Panagrinėkime masės matavimo eksperimentų rezultatus teigiami jonai. Fig. 352 rodo neoninių teigiamų jonų masės spektrogramą. Spektrograma aiškiai rodo tris įvairaus intensyvumo juosteles. Palyginus atstumus nuo juostelių iki plyšio, galima apskaičiuoti, kad juostelės atitinka reikšmes santykiuose .

Trijų juostelių atsiradimo negalima paaiškinti jonų krūvio skirtumais. Neoninis jonas gali turėti ne didesnį nei kelių krūvį elementarieji vienetai. Įkrovimo santykis gali būti, bet ne . Belieka pripažinti, kad juostelės atsiranda dėl jonų, kurie turi tą patį krūvį, bet turi skirtingos masės, susijęs kaip . Neono atominė masė yra 20,2. Todėl vidutinė neono atomo masė yra . Juosteles sukėlusių jonų masės yra lygios . Darome išvadą, kad elementas neonas yra trijų tipų atomų, besiskiriančių vienas nuo kito mase, mišinys. Lyginant linijos juodėjimo intensyvumą masės spektrogramoje, galima rasti santykinius kiekius skirtingi atomai natūralaus neono. Neoninių atomų, kurių masė yra 20, 21 ir 22, skaičius yra susijęs su .

Ryžiai. 352. Neoninė masės spektrograma

Apskaičiuokime vidutinę neono atomo masę:

Eksperimentiškai rastas susitarimas su neono atomine mase patvirtina mintį, kad elementas neonas yra trijų tipų atomų mišinys. Svarbu pažymėti, kad atomų, kurių masė 20, 21 ir 22, dalis yra vienoda skirtingos kilmės neoniniuose mėginiuose (atmosferos neonas, neonas iš akmenys ir tt). Ši proporcija nekinta arba kinta labai nežymiai vykstant įprastiems fizikiniams ir cheminiams procesams: suskystėjimui, garavimui, difuzijai ir kt. Tai įrodo, kad trys neono atmainos savo savybėmis yra beveik identiškos.

To paties elemento atomai, kurie skiriasi tik mase, vadinami izotopais. Visi to paties elemento izotopai yra identiški cheminėmis savybėmis ir labai panašios fizinėmis savybėmis.

Izotopų buvimas būdingas ne tik neonui. Dauguma elementų yra dviejų ar daugiau izotopų mišinys. Izotopinės sudėties pavyzdžiai pateikti lentelėje. 11.

11 lentelė. Kai kurių elementų izotopinė sudėtis

Kaip matyti iš lentelės. 11, visų elementų izotopų masės išreiškiamos sveikuoju skaičiumi atominiai vienetai wt. Šio svarbaus dėsningumo prasmę išsiaiškinsime § 225. Tikslūs matavimai rodo, kad sveikųjų izotopų masių taisyklė yra apytikslė. Izotopų masės, kaip taisyklė, rodo nedidelius nukrypimus nuo sveikumo (antros-ketvirtos skaitmenų po kablelio). Kai kuriose problemose šie nedideli nukrypimai nuo sveikumo vaidina svarbų vaidmenį (žr., pavyzdžiui, §226).

Tačiau daugeliu atvejų galima naudoti masės vertes, suapvalintas iki artimiausio sveiko atominės masės vienetų skaičiaus. Izotopo masė (atominė masė), suapvalinta iki artimiausio sveikojo skaičiaus, vadinama masės skaičiumi.

Aukščiau pastebėjome neono izotopinės sudėties pastovumą ir beveik visišką daugumos jo izotopų savybių sutapimą. Šios nuostatos taip pat galioja visiems kitiems elementams, turintiems izotopų.

Izotopams žymėti atitinkamo elemento cheminis simbolis pateikiamas su ženklu, nurodnčiu izotopo masės skaičių. Taigi, pavyzdžiui, - deguonies izotopas, kurio masės skaičius yra 17, - chloro izotopas, kurio masės skaičius yra 37 ir tt Kartais jie taip pat nurodo žemiau serijos numeris elementas Mendelejevo periodinėje lentelėje ir tt

Kai kurių izotopų masės

Lentelėje randame. 26.1 ir 26.2 vertės:

atomo 1 H 2 masė: 2,01410 atomų,

protonų masė: 1,00728 amu,

neutronų masė: 1,00866 amu,

elektronų masė: 0,00055 amu

Branduolio masė 1 H 2 = (atomo masė 1 H 2) – (elektronų masė) =

2,01410 – 0,00055 = 2,01355 amu;

(protono masė + neutrono masė) = 1,00728 + 1,00866 =

2,01594 amu

Kaip matome, 2.01594 > 2.01355!

Skirtumas tarp nukleonų, sudarančių branduolį, masių ir paties branduolio masės vadinamas masės defektas .

26.4 uždavinys. Apskaičiuokite masės defektą, surišimo energiją ir specifinė energija helio branduolio ryšiai 2 He 4 (MeV).

Atomo masė yra branduolio masės ir masės suma Z elektronai:

t a = T aš + Zm e Þ T aš = t a – Zm e.

Tada pagrindinės masės defektas yra lygus:

D T = Zm p +(A–Z)m n – (t a – Zm e) =

= Z(m p + t.y.) + (A–Z)m n – t a.

Atsižvelgkime į tai, kad vandenilio atomas 1 H 1 yra tik „protonas + elektronas“, todėl galime daryti prielaidą, kad m p + t.y. = T N, kur T H yra vandenilio atomo masė 1 H 1 . Tada masės defekto formulė bus tokia:

D T = Zm n + (A–Z)m n – t a. (26.3)

Taikykime formulę (26.3) mūsų atveju: Z = 2, A= 4, gauname

D T = 2m n + (4 – 2)m n – t a.

Vandenilio atomų 1 H 1 ir 2 He 4 masė pateikta lentelėje. 26.2, o neutronų masės reikšmės pateiktos lentelėje. 26.1. Pakeiskime į formulę skaitinės reikšmės ir gauname

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

Prisiminkime, kad 1 amu = g) = kg.

Išverskime D T iki kilogramų: D T= 5,05×10 –29 kg.

Dabar suraskime surišimo energiją naudodami formulę:

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.

Paverskime džaulius į elektronvoltus:

E sv = eV » 28,4 MeV.

Naudodami (26.2) formulę randame specifinę surišimo energiją:

7,1 MeV.

Atsakymas:D T» 0,03038 amu; Ešviesa » 28,4 MeV; E mušti » 7,1 MeV.

STOP! Spręskite patys: A5–A7, B6–B8.

26.5 uždavinys. Energija išsiskiria arba absorbuojama branduolinė reakcija 7 N 14 + 2 He 4 ® 8 O 17 + 1 H 1 ?

Sprendimas. Norint atsakyti į problemos klausimą, būtina išsiaiškinti, ar sistemos masė kaip reakcijos rezultatas. Atomų masė prieš reakciją yra

Atomų masė po reakcijos:

18,00696 > 18,00567.

Tai reiškia, kad energija padidėjo: E 2 > E 1, taigi, kad reakcija įvyktų, reikia pridėti „išorinės“ energijos. Ir reakcijos metu ši papildoma energija bus absorbuojama: ji eis sistemos masei didinti.

Atsakymas: Energija absorbuojama.

STOP! Spręskite patys: 9 klausimas.

26.6 uždavinys. Kiek energijos bus sugerta branduolinėje reakcijoje 7 N 14 + 2 He 4 ® 8 O 17 + 1 H 1?

Sprendimas. Sugerta energija yra energija, kuri buvo skirta sistemos masei padidinti: E = D ts 2 .

Vertė D T galima rasti naudojant rezultatą ankstesnė užduotis:

D t = 18.00696 – 18.00567 » 1.29×10 –3 amu

Išverskime a.u.m. kilogramais:

D t = kg.

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

Paverskime šią energiją elektronų voltais:

E = eV = 1,2 MeV.

Atsakymas: E = D ts 2 » 1,2 MeV.

STOP! Spręskite patys: B10, C1, C2.

26.7 uždavinys. Raskite mažiausią kinetinę energiją Wį protoną, galintį „suskaidyti“ deuterio branduolį į protoną ir neutroną.

Sprendimas.

Skaitytojas: Tai paprasta: W k = D ts 2, kur D T - Deuterio branduolio masės defektas.

Autorius: Tikrai ne. Juk dalijimosi „fragmentai“ – protonas ir neutronas – turės tam tikrą greitį, vadinasi, turės kinetinė energija. Be to, „ateinantis“ protonas po susidūrimo turės tam tikrą greitį.

Leiskite pradinis greitis protonas υ 0 . Padalinkime jo sąveikos su branduoliu procesą į du etapus: pirma, branduolys pagauna protoną ir su juo sudaro vieną visumą, o paskui suyra į tris fragmentus: 2 protonus ir 1 neutroną.

Mokslo raidos procese chemija susidūrė su reakcijoms atlikti reikalingų medžiagų kiekio ir jų metu gautų medžiagų skaičiavimo problema.

Šiandien tokiems skaičiavimams cheminė reakcija tarp medžiagų ir mišinių naudojama santykinės atominės masės reikšmė, įrašyta į periodinę lentelę cheminiai elementai D. I. Mendelejevas.

Cheminiai procesai ir elemento proporcijos medžiagose įtaka reakcijos eigai

Šiuolaikinis mokslas, apibrėžęs „santykinę cheminio elemento atominę masę“, reiškia, kiek kartų tam tikro cheminio elemento atomo masė yra didesnė už vieną dvyliktąją anglies atomo.

Atėjus chemijos erai, atsirado poreikis tikslius apibrėžimus augo cheminės reakcijos eiga ir jos rezultatai.

Todėl chemikai nuolat bandė išspręsti tikslios sąveikaujančių elementų masės medžiagoje problemą. Vienas iš geriausi sprendimai tuo metu buvo nuoroda į lengviausią elementą. Ir jo atomo svoris buvo paimtas kaip vienas.

Istorinė materijos skaičiavimo eiga

Iš pradžių buvo naudojamas vandenilis, vėliau deguonis. Tačiau šis skaičiavimo metodas pasirodė netikslus. To priežastis buvo 17 ir 18 masės izotopų buvimas deguonyje.

Todėl, turėdamas izotopų mišinį, techniškai gaunamas kitas skaičius nei šešiolika. Šiandien santykinė elemento atominė masė apskaičiuojama pagal anglies atomo masę, imamą kaip pagrindą, santykiu 1/12.

Daltonas padėjo pagrindus santykinei elemento atominei masei

Tik po kurio laiko, XIX amžiuje, Daltonas pasiūlė atlikti skaičiavimus naudojant lengviausią cheminį elementą – vandenilį. Per paskaitas savo studentams jis ant iš medžio iškaltų figūrų demonstravo, kaip jungiasi atomai. Kitiems elementams jis panaudojo anksčiau kitų mokslininkų gautus duomenis.

Remiantis Lavoisier eksperimentais, vandenyje yra penkiolika procentų vandenilio ir aštuoniasdešimt penki procentai deguonies. Remdamasis šiais duomenimis, Daltonas apskaičiavo, kad santykinė elemento, sudarančio vandenį, atominė masė yra šiuo atveju deguonies lygis yra 5,67. Jo skaičiavimų klaida kyla dėl to, kad jis neteisingai tikėjo vandenilio atomų skaičiumi vandens molekulėje.

Jo nuomone, kiekvienam deguonies atomui tenka vienas vandenilio atomas. Remdamasis chemiko Ostino duomenimis, kad amoniake yra 20 procentų vandenilio ir 80 procentų azoto, jis apskaičiavo santykinę azoto atominę masę. Su šiuo rezultatu jis padarė įdomią išvadą. Paaiškėjo, kad santykinė atominė masė (amoniako formulė klaidingai paimta su viena vandenilio ir azoto molekule) buvo keturi. Savo skaičiavimuose mokslininkas rėmėsi Mendelejevo periodine sistema. Remiantis analize, jis apskaičiavo, kad santykinė anglies atominė masė yra 4,4, o ne anksčiau priimta dvylika.

Nepaisant rimtų klaidų, Daltonas pirmasis sukūrė kai kurių elementų lentelę. Per visą mokslininko gyvenimą jis buvo pakartotinai keičiamas.

Medžiagos izotopinis komponentas turi įtakos santykinės atominės masės tikslumo vertei

Atsižvelgdami į elementų atomines mases, pastebėsite, kad kiekvieno elemento tikslumas yra skirtingas. Pavyzdžiui, ličiui jis yra keturženklis, o fluoro - aštuonių skaitmenų.

Problema ta, kad kiekvieno elemento izotopinis komponentas yra skirtingas ir nėra pastovus. Pavyzdžiui, in paprastas vanduo sudėtyje yra trijų tipų vandenilio izotopų. Tai, be paprasto vandenilio, apima deuterį ir tritį.

Santykinė vandenilio izotopų atominė masė yra atitinkamai dvi ir trys. „Sunkusis“ vanduo (sudarytas iš deuterio ir tričio) išgaruoja ne taip lengvai. Todėl garų būsenoje vandens izotopų yra mažiau nei skysto.

Gyvų organizmų selektyvumas skirtingiems izotopams

Gyvi organizmai turi selektyvią savybę anglies atžvilgiu. Statyti organinės molekulės naudojama anglis, kurios santykinė atominė masė yra dvylika. Todėl organinės kilmės medžiagose, taip pat daugelyje mineralų, tokių kaip anglis ir nafta, yra mažiau izotopų nei neorganinėse medžiagose.
Mikroorganizmai, kurie apdoroja ir kaupia sierą, palieka sieros izotopą 32. Teritorijose, kuriose bakterijos neperdirba, sieros izotopų dalis yra 34, tai yra daug didesnė. Būtent pagal sieros santykį dirvožemio uolienose geologai daro išvadą apie sluoksnio kilmę – ar jis magminio, ar nuosėdinio pobūdžio.

Iš visų cheminių elementų tik vienas neturi izotopų – fluoras. Todėl jo santykinė atominė masė yra tikslesnė nei kitų elementų.

Nestabilių medžiagų buvimas gamtoje

Kai kuriems elementams santykinė masė nurodyta laužtiniuose skliaustuose. Kaip matote, tai yra elementai, esantys po urano. Faktas yra tas, kad jie neturi stabilių izotopų ir išsiskiria radioaktyvioji spinduliuotė. Todėl skliausteliuose nurodomas stabiliausias izotopas.

Laikui bėgant paaiškėjo, kad iš kai kurių iš jų dirbtinėmis sąlygomis įmanoma gauti stabilų izotopą. Turėjau jį pakeisti periodinė lentelė Mendelejevas atominės masės kai kurie transurano elementai.

Sintetinant naujus izotopus ir matuojant jų gyvavimo trukmę, kartais pavykdavo atrasti nuklidus, kurių pusinės eliminacijos laikas yra milijonus kartų ilgesnis.

Mokslas nestovi vietoje, nuolat atrandami nauji elementai, dėsniai, santykiai įvairūs procesai chemijoje ir gamtoje. Todėl kokia forma bus chemija ir periodinė lentelė Mendelejevo cheminiai elementai ateityje, po šimto metų, yra neaiškūs ir neaiškūs. Bet norėčiau tikėti, kad per pastaruosius šimtmečius sukaupti chemikų darbai pasitarnaus naujoms, pažangesnėms mūsų palikuonių žinioms.