Masa atomike relative e elementeve kimike. Përcaktimi i numrit maksimal të elektroneve në shtresat elektronike dhe predha elektronike

Masa atomikeështë shuma e masave të të gjithë protoneve, neutroneve dhe elektroneve që përbëjnë një atom ose molekulë. Në krahasim me protonet dhe neutronet, masa e elektroneve është shumë e vogël, kështu që nuk merret parasysh në llogaritjet. Edhe pse kjo është e pasaktë nga pikëpamja formale, shpesh është këtë term përdoret për të treguar masën mesatare atomike të të gjithë izotopeve të një elementi. Në fakt është relative masë atomike, i quajtur gjithashtu peshë atomike element. Pesha atomike është mesatarja e masave atomike të të gjithë izotopeve të një elementi që gjendet në natyrë. Kimistët duhet të bëjnë dallimin midis këtyre dy llojeve të masës atomike kur kryejnë punën e tyre - një vlerë e gabuar e masës atomike, për shembull, mund të rezultojë në një rezultat të pasaktë për rendimentin e një reaksioni.

Hapat

Gjetja e masës atomike nga sistemi periodik i elementeve

Mësoni si shkruhet masa atomike. Masa atomike, domethënë masa e një atomi ose molekule të caktuar, mund të shprehet në njësi standarde SI - gram, kilogram, e kështu me radhë. Megjithatë, për shkak se masat atomike të shprehura në këto njësi janë jashtëzakonisht të vogla, ato shpesh shkruhen në njësi të unifikuar të masës atomike, ose shkurt amu. – njësitë e masës atomike. Një njësi atomike masa është e barabartë me 1/12 e masës së izotopit standard të karbonit-12.

• Njësia e masës atomike karakterizon masën një nishan të këtij elementi në gram. Kjo vlerë është shumë e dobishme në llogaritjet praktike, pasi mund të përdoret për të kthyer lehtësisht masën sasia e dhënë atomet ose molekulat e një lënde të caktuar në mole, dhe anasjelltas.

1. Gjeni masën atomike në tabelë periodike Mendelejevi. Në shumicën tabela standarde Mendelejevi përmban masat atomike (peshat atomike) të secilit element. Në mënyrë tipike, ato renditen si një numër në fund të qelizës së elementit, poshtë shkronjave që përfaqësojnë elementin kimik. Zakonisht ky nuk është një numër i plotë, por një thyesë dhjetore.

   Mos harroni se tabela periodike jep masat mesatare atomike të elementeve. Siç u përmend më herët, masat atomike relative të dhëna për secilin element në tabelën periodike janë mesatarja e masave të të gjithë izotopeve të atomit. Kjo vlerë mesatare është e vlefshme për shumë qëllime praktike: për shembull, përdoret në llogaritjen e masës molare të molekulave që përbëhen nga disa atome. Megjithatë, kur keni të bëni me atome individuale, kjo vlerë zakonisht nuk është e mjaftueshme.

   • Meqenëse masa mesatare atomike është mesatarja e disa izotopeve, vlera e treguar në tabelën periodike nuk është të sakta vlera e masës atomike të çdo atomi të vetëm.
   • Masat atomike të atomeve individuale duhet të llogariten duke marrë parasysh numrin e saktë të protoneve dhe neutroneve në një atom të vetëm.

   Llogaritja e masës atomike të një atomi individual

   1. Gjeni numrin atomik të një elementi të caktuar ose izotopit të tij. Numri atomik është numri i protoneve në atomet e një elementi dhe nuk ndryshon kurrë. Për shembull, të gjithë atomet e hidrogjenit, dhe vetëm kanë një proton. Numri atomik i natriumit është 11 sepse ka njëmbëdhjetë protone në bërthamën e tij, ndërsa numri atomik i oksigjenit është tetë sepse ka tetë protone në bërthamën e tij. Ju mund të gjeni numrin atomik të çdo elementi në tabelën periodike - pothuajse në të gjitha versionet e tij standarde, ky numër tregohet më lart emërtimi i shkronjave element kimik. Numri atomik është gjithmonë një numër i plotë pozitiv.

      • Supozoni se jemi të interesuar për atomin e karbonit. Atomet e karbonit kanë gjithmonë gjashtë protone, kështu që ne e dimë se numri atomik i tij është 6. Përveç kësaj, shohim se në tabelën periodike, në krye të qelizës me karbon (C) është numri "6", që tregon se atomik numri i karbonit është gjashtë.
      • Vini re se numri atomik i një elementi nuk lidhet në mënyrë unike me masën e tij atomike relative në tabelën periodike. Megjithëse, veçanërisht për elementët në krye të tabelës, mund të duket se masa atomike e elementit është dyfishi i saj numer atomik, asnjëherë nuk llogaritet duke shumëzuar numrin atomik me dy.

   2. Gjeni numrin e neutroneve në bërthamë. Numri i neutroneve mund të ndryshojë për atome të ndryshme të njëjtin element. Kur dy atome të të njëjtit element me numër të njëjtë të protoneve kanë sasi të ndryshme neutronet, janë izotopë të ndryshëm të këtij elementi. Ndryshe nga numri i protoneve, i cili nuk ndryshon kurrë, numri i neutroneve në atomet e një elementi të caktuar shpesh mund të ndryshojë, kështu që masa mesatare atomike e një elementi shkruhet si një fraksion dhjetor me një vlerë që shtrihet midis dy numrave të plotë fqinjë.

      Mblidhni numrin e protoneve dhe neutroneve. Kjo do të jetë masa atomike e këtij atomi. Injoroni numrin e elektroneve që rrethojnë bërthamën - masa e tyre totale është jashtëzakonisht e vogël, kështu që ato praktikisht nuk kanë asnjë efekt në llogaritjet tuaja.

   Llogaritja e masës atomike relative (peshës atomike) të një elementi

   1. Përcaktoni se cilët izotopë gjenden në mostër. Kimistët shpesh përcaktojnë raportin e izotopeve në mostër specifike duke përdorur një instrument të veçantë të quajtur spektrometër masiv. Megjithatë, gjatë trajnimit, këto të dhëna do t'ju ofrohen në detyra, teste e kështu me radhë në formën e vlerave të marra nga literatura shkencore.

      • Në rastin tonë, le të themi se kemi të bëjmë me dy izotope: karbon-12 dhe karbon-13.

   2. Përcaktoni bollëkun relativ të secilit izotop në mostër. Për secilin element ndodhin izotopë të ndryshëm raporte të ndryshme. Këto raporte janë pothuajse gjithmonë të shprehura në përqindje. Disa izotopë janë shumë të zakonshëm, ndërsa të tjerët janë shumë të rrallë—ndonjëherë aq të rrallë saqë janë të vështira për t'u zbuluar. Këto vlera mund të përcaktohen duke përdorur spektrometrinë e masës ose të gjenden në një libër referimi.

      • Le të supozojmë se përqendrimi i karbonit-12 është 99% dhe i karbonit-13 është 1%. Izotope të tjera të karbonit vërtetë ekzistojnë, por në sasi aq të vogla sa në këtë rast ato mund të neglizhohen.

   3. Shumëzoni masën atomike të secilit izotop me përqendrimin e tij në mostër. Shumëzoni masën atomike të secilit izotop me bollëkun e përqindjes së tij (shprehur si dhjetor). Për të kthyer interesin në dhjetore, thjesht ndajini ato me 100. Përqendrimet që rezultojnë duhet gjithmonë të mblidhen deri në 1.

      • Mostra jonë përmban karbon-12 dhe karbon-13. Nëse karboni-12 përbën 99% të kampionit dhe karboni-13 përbën 1%, atëherë shumëzoni 12 (masën atomike të karbonit-12) me 0,99 dhe 13 (masën atomike të karbonit-13) me 0,01.
      • Librat e referencës japin përqindje bazuar në sasitë e njohura të të gjithë izotopeve të një elementi të caktuar. Shumica e teksteve të kimisë e përmbajnë këtë informacion në një tabelë në fund të librit. Për kampionin që studiohet, përqendrimet relative të izotopeve mund të përcaktohen gjithashtu duke përdorur një spektrometër masiv.

   4. Shtoni rezultatet. Përmblidhni rezultatet e shumëzimit që keni marrë në hapin e mëparshëm. Si rezultat i këtij operacioni, do të gjeni masën atomike relative të elementit tuaj - vlerën mesatare të masave atomike të izotopeve të elementit në fjalë. Kur merret parasysh një element në tërësi, dhe jo një izotop specifik i një elementi të caktuar, përdoret kjo vlerë.

      • Në shembullin tonë, 12 x 0.99 = 11.88 për karbon-12 dhe 13 x 0.01 = 0.13 për karbon-13. Masa relative atomike në rastin tonë është 11,88 + 0,13 = 12,01 .
   • Disa izotope janë më pak të qëndrueshëm se të tjerët: ato zbërthehen në atome të elementeve me më pak protone dhe neutrone në bërthamë, duke lëshuar grimca që përbëjnë bërthama atomike. Izotope të tilla quhen radioaktive.

1. Magnezi natyror përbëhet nga izotopet 24Mg, 25Mg dhe 26Mg. Llogaritni masën mesatare atomike të magnezit natyror nëse përmbajtja e izotopeve individuale në përqindje në masë është përkatësisht 78,6; 10.1 dhe 11.3.

2. Galiumi natyror përbëhet nga izotopet 71Ga dhe 69Ga. Cila është marrëdhënia sasiore midis numrit të atomeve të këtyre izotopeve nëse masa mesatare atomike e galiumit është 69,72.

3. Përcaktoni masën atomike relative të borit nëse dihet se fraksioni mol i izotopit 10B është 19,6%, dhe izotopit 11B është 80,4%.

4. Bakri ka dy izotope: 63Cu dhe 65Cu. Fraksionet e tyre molare në bakër natyral janë përkatësisht 73 dhe 27%. Përcaktoni masën mesatare atomike relative të bakrit.

5. Përcaktoni masën atomike relative të elementit silikon nëse ai përbëhet nga tre izotope: 28Si (fraksioni mol 92,3%), 29Si (4,7%) dhe 30Si (3,0%).

6. Klori natyror përmban dy izotope 35Cl dhe 37Cl. Masa relative atomike e klorit është 35,45. Përcaktoni fraksionin mol të secilit izotop të klorit.

7. Masa atomike relative e neonit është 20.2. Neoni përbëhet nga dy izotope: 20Ne dhe 22Ne. Llogaritni fraksionin mol të secilit izotop në neonin natyror.

8. Bromi natyral përmban dy izotope. Fraksioni molar i izotopit 79Br është 55%. Cili izotop tjetër përfshihet në elementin brom nëse masa e tij atomike relative është 79.9.

9. Taliumi natyror është një përzierje e izotopeve 203Tl dhe 205Tl. Në bazë të masës atomike relative të taliumit natyror Ar(Tl) = 204,38, përcaktoni përbërjen izotopike të taliumit në % ndaj masës.

10. Iridiumi natyror është një përzierje e izotopeve 191Ir dhe 193Ir. Në bazë të masës atomike relative të iridiumit natyror Ar(Ir) = 192,22, përcaktoni përbërjen izotopike të iridiumit në % ndaj masës.

11. Reniumi natyror është një përzierje e izotopeve 185Re dhe 187Re. Në bazë të masës atomike relative të reniumit natyror Ar(Re) = 186,21, përcaktoni përbërjen izotopike të reniumit në % ndaj masës.

12. Galiumi natyror është një përzierje e izotopeve 69Ga dhe 71Ga. Në bazë të masës atomike relative të galiumit natyror Ar(Ga) = 69,72, përcaktoni përbërjen izotopike të galiumit në % ndaj masës.

13. Klori natyror përbëhet nga dy izotope të qëndrueshme 35Cl dhe 37Cl. Bazuar në masën mesatare atomike relative të klorit prej 35,45, llogaritni përbërjen izotopike të klorit si përqindje në masë.

14. Argjendi natyror përbëhet nga dy izotope të qëndrueshme 107Ag dhe 109Ag. Bazuar në masën mesatare atomike relative të argjendit prej 107,87, llogaritni përbërjen izotopike të argjendit si përqindje në masë.

15. Bakri natyror përbëhet nga dy izotope të qëndrueshme 63Cu dhe 65Cu. Bazuar në masën mesatare atomike relative të bakrit prej 63,55, llogaritni përbërjen izotopike të bakrit në përqindje në masë.

16. Bromi natyral përbëhet nga dy izotope të qëndrueshme 79Br dhe 81Br. Bazuar në masën mesatare atomike relative të bromit prej 79,90, llogaritni përbërjen izotopike të bromit në përqindje në masë.

17. Silici natyror përbëhet nga 3,1% (me mol) të izotopit 30Si (me masë atomike 29,9738), si dhe izotopet 29Si (me masë atomike 28,9765) dhe 28Si (me masë atomike 27709). Llogaritni përmbajtjen në % (me mol) të 29Si dhe 28Si.

Përcaktimi i numrit të grimcave elementare në atomet e izotopeve dhe izobareve

Shembulli 1. Përcaktoni numrin e protoneve, neutroneve dhe elektroneve për izotopet 82 207 X dhe 82 212 X; izobaret kanë 81,210 Y dhe 84,210 Z. Emërtoni këta elementë.

Zgjidhje. Elementi i 82-të i tabelës periodike është plumbi (X = Pb), elementi i 81-të është talium (Y = Tl), elementi i 84-të është polonium (Z = Po). numri i elektroneve dhe protoneve korrespondon me numrin atomik të elementit. Numri i neutroneve në bërthamë llogaritet duke zbritur numrin e protoneve në bërthamë (numri i elementit) nga numri masiv i elementeve. Si rezultat marrim:

Llogaritja e masës atomike relative të elementeve nga përbërja izotopike e tyre natyrore

Shembulli 2. Fraksionet e nishanit izotopet 24 Mg, 25 Mg dhe 26 Mg janë përkatësisht 79.7; 9.8 dhe 10.5%. Llogaritni masën mesatare atomike relative të magnezit.

Zgjidhje. Masa mesatare atomike relative e magnezit llogaritet duke mbledhur produktet e fraksioneve masive të secilit izotop me numrin e masës së tij:

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

Vlera që rezulton është afër vlerës së masës atomike të magnezit të dhënë në tabelën periodike të elementeve (24.305).

Hartimi i ekuacioneve të reaksionit bërthamor

Shembulli 3. Identifikoni produktet e zbërthimit radioaktiv X, Y dhe Z:

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

Zgjidhje. Gjatë kalbjes α të 88 226 Ra, numri i masës së tij A zvogëlohet me katër njësi dhe bëhet i barabartë me A X = 226-4 = 222. Në këtë rast, ngarkesa e bërthamës zvogëlohet me dy njësi dhe rezulton të jetë e barabartë me Z X = 88-2 = 86. Kështu, zbërthimi i parë çon në formimin e izotopit të radonit 86 222 Rn. Produkti i kalbjes α i radonit përcaktohet në mënyrë të ngjashme: A Y = 222-4 = 218, Z Y = 86-2 = 84. Si rezultat i zbërthimit të dytë, marrim izotopin e poloniumit 84 218 Po; β-zbërthimi i poloniumit nuk e ndryshon numrin masiv të elementit, por e rrit ngarkesën e bërthamës së tij me një: Z Z = 84+1 = 85. Produkti përfundimtar i këtij zinxhiri zbërthimi do të jetë elementi numër 85, d.m.th. astatine (85,218 At). Skema përfundimtare e transformimeve bërthamore do të duket si kjo:

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

Përcaktimi i numrit maksimal të elektroneve në shtresat elektronike dhe predha elektronike

Shembulli 4. Llogaritni numrin maksimal të elektroneve në shtresën e pestë elektronike dhe në shtresën f.

Zgjidhje. Numri maksimal i mundshëm i elektroneve në shtresën elektronike me numër n është N n = 2n 2 . Për shtresën e pestë elektronike marrim:

Nn=5=2 · 5 2 = 50.

Numri maksimal i mundshëm i elektroneve për guaskë elektronike me vlerë të dhënë l barazohet me N l = 2(2l+ 1). Për f-shell l= 3. Si rezultat marrim:

N l=3 = 2(2· 3 + 1) = 14.

Përcaktimi i vlerave të numrave kuantikë për elektronet në gjendje të ndryshme

Shembulli 5. Përcaktoni vlerat e numrave kuantikë kryesorë dhe dytësorë për gjendjet e mëposhtme të elektroneve: 3d, 4s dhe 5p.

Zgjidhje. Vlera e numrit kuantik kryesor për kushte të ndryshme shënohen elektronet në atome Numri arab, dhe vlerën e anës numër kuantik– shkronjat e vogla përkatëse shkronja latine. Si rezultat, marrim për gjendjet e elektroneve në shqyrtim.

Probleme me izotopet

Niveli A

1. Llogaritni përbërjen izotopike (në%) të hidrogjenit (masa mesatare atomike relativeA r = 1,008) dhe litium (A r = 6.9), duke supozuar se çdo element përbëhet nga vetëm dy izotope, masat atomike relative të të cilëve ndryshojnë me një.

Përgjigju. Hidrogjen: 1 H – 99,2% dhe 2 H – 0,8%; litium: 6 Li – 10% dhe 7 Li – 90%.

2. Masa atomike relative e hidrogjenit natyror është 1,00797. Ky hidrogjen është një përzierje e izotopeve të protiumit ( A r = 1,00782) dhe deuterium (A r = 2,0141). Sa është përqindja e deuteriumit në hidrogjenin natyror?

Përgjigju. 0,015%.

3. Ndër simbolet e dhëna të elementeve, tregoni izotopet dhe izobaret:

Përgjigju. Izotopet kanë të njëjtat simbole kimike dhe izobaret kanë të njëjtat masa atomike.

4. Litium natyral (A r = 6.9) përbëhet nga izotope me numra masiv 6 dhe 7. Sa përqind e izotopit të parëai përmban?

Përgjigju. 10%.

5. Masa e një atomi të izotopit të magnezit është 4,15 10 –23 d. Përcaktoni numrin e neutroneve që përmban bërthama e këtij atomi.

Përgjigju. 13.

6. Bakri ka dy izotope me numra masiv 63 dhe 65. Pjesa masive përmbajtja e tyre në bakër natyral është përkatësisht 73% dhe 27%. Bazuar në këto të dhëna, llogaritni masën mesatare atomike relative të bakrit natyror.

Përgjigju. 63,54.

7. Masa mesatare atomike relative e klorit natyror është 35,45. Llogaritni fraksionet masive dy nga izotopet e tij me numra masiv 35 dhe 37.

Përgjigju. 77.5% dhe 22.5%.

8. Përcaktoni masën atomike relative të borit nëse dihen fraksionet masive të izotopeve të tij ( 10 B) = 19.6% dhe( 11 B) = 80.4%.

Përgjigju. 10,804.

9. Litiumi përbëhet nga dy izotope natyrore me numër masiv 6 ( 1 = 7,52%) dhe 7 ( 2 = 92,48%). Llogaritni masën atomike relative të litiumit.

Përgjigju. 6,9248.

10. Llogaritni masën atomike relative të kobaltit nëse dihet se dy nga izotopet e tij ekzistojnë në natyrë: me numra masiv 57 ( 1 = 0,17%) dhe 59 ( 2 = 99,83%).

Përgjigju. 58,9966.

11. Masa atomike relative e borit është 10.811. Përcaktoni përqindjen e izotopeve me numra masiv 10 dhe 11 në bor natyror.

Përgjigju. 18.9% dhe 81.1%.

12. Galiumi ka dy izotopi natyror me numrat masiv 69 dhe 71. Cila është marrëdhënia sasiore midis numrave të atomeve të këtyre izotopeve nëse masa atomike relative e elementit është 69.72.

Përgjigju. 1,78:1.

13. Bromi natyror ka dy izotope me numra masiv 79 dhe 81. Masa atomike relative e bromit është 79.904. Përcaktoni pjesën masive të secilit izotop në bromin natyral.

Përgjigju. 54.8% dhe 45.2%.

Niveli B

1. Silikoni ka tre izotop i qëndrueshëm – 30 Si (3,05% (mol.)), 29 Si dhe 28 Si. Llogaritni përmbajtjen (në % (mol.)) të izotopit më të zakonshëm të silikonit. Si do të ndryshojnë? masa molare dioksidi i silikonit, i cili ka një përbërje të ndryshme izotopike, duke pasur parasysh se oksigjeni ka tre izotope të qëndrueshme me numra masiv 16, 17 dhe 18?

Përgjigju. 94,55%; 18 lloje të molekulave të dioksidit të silikonit.

2. Mostra përbëhet nga një përzierje e dy izotopeve të një elementi; 30% është një izotop, bërthama e të cilit ka 18 neutrone; 70% është një izotop, bërthama e të cilit ka 20 neutrone. Përcaktoni numrin atomik të një elementi nëse masa mesatare atomike relative e elementit në një përzierje izotopësh është 36.4.

Përgjigju. 17.

3. Një element kimik përbëhet nga dy izotope. Bërthama e një atomi të izotopit të parë përmban 10 protone dhe 10 neutrone. Ka edhe 2 neutrone të tjera në bërthamën e një atomi të izotopit të dytë. Për çdo 9 atome të një izotopi më të lehtë ka një atom të një izotopi më të rëndë. Llogaritni masën mesatare atomike relative të elementit.

Përgjigju. 20,2.

4. Izotop 137 Cs ka një gjysmë jetë prej 29.7 vjet. 1 g i këtij izotopi reagoi në mënyrë shpërthyese me ujin e tepërt. Cila është gjysma e jetës së ceziumit në përbërjen që rezulton? Arsyetoni përgjigjen tuaj.

Përgjigju. T 1/2 = 29,7 vjet.

5. Pas sa vitesh bie sasia e stronciumit radioaktiv-90 (gjysma e jetës 27 vjet) si rezultat i rrjedhjes radioaktive? shpërthim bërthamor, do të bëhet më pak se 1.5% e sasisë që u zbulua në momentin pas shpërthimit bërthamor?

Përgjigju. 163.35 vjet.

6. Në metodën e atomit të etiketuar, izotopet radioaktive përdoren për të "gjurmuar rrugën" e një elementi në trup. Kështu, një pacienti me pankreas të sëmurë i injektohet një preparat i izotopit radioaktiv jod-131 (i nënshtrohet – -kalbje), e cila i lejon mjekut të monitorojë kalimin e jodit nëpër trupin e pacientit. Shkruani një ekuacion për zbërthimin radioaktiv dhe llogarisni se sa kohë duhet që sasia e jodit radioaktiv të futur në trup të ulet me 10 herë (gjysma e jetës 8 ditë).

Përgjigju.

7. Sa kohë do të duhet që tre të katërtat e nikelit të kthehen në bakër si rezultat i – -zbërthimi, nëse gjysma e jetës së izotopit 63 28 Ni është 120 vjeç?

Përgjigju. 240 vjet.

8. Gjeni masën e izotopit 81 Sr (gjysma e jetës 8,5 orë) e mbetur pas 25,5 orësh ruajtje nëse masa fillestare ishte 200 mg.

Përgjigju. 25 mg.

9. Llogaritni përqindjen e atomeve të izotopit 128 I (gjysma e jetës 25 minuta), e mbetur e pazbërthyer pas ruajtjes për 2,5 orë.

Përgjigju. 1,5625%.

10. Gjysem jete – -izotopi radioaktiv 24 Na është e barabartë me 14,8 orë Shkruani ekuacionin për reaksionin e kalbjes dhe llogarisni sa gramë produkt bijë formohen nga 24 g të këtij izotopi në 29,6 orë.

Përgjigju.

11. Izotop 210 Ro, duke rrezatuar-grimca, të përdorura në një përzierje me berilium në burimet e neutroneve. Pas çfarë kohe do të ulet intensiteti i burimeve të tilla me 32 herë? Gjysma e jetës së izotopit është 138 ditë.

Përgjigju. 690 ditë

Ushtrime mbi reaksionet bërthamore

1. Sa shume- Dhe – -grimcat duhej të humbnin bërthamën e tyre 226 Ra për të marrë një element bijë me numër masiv 206, që i përket grupit IV tabelë periodike elementet? Emërtoni këtë element.

Përgjigju. 5, 4 – , 206 82 Pb.

2. Bërthama e një atomi izotop 238 92 U u kthye në një bërthamë si rezultat i kalbjes radioaktive 226 88 Ra. Sa shume- Dhe – -grimcat u emetuan nga bërthama origjinale?