Santykinė cheminių elementų atominė masė. Skirtingų būsenų elektronų kvantinių skaičių reikšmių nustatymas

1. Natūralus magnis susideda iš 24Mg, 25Mg ir 26Mg izotopų. Apskaičiuokite vidutinę natūralaus magnio atominę masę, jei atskirų izotopų kiekis masės procentais yra atitinkamai 78,6; 10.1 ir 11.3.

2. Gamtinis galis susideda iš izotopų 71Ga ir 69Ga. Koks kiekybinis ryšys tarp šių izotopų atomų skaičiaus, jei vidutinis atominė masė galis yra 69,72.

3. Nustatykite boro santykinę atominę masę, jei žinoma, kad 10B izotopo molinė dalis yra 19,6%, o izotopo 11B – 80,4%.

4. Varis turi du izotopus: 63Cu ir 65Cu. Jų molinės frakcijos natūraliame varyje yra atitinkamai 73 ir 27%. Nustatykite vidutinę santykinę vario atominę masę.

5. Nustatykite elemento silicio santykinę atominę masę, jei jis susideda iš trijų izotopų: 28Si (molinė dalis 92,3%), 29Si (4,7%) ir 30Si (3,0%).

6. Natūraliame chlore yra du izotopai 35Cl ir 37Cl. Santykinė chloro atominė masė yra 35,45. Nustatykite kiekvieno chloro izotopo molinę dalį.

7. Santykinė neono atominė masė yra 20,2. Neoną sudaro du izotopai: 20Ne ir 22Ne. Apskaičiuokite kiekvieno izotopo molinę dalį natūraliame neone.

8. Natūraliame brome yra du izotopai. 79Br izotopo molinė dalis yra 55%. Koks dar izotopas įtrauktas į elementą bromas, jei jo santykinė atominė masė yra 79,9.

9. Natūralus talis yra izotopų 203Tl ir 205Tl mišinys. Remdamiesi santykine natūralaus talio atomine mase Ar(Tl) = 204,38, nustatykite talio izotopinę sudėtį masės %.

10. Natūralus iridis yra izotopų 191Ir ir 193Ir mišinys. Pagal santykinę natūralaus iridžio atominę masę Ar(Ir) = 192,22, nustatykite iridžio izotopinę sudėtį masės %.

11. Natūralus renis yra 185Re ir 187Re izotopų mišinys. Remdamiesi santykine natūralaus renio atomine mase Ar(Re) = 186,21, nustatykite renio izotopinę sudėtį masės %.

12. Natūralus galis yra izotopų 69Ga ir 71Ga mišinys. Pagal santykinę natūralaus galio atominę masę Ar(Ga) = 69,72, nustatykite galio izotopinę sudėtį masės %.

13. Natūralus chloras susideda iš dviejų stabilių izotopų 35Cl ir 37Cl. Remdamiesi vidutine santykine chloro atomine mase 35,45, apskaičiuokite chloro izotopinę sudėtį masės procentais.

14. Natūralus sidabras susideda iš dviejų stabilių izotopų 107Ag ir 109Ag. Remdamiesi vidutine santykine sidabro atomine mase 107,87, apskaičiuokite sidabro izotopinę sudėtį masės procentais.

15. Natūralus varis susideda iš dviejų stabilių izotopų 63Cu ir 65Cu. Remdamiesi vidutine santykine vario atomine mase 63,55, apskaičiuokite vario izotopinę sudėtį masės procentais.

16. Natūralus bromas susideda iš dviejų stabilių izotopų 79Br ir 81Br. Remdamiesi vidutine santykine bromo atomine mase 79,90, apskaičiuokite bromo izotopinę sudėtį masės procentais.

17. Natūralų silicį sudaro 3,1 % (molių) izotopo 30Si (kurio atominė masė 29,9738), taip pat izotopų 29Si (kurio atominė masė 28,9765) ir 28Si (kurio atominė masė 27,9770). Apskaičiuokite 29Si ir 28Si kiekį % (moliais).

Atominė masė yra visų protonų, neutronų ir elektronų, sudarančių atomą ar molekulę, masių suma. Palyginti su protonais ir neutronais, elektronų masė yra labai maža, todėl skaičiuojant į ją neatsižvelgiama. Nors formaliai tai neteisinga, dažnai taip yra šis terminas naudojamas nurodyti visų elemento izotopų vidutinę atominę masę. Tai iš tikrųjų yra santykinė atominė masė, dar vadinama atominis svoris elementas. Atominė masė yra visų gamtoje aptinkamų elemento izotopų atominių masių vidurkis. Chemikai, atlikdami savo darbą, turi atskirti šiuos du atominės masės tipus – pavyzdžiui, neteisinga atominės masės vertė gali lemti neteisingą reakcijos rezultatą.

Žingsniai

Atominės masės nustatymas iš periodinės elementų lentelės

Sužinokite, kaip rašoma atominė masė. Atominė masė, tai yra tam tikro atomo ar molekulės masė, gali būti išreikšta standartiniais SI vienetais – gramais, kilogramais ir pan. Tačiau kadangi šiais vienetais išreikštos atominės masės yra labai mažos, jos dažnai rašomos vieningais atominės masės vienetais arba trumpiau amu. – atominės masės vienetai. Vienas atominis vienetas masė lygi 1/12 standartinio anglies-12 izotopo masės.

• Atominės masės vienetas apibūdina masę vienas kurmis šio elemento gramais. Ši vertė yra labai naudinga atliekant praktinius skaičiavimus, nes ją galima naudoti lengvai konvertuojant masę duotas kiekis tam tikros medžiagos atomai ar molekulės moliais ir atvirkščiai.

1. Raskite atominę masę periodinė lentelė Mendelejevas. Daugumoje standartinės lentelės Mendelejevas turi kiekvieno elemento atomines mases (atominius svorius). Paprastai jie pateikiami kaip skaičius elemento langelio apačioje, po cheminį elementą žyminčiomis raidėmis. Paprastai tai yra ne sveikas skaičius, o dešimtainė trupmena.

   Atminkite, kad periodinėje lentelėje pateikiamos vidutinės elementų atominės masės. Kaip minėta anksčiau, santykinės atominės masės, pateiktos kiekvienam periodinės lentelės elementui, yra visų atomo izotopų masių vidurkis. Ši vidutinė vertė yra vertinga daugeliu praktinių tikslų: pavyzdžiui, ji naudojama apskaičiuojant molekulių, susidedančių iš kelių atomų, molinę masę. Tačiau kai susiduriate su atskirais atomais, šios vertės paprastai nepakanka.

   • Kadangi vidutinė atominė masė yra kelių izotopų vidurkis, periodinėje lentelėje parodyta vertė nėra tokia tikslūs bet kurio atskiro atomo atominės masės vertė.
   • Atskirų atomų atominės masės turi būti apskaičiuojamos atsižvelgiant į tikslų protonų ir neutronų skaičių viename atome.

   Atskiro atomo atominės masės apskaičiavimas

   1. Raskite tam tikro elemento arba jo izotopo atominį skaičių. Atominis skaičius yra protonų skaičius elemento atomuose ir niekada nesikeičia. Pavyzdžiui, visi vandenilio atomai ir tik jie turi vieną protoną. Natrio atominis skaičius yra 11, nes jo branduolyje yra vienuolika protonų, o deguonies atominis skaičius yra aštuoni, nes jo branduolyje yra aštuoni protonai. Bet kurio elemento atominį numerį galite rasti periodinėje lentelėje - beveik visose standartinėse versijose šis skaičius nurodytas aukščiau. raidės žymėjimas cheminis elementas. Atominis skaičius visada yra teigiamas sveikasis skaičius.

      • Tarkime, kad mus domina anglies atomas. Anglies atomai visada turi šešis protonus, todėl žinome, kad jo atominis skaičius yra 6. Be to, matome, kad periodinėje lentelėje ląstelės viršuje su anglimi (C) yra skaičius „6“, rodantis, kad atominis anglies atomų skaičius yra šeši.
      • Atkreipkite dėmesį, kad elemento atominis skaičius nėra vienareikšmiškai susijęs su jo santykine atomine mase periodinėje lentelėje. Nors, ypač kalbant apie elementus lentelės viršuje, gali pasirodyti, kad elemento atominė masė yra dvigubai didesnė atominis skaičius, jis niekada neapskaičiuojamas atominį skaičių padauginus iš dviejų.

   2. Raskite neutronų skaičių branduolyje. Neutronų skaičius gali skirtis skirtingi atomai tas pats elementas. Kai du to paties elemento atomai su tuo pačiu protonų skaičiumi turi skirtingi kiekiai neutronai, tai skirtingi šio elemento izotopai. Skirtingai nuo protonų skaičiaus, kuris niekada nesikeičia, neutronų skaičius tam tikro elemento atomuose dažnai gali keistis, todėl vidutinė elemento atominė masė rašoma kaip dešimtainė trupmena, kurios vertė yra tarp dviejų gretimų sveikųjų skaičių.

      Sudėkite protonų ir neutronų skaičių. Tai bus šio atomo atominė masė. Nekreipkite dėmesio į elektronų, kurie supa branduolį, skaičių – jų bendra masė itin maža, todėl jie praktiškai neturi įtakos jūsų skaičiavimams.

   Elemento santykinės atominės masės (atominės masės) apskaičiavimas

   1. Nustatykite, kurie izotopai yra mėginyje. Chemikai dažnai nustato izotopų santykį konkretus pavyzdys naudojant specialų prietaisą, vadinamą masės spektrometru. Tačiau mokymų metu šie duomenys jums bus pateikti atliekant užduotis, testus ir pan., verčių, paimtų iš mokslinės literatūros, forma.

      • Tarkime, kad mūsų atveju turime du izotopus: anglies-12 ir anglies-13.

   2. Nustatykite santykinį kiekvieno izotopo kiekį mėginyje. Kiekviename elemente atsiranda skirtingi izotopai skirtingi santykiai. Šie santykiai beveik visada išreiškiami procentais. Kai kurie izotopai yra labai paplitę, o kiti labai reti – kartais tokie reti, kad juos sunku aptikti. Šias vertes galima nustatyti naudojant masės spektrometriją arba rasti žinynuose.

      • Tarkime, kad anglies-12 koncentracija yra 99%, o anglies-13 - 1%. Kiti anglies izotopai tikrai egzistuoja, bet tokiais mažais kiekiais, kad šiuo atveju jų galima nepaisyti.

   3. Kiekvieno izotopo atominę masę padauginkite iš jo koncentracijos mėginyje. Kiekvieno izotopo atominę masę padauginkite iš jo procentinės dalies (išreikštos dešimtainiu tikslumu). Norėdami konvertuoti palūkanas į dešimtainis, tiesiog padalykite jas iš 100. Gautos koncentracijos visada turėtų sudaryti 1.

      • Mūsų mėginyje yra anglies-12 ir anglies-13. Jei anglis-12 sudaro 99% mėginio, o anglis-13 sudaro 1%, tada 12 (anglies-12 atominė masė) padauginkite iš 0,99 ir 13 (anglies-13 atominė masė) iš 0,01.
      • Informacijos knygose pateikiami procentai, pagrįsti žinomais visų konkretaus elemento izotopų kiekiais. Daugumoje chemijos vadovėlių ši informacija pateikiama lentelėje knygos pabaigoje. Tiriamo mėginio santykinės izotopų koncentracijos taip pat gali būti nustatomos naudojant masės spektrometrą.

   4. Sudėkite rezultatus. Susukite daugybos rezultatus, gautus atlikdami ankstesnį veiksmą. Atlikę šią operaciją, rasite savo elemento santykinę atominę masę – atitinkamo elemento izotopų atominių masių vidutinę vertę. Vertinant elementą kaip visumą, o ne konkretų tam tikro elemento izotopą, naudojama ši vertė.

      • Mūsų pavyzdyje 12 x 0,99 = 11,88 anglies-12 ir 13 x 0,01 = 0,13 anglies-13. Santykinė atominė masė mūsų atveju yra 11,88 + 0,13 = 12,01 .
   • Kai kurie izotopai yra mažiau stabilūs nei kiti: jie skyla į elementų, kurių branduolyje yra mažiau protonų ir neutronų, atomus, išskirdami daleles, kurios sudaro atomo branduolys. Tokie izotopai vadinami radioaktyviais.

Problemos dėl izotopų

A lygis

1. Apskaičiuokite vandenilio izotopinę sudėtį (%) (vidutinė santykinė atominė masė).A r = 1,008) ir ličio (A r = 6,9), darant prielaidą, kad kiekvienas elementas susideda tik iš dviejų izotopų, kurių santykinė atominė masė skiriasi vienu.

Atsakymas. Vandenilis: 1 H – 99,2 % ir 2 H – 0,8 %; ličio: 6 Li – 10 % ir 7 Li – 90 %.

2. Natūralaus vandenilio santykinė atominė masė yra 1,00797. Šis vandenilis yra protiumo izotopų mišinys ( A r = 1,00782) ir deuterio (A r = 2,0141). Kiek procentų deuterio yra natūraliame vandenilyje?

Atsakymas. 0,015%.

3. Tarp pateiktų elementų simbolių nurodykite izotopus ir izobarus:

Atsakymas. Izotopai turi tuos pačius cheminius simbolius, o izobarai turi tą pačią atominę masę.

4. Natūralus litis (A r = 6,9) susideda iš izotopų, kurių masės skaičiai yra 6 ir 7. Kiek procentų pirmojo izotopoar jame yra?

Atsakymas. 10%.

5. Magnio izotopo atomo masė yra 4,15 10 –23 d Nustatykite neutronų skaičių šio atomo branduolyje.

Atsakymas. 13.

6. Varis turi du izotopus, kurių masės skaičiai yra 63 ir 65. Masės dalis jų kiekis natūralaus vario yra atitinkamai 73% ir 27%. Remdamiesi šiais duomenimis, apskaičiuokite vidutinę santykinę natūralaus vario atominę masę.

Atsakymas. 63,54.

7. Vidutinė santykinė natūralaus chloro atominė masė yra 35,45. Apskaičiuokite masės frakcijos du jo izotopai, kurių masės skaičiai yra 35 ir 37.

Atsakymas. 77,5% ir 22,5%.

8. Nustatykite santykinę boro atominę masę, jei žinomos jo izotopų masės dalys ( 10 B) = 19,6% ir( 11 B) = 80,4 %.

Atsakymas. 10,804.

9. Litį sudaro du natūralūs izotopai, kurių masės skaičius yra 6 ( 1 = 7,52 %) ir 7 ( 2 = 92,48%). Apskaičiuokite santykinę ličio atominę masę.

Atsakymas. 6,9248.

10. Apskaičiuokite santykinę kobalto atominę masę, jei žinoma, kad gamtoje egzistuoja du jo izotopai: kurių masės skaičiai 57 ( 1 = 0,17 %) ir 59 ( 2 = 99,83%).

Atsakymas. 58,9966.

11. Santykinė boro atominė masė yra 10,811. Nustatykite izotopų, kurių masės skaičiai 10 ir 11, procentą natūraliame bore.

Atsakymas. 18,9% ir 81,1%.

12. Galis turi du natūralus izotopas kurių masės skaičiai 69 ir 71. Koks kiekybinis ryšys tarp šių izotopų atomų skaičiaus, jei elemento santykinė atominė masė yra 69,72.

Atsakymas. 1,78:1.

13. Natūralus bromas turi du izotopus, kurių masės skaičiai yra 79 ir 81. Santykinė bromo atominė masė yra 79,904. Nustatykite kiekvieno izotopo masės dalį natūraliame brome.

Atsakymas. 54,8% ir 45,2%.

B lygis

1. Silicis turi tris stabilus izotopas – 30 Si (3,05 % (mol.)), 29 Si ir 28 Si. Apskaičiuokite labiausiai paplitusio silicio izotopo kiekį (% (mol.)). Kuo jie skirsis? molinės masės silicio dioksidas, kurio izotopinė sudėtis skiriasi, atsižvelgiant į tai, kad deguonis turi tris stabilius izotopus, kurių masės skaičiai yra 16, 17 ir 18?

Atsakymas. 94,55 %; 18 rūšių silicio dioksido molekulių.

2. Mėginys susideda iš dviejų vieno elemento izotopų mišinio; 30% yra izotopas, kurio branduolyje yra 18 neutronų; 70% yra izotopas, kurio branduolyje yra 20 neutronų. Nustatykite elemento atominį skaičių, jei izotopų mišinio elemento vidutinė santykinė atominė masė yra 36,4.

Atsakymas. 17.

3. Cheminis elementas susideda iš dviejų izotopų. Pirmojo izotopo atomo branduolyje yra 10 protonų ir 10 neutronų. Antrojo izotopo atomo branduolyje yra dar 2 neutronai. Kiekvienam 9 lengvesnio izotopo atomui tenka vienas sunkesnio izotopo atomas. Apskaičiuokite elemento vidutinę santykinę atominę masę.

Atsakymas. 20,2.

4. Izotopas 137 Cs pusinės eliminacijos laikas yra 29,7 metų. 1 g šio izotopo sprogstamai sureagavo su vandens pertekliumi. Koks yra cezio pusinės eliminacijos laikas gautame junginyje? Pagrįskite savo atsakymą.

Atsakymas. T 1/2 = 29,7 metų.

5. Po kiek metų radioaktyvaus stroncio-90 kiekis (pusėjimo laikas 27 metai) iškrenta dėl radioaktyviųjų nuosėdų? branduolinis sprogimas, taps mažiau nei 1,5% kiekio, kuris buvo aptiktas tuo metu po branduolinio sprogimo?

Atsakymas. 163,35 metų.

6. Taikant žymėto atomo metodą, radioaktyvieji izotopai naudojami elemento keliui kūne „atsekti“. Taigi pacientui, sergančiam kasa, suleidžiamas radioaktyvaus izotopo jodo-131 preparatas (atliekamas – -skilimas), kuris leidžia gydytojui stebėti jodo prasiskverbimą per paciento kūną. Parašykite radioaktyvaus skilimo lygtį ir apskaičiuokite, per kiek laiko į organizmą patenkančio radioaktyvaus jodo kiekis sumažėtų 10 kartų (pusėjimo laikas 8 dienos).

Atsakymas.

7. Kiek laiko užtruks, kol trys ketvirtadaliai nikelio virsta variu – -skilimas, jei izotopo pusinės eliminacijos laikas 63 28 Ni yra 120 metų?

Atsakymas. 240 metų.

8. Raskite izotopo masę 81 Sr (pusinės eliminacijos laikas 8,5 valandos), likęs po 25,5 valandos laikymo, jei pradinė masė buvo 200 mg.

Atsakymas. 25 mg.

9. Apskaičiuokite izotopų atomų procentą 128 I (pusėjimo laikas 25 min.), likęs nesuiręs po 2,5 valandos laikymo.

Atsakymas. 1,5625%.

10. Pusės gyvenimas – - radioaktyvusis izotopas 24 Na lygi 14,8 val. Parašykite skilimo reakcijos lygtį ir apskaičiuokite, kiek gramų antrinio produkto susidaro iš 24 g šio izotopo per 29,6 val.

Atsakymas.

11. Izotopas 210 Ro, spinduliuoja-dalelės, naudojamos mišinyje su beriliu neutronų šaltiniuose. Po kurio laiko tokių šaltinių intensyvumas sumažės 32 kartus? Izotopo pusinės eliminacijos laikas yra 138 dienos.

Atsakymas. 690 dienų

Pratimai apie branduolines reakcijas

1. Kiek- Ir – -dalelės turėjo prarasti branduolį 226 Ra gauti dukterinį elementą, kurio masės numeris 206, priklausantį IV grupei periodinė lentelė elementai? Pavadinkite šį elementą.

Atsakymas. 5, 4 – , 206 82 Pb.

2. Izotopo atomo branduolys 238 92 Dėl radioaktyvaus skilimo U virto branduoliu 226 88 Ra. Kiek- Ir – -daleles išskleidė pirminis branduolys?

Elementariųjų dalelių skaičiaus izotopų ir izobarų atomuose nustatymas

1 pavyzdys. Nustatykite izotopų 82 207 X ir 82 212 X protonų, neutronų ir elektronų skaičių; izobarai turi 81 210 Y ir 84 210 Z. Pavadinkite šiuos elementus.

Sprendimas. 82-as periodinės lentelės elementas yra švinas (X = Pb), 81-as elementas yra talis (Y = Tl), 84-as elementas yra polonis (Z = Po). elektronų ir protonų skaičius atitinka elemento atominį skaičių. Neutronų skaičius branduolyje apskaičiuojamas iš elementų masės skaičiaus atėmus protonų skaičių branduolyje (elemento skaičių). Rezultate gauname:

Elementų santykinės atominės masės apskaičiavimas pagal jų natūralią izotopinę sudėtį

2 pavyzdys. Molinės frakcijos izotopai 24 Mg, 25 Mg ir 26 Mg yra atitinkamai 79,7; 9,8 ir 10,5 proc. Apskaičiuokite vidutinę santykinę magnio atominę masę.

Sprendimas. Vidutinė santykinė magnio atominė masė apskaičiuojama sudedant kiekvieno izotopo masės dalių sandaugą pagal jo masės skaičių:

M = 0,797 · 24 + 0,098· 25 + 0,105· 26 = 19,128 + 2,450 + 2,730 = 24,308.

Gauta vertė yra artima magnio atominės masės vertei, nurodytai periodinėje elementų lentelėje (24.305).

Branduolinių reakcijų lygčių sudarymas

3 pavyzdys. Nustatykite radioaktyvaus skilimo produktus X, Y ir Z:

88 226 Ra -(α-skilimas) X-(α-skilimas) Y -(β-skilimas) Z.

Sprendimas. 88 226 Ra α skilimo metu jo masės skaičius A sumažėja keturiais vienetais ir tampa lygus A X = 226-4 = 222. Šiuo atveju branduolio krūvis sumažėja dviem vienetais ir pasirodo lygus Z X = 88-2 = 86. Taigi pirmasis skilimas lemia radono izotopas 86 222 Rn. Radono skilimo produktas α nustatomas panašiai: A Y = 222-4 = 218, Z Y = 86-2 = 84. Antrojo skilimo rezultate gauname polonio izotopą 84 218 Po; Polonio skilimas β nekeičia elemento masės skaičiaus, o padidina jo branduolio krūvį vienu: Z Z = 84+1 = 85. Šios skilimo grandinės galutinis produktas bus elemento numeris 85, t.y. astatinas (85 218 At). Galutinė branduolinių transformacijų schema atrodys taip:

88 226 Ra -(α-skilimas) 86 222 Rn -(α-skilimas) 84 218 Po -(β-skilimas) 85 218 At.

Didžiausio elektronų skaičiaus ant elektroninių sluoksnių ir elektronų apvalkalų nustatymas

4 pavyzdys: Apskaičiuokite didžiausią elektronų skaičių penktoje elektroninis sluoksnis ir ant f apvalkalo.

Sprendimas. Didžiausias galimas elektronų skaičius elektronų sluoksnyje, kurio skaičius n, yra N n = 2n 2 . Penktam elektronų sluoksniui gauname:

Nn = 5 = 2 · 5 2 = 50.

Didžiausias galimas elektronų skaičius elektronų apvalkalas su nurodyta verte l lygus N l = 2(2l+ 1). Dėl f-shell l= 3. Rezultate gauname:

N l=3 = 2(2· 3 + 1) = 14.

Skirtingų būsenų elektronų kvantinių skaičių reikšmių nustatymas

5 pavyzdys. Nustatykite pagrindinių ir antrinių kvantinių skaičių reikšmes šioms elektronų būsenoms: 3d, 4s ir 5p.

Sprendimas. Pagrindinio kvantinio skaičiaus reikšmė įvairios sąlygosžymimi elektronai atomuose Arabiškas skaitmuo, ir pusės vertė kvantinis skaičius– atitinkamos mažosios raidės lotyniška raidė. Dėl to gauname nagrinėjamų elektronų būsenas.