994) предлага името „далтон“.

Единицата за атомна маса с достатъчна точност в химията е равна на масата на всеки нуклон и е близка до масата на водороден атом, чието ядро ​​се състои от един протон. Във физиката за 11 клас ще научите защо тя всъщност е малко по-малка от масата на която и да е от тези частици. От съображения за удобство на измерването единицата за атомна маса се определя от гледна точка на масата на нуклида на най-често срещания изотоп на въглерода.

Символът за единицата за атомна маса е a. e.m. или ден.
1Dn = 1,6605655. 10–27 кг 1,66. 10–27 кг.

Ако масата на атома се измерва в далтони, тогава според традицията тя се нарича не „атомна маса“, а атомна маса.Атомната маса и атомната маса са една и съща физическа величина. Тъй като говорим за масата на един атом (нуклид), тя се нарича атомна маса на нуклида.

Атомната маса на нуклида е обозначена с букви A rуказващ символа на нуклида, например:
A r(16 O) – атомна маса на 16 O нуклида,
A r(35 Cl) – атомна маса на нуклида 35 Cl,
A r(27 Al) – атомна маса на нуклида 27 Al.

Ако даден елемент има няколко изотопа, тогава този елемент се състои от нуклиди с различни маси. В природата изотопният състав на елементите обикновено е постоянен, така че можете да изчислите за всеки елемент средна атомна масатози елемент ():

Където д 1 , д 2 , ..., D i– дял от 1-ви, 2-ри, ... , аз-ти изотоп;
м 0 (1), м 0 (2), ..., м 0 (аз) – масата на нуклида на 1-ви, 2-ри, ..., i-ти изотоп;
н – общ бройизотопи на даден елемент.
Ако средната маса на атомите на даден елемент се измерва в далтони, тогава в този случай се нарича атомна маса на елемента.

Атомната маса на елемента се обозначава по същия начин като атомната маса на нуклида, с букви А r , но в скоби се посочва символът на нуклида, а символът на съответния елемент, например:
А r (O) – атомна маса на кислорода,
А r (Сl) – атомна маса на хлора,
А r (Al) - атомна маса на алуминия.

Тъй като атомната маса на елемент и средната маса на атом на този елемент са една и съща физическа величина, изразена в различни мерни единици, формулата за изчисляване на атомната маса на елемент е подобна на формулата за изчисляване на средната маса на атомите на този елемент:

Където д 1 , д 2 , ..., Dn– дял от 1-во, 2-ро, ..., аз-този изотоп;
A r(1), A r(2), ..., A r(аз) – атомна маса на 1-во, 2-ро, ..., аз-ти изотоп;
П -общия брой изотопи на даден елемент.

АТОМЕН НОМЕР НА ЕЛЕМЕНТ, МАСА НА АТОМ (НУКЛИД), АТОМНА МАСА НА НУКЛИД, АТОМНА ЕДИНИЦА МАСА, АТОМНА МАСА НА ЕЛЕМЕНТ

4) Какъв е делът на а) кислородните атоми в азотния оксид N 2 O 5; б) серни атоми в сярна киселина? 5) Като вземем атомната маса на нуклида числено равна на масовото число, изчислете атомната маса на бора, ако естествената смес от изотопи на бор съдържа 19% от изотопа 10 B и 81% от изотопа 11 B.

6) Като вземете атомната маса на нуклид, числено равна на масовото число, изчислете атомните маси на следните елементи, ако пропорциите на техните изотопи в естествената смес (изотопен състав) са: 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) Определете изотопния състав на естествения талий (във фракции от съответните изотопи), ако изотопите талий-207 и талий-203 се срещат в природата, а атомната маса на талия е 204,37 Dn.

8) Естественият аргон се състои от три изотопа. Делът на 36 Ar нуклидите е 0,34%. Атомната маса на аргона е 39,948 дни. Определете съотношението, в което 38 Ar и 40 Ar се срещат в природата.

9) Естественият магнезий се състои от три изотопа. Атомна маса на магнезий – 24.305 дни. Делът на изотопа 25 Mg е 9,1%. Определете съотношението на останалите два изотопа на магнезий с масови числа 24 и 26.

10) Б земната кора(атмосфера, хидросфера и литосфера), атомите литий-7 са приблизително 12,5 пъти по-често срещани от атомите литий-6. Определете атомната маса на лития.

11) Атомна маса на рубидий – 85.468 дни. 85 Rb и 87 Rb се срещат в природата. Определете колко пъти има повече лек изотоп на рубидий от тежък изотоп.