3.2 Строение атома

3.2.  Строение атома: физический смысл порядкового номера элемента, массовые числа атомов, изотопы

В 1913 г. английский физик Г. Мозли установил, что положительный заряд ядра атома равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д. И. Менделеева.

Каждый протон имеет заряд +1, поэтому заряд ядра равен числу протонов. Атом является электронейтральной частицей, поэтому число протонов равно числу электронов. Следовательно:

Например, элемент железо имеет порядковый номер 26. Следовательно, заряд ядра атома железа равен +26, т.е. ядро содержит 26 протонов, а вокруг ядра движутся 26 электронов.

Элементарные частицы имеют следующие абсолютные и относительные массы:

Данные этой таблицы показывают, что масса протона, как и масса нейтрона, приблизительно в 1840 раз больше массы электрона. Протоны и нейтроны находятся в ядре, поэтому масса атома почти равна массе ядра. Масса ядра, как и масса атома, определяется суммой числа протонов и числа нейтронов. Эта сумма называется массовым числом атома.

Атомы одного элемента, которые имеют разные массовые числа, называются изотопами.

Атомы изотопов одного элемента имеют одинаковое число протонов (Z) и отличаются друг от друга числом нейтронов (N).

Изотопы обозначаются символами соответствующих элементов, слева от которых вверху записывают массовое число изотопа, а внизу – порядковый номер (заряд ядра атома) элемента. Например:

Элемент водород имеет три изотопа, каждый из которых имеет свое название:

В названиях изотопов других элементов указываются их массовые числа.

Относительная атомная масса элемента Аr, которая приводится в периодической системе, - это средняя величина массовых чисел природных изотопов этого элемента с учетом процентного содержания каждого изопота.

Химические свойства всех изотопов одного элемента одинаковы. Следовательно, химические свойства элемента зависят не от атомной массы, а от заряда ядра.

Поэтому современная формулировка периодического закона читается так:

Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома, или порядкового номера элемента.

УПРАЖНЕНИЯ

1.     Каково процентное содержание изотопов ³⁵С1 и ³⁷С1 в природном хлоре, имеющем относительную молекулярную массу 70,90? Предложите способы выделения чистых веществ ³⁵С1₂ и ³⁷С1₂ из природного хлора и его соединений.

          Решение: Примем за х процентное содержание изотопа ³⁵Сl:
           35x +37(100-x) =35,45;  x=77,5. Тогда 77,5% ³⁵Сl и 22,5% ³⁷Сl.
           Способы разделения изотопов:
          - основанные на различии в массе (центрифугирование и т. п.); 
- основанные на различном отношении массы к заряду (для ионов, по типу масс-спектрометрии и т. п.);
- основанные на изотопном эффекте в химических процессах (кинетические).

_____________________________________________________________

2.     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.

Решение: Пусть m(образца) = 100 г, тогда m(⁶³Cu) = 73 г; m(⁶⁵Cu) = 27 г.

Ответ. 63,54.

_____________________________________________________________

3.

_____________________________________________________________

ЗАДАНИЯ  ДЛЯ  САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1.     Чему равен заряд ядра и число электронов в атомах следующих элементов: углерод, сера, медь, барий, серебро.

2.     Назовите элемент, в ядре атома которого содержится 11 протонов.

3.     Назовите элемент, в атоме которого содержится 26 электронов.

4.     Напишите символы изотопов олова, атомы которых содержат 66,  68,  71,  72 нейтрона.

5.     Определите молекулярную массу воды, молекулы которой содержат тяжелый изотоп водорода – дейтерий.

6.     Чему равен порядковый номер элемента, массовое число одного из изотопов которого равно 31, а число нейтронов равно 16.

7.     Сколько электронов и протонов входит в состав атома элемента, который находится в 5-м периоде и в побочной подгруппе VI группы.

8.     Сколько электронов и протонов входит в состав атома элемента, который находится в 4-м периоде и в главной подгруппе III группы.

9.     Медь имеет два изотопа: ⁶³Cu  и  ⁶⁵Cu. Молярные доли их в природной меди составляют 73 и 27% соответственно. Определите  среднюю относительную атомную массу меди.

10.                       Определите относительную атомную массу элемента кремния, если он состоит из трех изотопов: ²⁸Si (молярная доля 92,3%),  ²⁹Si (4,7%),   ³⁰Si  (3,0%).

1.     Чему равно массовое число атома:
а) числу протонов в атоме	б) числу нейтронов в атоме
в)  числу нуклонов в атоме	г) числу электронов в атоме
2.     Чему равно число нейтронов в атоме  15 31Р:
а) 31	б) 16
в) 15	г) 46
3.     Чем отличаются атомы изотопов одного элемента:
а) числом протонов	б) числом нейтронов
в) зарядом ядра	г) числом электронов
4.     Чему равно массовое число атома азота  7N, который содержит 8 нейтронов:
а)14	б) 15
в) 16	г) 17
5.     Зная номер группы, в которой расположен элемент главной подгруппы, можно предсказать:
а) число энергетических уровней в атоме	б) все ответы верны
в) общее число электронов	г) формулу водородного соединения
6.     Неверными являются утверждения:
а) все без исключения элементы в Периодической системе расположены в порядке возрастания относительной атомной массы	б) в четных рядах больших периодов находятся только металлы
в) большинство элементов Периодической системы являются металлами	г) в малых периодах расположены элементы только главных подгрупп, а в больших – как главных, так и побочных
7.     Формула высшего оксида элемента ЭО2. Укажите формулу его водородного соединения:
а) ЭН2	б) ЭН
в) ЭН3	г) ЭН4
8.     Укажите физический смысл номера периода:
а) равен числу валентных электронов	б) показывает число энергетических уровней в атоме
в) равен суммарному числу электронов в атоме	г) равен числу электронов на внешнем энергетическом уровне
9.     Укажите группу, в которой приведены символы сходных по химическим свойствам элементов:
а) Na, Hg, Mg	б) S, Mn,  Cl
в) P, As, Sb	г) Li, Be,  B
10.                        Элементы V-ой группы образуют высшие оксиды с общей формулой:
а) ЭО3	б) Э2О3
в) Э2О5	г) ЭО2

Ответы:

1	в
2	б
3	б
4	б
5	г
6	а
7	г
8	б
9	в
10	в