Considérons les résultats d'expériences sur la mesure de la masse ions positifs. Sur la fig. 352 montre un spectrogramme de masse d'ions néon positifs. Le spectrogramme montre clairement trois bandes d'intensité variable. En comparant les distances entre les bandes et la fente, on peut calculer que les bandes correspondent aux valeurs des ratios .

L’apparition de trois bandes ne peut pas s’expliquer par des différences dans la charge des ions. Un ion néon peut porter une charge ne dépassant pas plusieurs unités élémentaires. Le rapport de charge peut être, mais pas . Reste à accepter que les rayures sont dues à des ions qui portent la même charge, mais qui ont différentes masses, se rapportant à . La masse atomique du néon est de 20,2. La masse moyenne d’un atome de néon est donc . Les masses des ions qui ont provoqué les rayures sont égales . Nous arrivons à la conclusion que l'élément néon est un mélange de trois types d'atomes, différant les uns des autres par leur masse. En comparant l'intensité du noircissement des raies sur un spectrogramme de masse, on peut trouver les quantités relatives différents atomes en néon naturel. Le nombre d'atomes de néon de masses 20, 21 et 22 est lié comme suit.

Riz. 352. Spectrogramme de masse au néon

Calculons la masse moyenne d'un atome de néon :

L'accord avec la masse atomique du néon trouvé expérimentalement confirme l'idée que l'élément néon est un mélange de trois types d'atomes. Il est important de noter que la proportion d'atomes de masses 20, 21 et 22 est la même dans des échantillons de néons d'origines différentes (néon atmosphérique, néon de rochers etc.). Cette proportion ne change pas ou très peu au cours des processus physiques et chimiques ordinaires : liquéfaction, évaporation, diffusion, etc. Cela prouve que les trois variétés de néon sont quasiment identiques dans leurs propriétés.

Les atomes d’un même élément qui diffèrent uniquement par leur masse sont appelés isotopes. Tous les isotopes d’un même élément ont des propriétés chimiques identiques et des propriétés physiques très similaires.

La présence d’isotopes n’est pas seulement une caractéristique du néon. La plupart des éléments sont un mélange de deux isotopes ou plus. Des exemples de composition isotopique sont donnés dans le tableau. 11.

Tableau 11. Composition isotopique de certains éléments

Comme le montre le tableau. 11, les masses d'isotopes de tous les éléments sont exprimées sous forme d'entier unités atomiques poids. Nous découvrirons la signification de cette régularité importante au § 225. Des mesures précises montrent que la règle des masses entières des isotopes est approximative. En règle générale, les masses des isotopes présentent de légers écarts par rapport à leur intégrité (de la deuxième à la quatrième décimale). Dans certains problèmes, ces petits écarts par rapport à l'intégrité jouent un rôle majeur (voir, par exemple, §226).

Cependant, à de nombreuses fins, il est possible d'utiliser des valeurs de masse arrondies au nombre entier d'unités de masse atomique le plus proche. La masse de l'isotope (masse atomique), arrondie au nombre entier le plus proche, est appelée nombre de masse.

Ci-dessus, nous avons noté la constance de la composition isotopique du néon et la coïncidence presque complète de la plupart des propriétés de ses isotopes. Ces dispositions sont également valables pour tous les autres éléments possédant des isotopes.

Pour désigner les isotopes, le symbole chimique de l'élément correspondant est muni d'un signe indiquant le numéro de masse de l'isotope. Ainsi, par exemple, - un isotope de l'oxygène avec un nombre de masse de 17, - un isotope du chlore avec un nombre de masse de 37, etc. Parfois, ils indiquent également ci-dessous numéro de sérieélément du tableau périodique de Mendeleïev etc.

Masses de certains isotopes

Nous trouvons dans le tableau. Valeurs 26.1 et 26.2 :

masse de l'atome 1 H 2 : 2,01410 amu,

masse du proton : 1,00728 amu,

masse des neutrons : 1,00866 amu,

masse électronique : 0,00055 amu

Masse du noyau 1 H 2 = (masse de l'atome 1 H 2) – (masse de l'électron) =

2,01410 – 0,00055 = 2,01355 uma ;

(masse des protons + masse des neutrons) = 1,00728 + 1,00866 =

2,01594 amu

Comme on peut le voir, 2.01594 > 2.01355 !

La différence entre les masses des nucléons qui composent le noyau et la masse du noyau lui-même s'appelle défaut de masse .

Problème 26.4. Calculer le défaut de masse, l'énergie de liaison et énergie spécifique liaisons du noyau d'hélium 2 He 4 (en MeV).

La masse d'un atome est la somme de la masse du noyau et de la masse Zélectrons :

t un = T moi + Zme Þ T je = t a – Zm e.

Alors le défaut de masse du noyau est égal à :

D T = Zm p +(A à Z)mn – (t a – Zm e) =

= Z(m p + c'est-à-dire) + (A à Z)mn – t a.

Prenons en compte que l'atome d'hydrogène 1 H 1 n'est qu'un « proton + électron », on peut donc supposer que m p + c'est-à-dire = T N, où T H est la masse de l'atome d'hydrogène 1 H 1 . Alors la formule du défaut de masse prendra la forme :

D T = Zm n + (A à Z)mn – t un. (26.3)

Appliquons la formule (26.3) à notre cas : Z = 2, UN= 4, on obtient

D T = 2m n + (4 – 2)mn – t un.

La masse des atomes d'hydrogène 1 H 1 et 2 He 4 se trouve dans le tableau. 26.2, et les valeurs de la masse des neutrons sont dans le tableau. 26.1. Remplaçons dans la formule valeurs numériques et nous obtenons

D T= 2×1,00783 + (4 – 2)×1,00866 – 4,00260 » 0,03038 amu

Rappelons qu'à 1 heure du matin. = (g) = kg.

Traduisons D T en kilogrammes : D T= 5,05×10 –29 kg.

Trouvons maintenant l'énergie de liaison à l'aide de la formule :

E sv = D ts 2 , (26.4)

E St = 5,05×10 –29 kg × (3,0×10 8 m/s) 2" 4,55×10 –12 J.

Convertissons les joules en électrons-volts :

E sv = eV » 28,4 MeV.

En utilisant la formule (26.2), nous trouvons l'énergie de liaison spécifique :

7,1 MeV.

Répondre:D T» 0,03038 uma ; E lumière » 28,4 MeV ; E battre » 7,1 MeV.

ARRÊT! Décidez vous-même : A5–A7, B6–B8.

Problème 26.5. L'énergie est libérée ou absorbée dans réaction nucléaire 7 N 14 + 2 He 4 ® 8 O 17 + 1 H 1 ?

Solution. Pour répondre à la question du problème, il faut savoir si le masse du systèmeà la suite de la réaction. La masse des atomes avant la réaction est

Masse des atomes après réaction :

18,00696 > 18,00567.

Cela signifie que l'énergie a augmenté : E 2 > E 1, donc pour que la réaction ait lieu, il faut ajouter de l’énergie « externe ». Et lors de la réaction, cette énergie ajoutée sera absorbée : elle servira à augmenter la masse du système.

Répondre: L'énergie est absorbée.

ARRÊT! Décidez par vous-même : Q9.

Problème 26.6. Quelle quantité d'énergie sera absorbée dans la réaction nucléaire 7 N 14 + 2 He 4 ® 8 O 17 + 1 H 1 ?

Solution. L'énergie absorbée est l'énergie qui a servi à augmenter la masse du système : E = D ts 2 .

Valeur D T peut être trouvé en utilisant le résultat tâche précédente:

D t = 18,00696 – 18,00567 » 1,29×10 –3 amu

Traduisons a.u.m. en kilogrammes :

D t = kg.

E = D ts 2 = 2,14×10 –30 × (3,0×10 8 m/s) 2 » 1,93×10 –13 J.

Convertissons cette énergie en électrons-volts :

E = eV = 1,2 MeV.

Répondre: E = D ts 2 » 1,2 MeV.

ARRÊT! Décidez vous-même : B10, C1, C2.

Problème 26.7. Trouver l'énergie cinétique minimale Wà un proton capable de « briser » un noyau de deutérium en un proton et un neutron.

Solution.

Lecteur: C'est simple : W k = ré ts 2 où D T- Défaut de masse du noyau de deutérium.

Auteur: Pas vraiment. Après tout, les « fragments » de fission - le proton et le neutron - auront une certaine vitesse, ce qui signifie qu'ils auront énergie cinétique. De plus, le proton « entrant » après la collision aura une certaine vitesse.

Laisser vitesse initiale proton υ 0 . Divisons le processus de son interaction avec le noyau en deux étapes : d'abord, le noyau capture un proton et forme un tout avec lui, puis se désintègre en trois fragments : 2 protons et 1 neutron.

Au cours du développement de la science, la chimie a été confrontée au problème du calcul de la quantité de substance nécessaire à la réalisation des réactions et des substances obtenues au cours de celles-ci.

Aujourd'hui pour de tels calculs réaction chimique entre les substances et les mélanges, la valeur de la masse atomique relative inscrite dans le tableau périodique est utilisée éléments chimiques D. I. Mendeleïev.

Processus chimiques et influence de la proportion d'un élément dans les substances sur le déroulement de la réaction

La science moderne, par la définition de « masse atomique relative d'un élément chimique », signifie combien de fois la masse d'un atome d'un élément chimique donné est supérieure au douzième d'un atome de carbone.

Avec l'avènement de l'ère de la chimie, la nécessité de définitions précises la progression de la réaction chimique et ses résultats se sont accrus.

Par conséquent, les chimistes ont constamment essayé de résoudre le problème des masses exactes d’éléments en interaction dans une substance. L'un des meilleures solutionsà cette époque, il existait un lien vers l'élément le plus léger. Et le poids de son atome était considéré comme un seul.

Le cours historique du comptage de la matière

On a d'abord utilisé de l'hydrogène, puis de l'oxygène. Mais cette méthode de calcul s’est révélée inexacte. La raison en était la présence d'isotopes de masses 17 et 18 dans l'oxygène.

Par conséquent, avoir un mélange d’isotopes produit techniquement un nombre autre que seize. Aujourd'hui, la masse atomique relative d'un élément est calculée à partir du poids de l'atome de carbone pris comme base, dans un rapport de 1/12.

Dalton a jeté les bases de la masse atomique relative d'un élément

Quelques temps plus tard, au XIXe siècle, Dalton proposa d'effectuer des calculs en utilisant l'élément chimique le plus léger : l'hydrogène. Lors de conférences à ses étudiants, il a démontré sur des figures sculptées dans le bois comment les atomes sont connectés. Pour d’autres éléments, il a utilisé des données préalablement obtenues par d’autres scientifiques.

D'après les expériences de Lavoisier, l'eau contient quinze pour cent d'hydrogène et quatre-vingt-cinq pour cent d'oxygène. Avec ces données, Dalton a calculé que la masse atomique relative de l’élément qui compose l’eau est dans ce cas l'oxygène est de 5,67. L’erreur dans ses calculs vient du fait qu’il croyait incorrectement au nombre d’atomes d’hydrogène dans une molécule d’eau.

Selon lui, il y avait un atome d’hydrogène pour chaque atome d’oxygène. En utilisant les données du chimiste Austin selon lesquelles l'ammoniac contient 20 pour cent d'hydrogène et 80 pour cent d'azote, il a calculé la masse atomique relative de l'azote. Avec ce résultat, il est arrivé à une conclusion intéressante. Il s'est avéré que la masse atomique relative (la formule de l'ammoniac a été prise par erreur avec une molécule d'hydrogène et d'azote) était de quatre. Dans ses calculs, le scientifique s’est appuyé sur le système périodique de Mendeleev. Selon l'analyse, il a calculé que la masse atomique relative du carbone est de 4,4, au lieu des douze précédemment acceptées.

Malgré ses graves erreurs, c'est Dalton qui a été le premier à créer un tableau de certains éléments. Il a subi des changements répétés au cours de la vie du scientifique.

Le composant isotopique d'une substance affecte la valeur de précision du poids atomique relatif

Lorsque vous examinez les masses atomiques des éléments, vous remarquerez que la précision de chaque élément est différente. Par exemple, pour le lithium, il s’agit de quatre chiffres et pour le fluor, de huit chiffres.

Le problème est que la composante isotopique de chaque élément est différente et non constante. Par exemple, dans eau ordinaire contient trois types d’isotopes de l’hydrogène. Ceux-ci comprennent, outre l'hydrogène ordinaire, le deutérium et le tritium.

La masse atomique relative des isotopes de l’hydrogène est respectivement de deux et trois. L'eau « lourde » (formée de deutérium et de tritium) s'évapore moins facilement. Il y a donc moins d’isotopes de l’eau à l’état vapeur qu’à l’état liquide.

Sélectivité des organismes vivants envers différents isotopes

Les organismes vivants ont une propriété sélective envers le carbone. Pour construire molécules organiques du carbone avec une masse atomique relative de douze est utilisé. Par conséquent, les substances d’origine organique, ainsi qu’un certain nombre de minéraux, tels que le charbon et le pétrole, contiennent moins de contenu isotopique que les matières inorganiques.
Les micro-organismes qui traitent et accumulent le soufre laissent derrière eux l'isotope du soufre 32. Dans les zones où les bactéries ne traitent pas, la proportion d'isotope du soufre est 34, c'est-à-dire beaucoup plus élevée. C'est sur la base du taux de soufre dans les roches du sol que les géologues arrivent à une conclusion sur la nature de l'origine de la couche - si elle est de nature magmatique ou sédimentaire.

De tous les éléments chimiques, un seul ne contient pas d’isotopes : le fluor. Par conséquent, sa masse atomique relative est plus précise que celle des autres éléments.

Existence de substances instables dans la nature

Pour certains éléments masse relative indiqué dans crochets. Comme vous pouvez le constater, ce sont les éléments situés après l’uranium. Le fait est qu'ils n'ont pas d'isotopes stables et se désintègrent pour être libérés rayonnement radioactif. Par conséquent, l’isotope le plus stable est indiqué entre parenthèses.

Au fil du temps, il est devenu évident qu’il était possible d’obtenir un isotope stable à partir de certains d’entre eux dans des conditions artificielles. J'ai dû le changer tableau périodique Mendeleïev masses atomiques quelques éléments transuraniens.

Lors du processus de synthèse de nouveaux isotopes et de mesure de leur durée de vie, il était parfois possible de découvrir des nucléides ayant des demi-vies des millions de fois plus longues.

La science ne reste pas immobile, de nouveaux éléments, lois, relations sont constamment découverts divers processus en chimie et en nature. Par conséquent, sous quelle forme la chimie et tableau périodique Les éléments chimiques de Mendeleev dans le futur, dans cent ans, sont vagues et incertains. Mais j'aimerais croire que les travaux des chimistes accumulés au cours des siècles passés serviront à de nouvelles connaissances plus avancées de nos descendants.