Kütle ölçümüne ilişkin deneylerin sonuçlarını ele alalım pozitif iyonlar. Şek. 352, neon pozitif iyonların kütle spektrogramını göstermektedir. Spektrogram açıkça değişen yoğunlukta üç şerit göstermektedir. Şeritlerin yarığa olan mesafeleri karşılaştırılarak şeritlerin oranlardaki değerlere karşılık geldiği hesaplanabilir.

Üç şeridin görünümü iyonların yükündeki farklılıklarla açıklanamaz. Bir neon iyonu birkaç taneyi aşmayan bir yük taşıyabilir. temel birimler. Şarj oranı olabilir, ancak değil . Çizgilerin aynı yükü taşıyan ancak iyonlardan kaynaklandığı kabul edilmektedir. farklı kitleler olarak ilgili. Neonun atom kütlesi 20,2'dir. Bu nedenle bir neon atomunun ortalama kütlesi . Çizgilere neden olan iyonların kütleleri eşittir . Neon elementinin kütle bakımından birbirinden farklı üç tür atomun karışımı olduğu sonucuna vardık. Çizgilerin kararma yoğunluğunu bir kütle spektrogramı üzerinde karşılaştırarak göreceli miktarlar bulunabilir. farklı atomlar doğal neonda. Kütleleri 20, 21 ve 22 olan neon atomlarının sayısı ile ilişkilidir.

Pirinç. 352. Neon kütle spektrogramı

Bir neon atomunun ortalama kütlesini hesaplayalım:

Deneysel olarak bulunan neon atom kütlesi ile uyum, neon elementinin üç tür atomun karışımı olduğu fikrini doğrulamaktadır. Kütleleri 20, 21 ve 22 olan atomların oranının farklı kökenlerdeki neon örneklerinde (atmosferik neon, kayalar vesaire.). Bu oran, sıradan fiziksel ve kimyasal süreçler sırasında değişmez veya çok küçük ölçüde değişir: sıvılaşma, buharlaşma, difüzyon vb. Bu, üç neon çeşidinin özelliklerinin neredeyse aynı olduğunu kanıtlar.

Aynı elementin yalnızca kütleleri farklı olan atomlarına izotop denir. Aynı elementin tüm izotopları kimyasal özellikler bakımından aynıdır ve fiziksel özellikler bakımından çok benzerdir.

İzotopların varlığı yalnızca neonların bir özelliği değildir. Elementlerin çoğu iki veya daha fazla izotopun karışımıdır. İzotopik kompozisyon örnekleri Tablo'da verilmiştir. 11.

Tablo 11. Bazı elementlerin izotopik bileşimi

Tablodan da anlaşılacağı üzere. 11, tüm elementlerin izotop kütleleri bir tamsayı olarak ifade edilir atom birimleri ağırlık Bu önemli düzenliliğin anlamını § 225'te bulacağız. Doğru ölçümler, izotopların tamsayı kütleleri kuralının yaklaşık olduğunu göstermektedir. İzotop kütleleri, kural olarak, bütünlükten küçük sapmalar gösterir (ikinci ila dördüncü ondalık basamaklarda). Bazı problemlerde bütünlükten bu küçük sapmalar önemli bir rol oynar (örneğin bakınız, §226).

Ancak birçok amaç için, atomik kütle birimlerinin en yakın tam sayısına yuvarlanmış kütle değerlerinin kullanılması mümkündür. İzotopun en yakın tam sayıya yuvarlanmış kütlesine (atom kütlesine) kütle numarası denir.

Yukarıda, neon izotop bileşiminin sabitliğini ve izotoplarının özelliklerinin çoğunun neredeyse tamamen çakıştığını not ettik. Bu hükümler izotopu bulunan diğer tüm elementler için de geçerlidir.

İzotopları belirtmek için karşılık gelen elementin kimyasal sembolü, izotopun kütle numarasını gösteren bir işaretle sağlanır. Yani, örneğin, - kütle numarası 17 olan bir oksijen izotopu, - kütle numarası 37 olan bir klor izotopu, vb. Bazen ayrıca aşağıda da belirtirler: seri numarası Mendeleev'in periyodik tablosundaki element vesaire.

Bazı izotopların kütleleri

Tabloda buluyoruz. 26.1 ve 26.2 değerleri:

atomun kütlesi 1 H 2: 2.01410 amu,

proton kütlesi: 1,00728 amu,

nötron kütlesi: 1,00866 amu,

elektron kütlesi: 0,00055 amu

Çekirdeğin kütlesi 1 H 2 = (atomun kütlesi 1 H 2) – (elektron kütlesi) =

2,01410 – 0,00055 = 2,01355 akb;

(proton kütlesi + nötron kütlesi) = 1,00728 + 1,00866 =

2,01594 ak

Gördüğümüz gibi 2,01594 > 2,01355!

Çekirdeği oluşturan nükleonların kütleleri ile çekirdeğin kendi kütlesi arasındaki farka denir. kütle kusuru .

Sorun 26.4. Kütle kusurunu, bağlanma enerjisini hesaplayın ve özgül enerji helyum çekirdeğinin bağları 2 He 4 (MeV cinsinden).

Bir atomun kütlesi çekirdeğin kütlesi ile kütlesinin toplamıdır Z elektronlar:

t bir = T ben + Zm e Þ T BEN = t a – Zm e.

O halde çekirdek kütle kusuru şuna eşittir:

D T = Zm p +(A'dan Z'ye)m n – (t a – Zm e) =

= Z(m p + yani) + (A'dan Z'ye)m n – t a.

Hidrojen atomu 1H1'in sadece bir "proton + elektron" olduğunu hesaba katalım, böylece şunu varsayabiliriz: m p + yani = T N, nerede T H, hidrojen atomu 1H1'in kütlesidir. O zaman kütle kusurunun formülü şu şekli alacaktır:

D T = Zm N + (A'dan Z'ye)m n – t bir. (26.3)

Formül (26.3)'ü durumumuza uygulayalım: Z = 2, A= 4, şunu elde ederiz

D T = 2M N + (4 – 2)m n – t bir.

Tabloda 1 H 1 ve 2 He 4 hidrojen atomlarının kütlesi bulunmaktadır. 26.2 ve nötron kütlesinin değerleri tablodadır. 26.1. Formülde yerine koyalım sayısal değerler ve alıyoruz

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

1 amu'yu hatırlayalım = (g) = kg.

Hadi tercüme edelim D T kilograma: D T= 5,05×10 –29 kg.

Şimdi aşağıdaki formülü kullanarak bağlanma enerjisini bulalım:

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.

Joule'u elektron volta çevirelim:

e sv = eV » 28,4 MeV.

Formül (26.2)'yi kullanarak spesifik bağlanma enerjisini buluruz:

7.1 MeV.

Cevap:D T» 0,03038 amu; e hafif » 28,4 MeV; e» 7,1 MeV'yi geçti.

DURMAK! Kendiniz karar verin: A5–A7, B6–B8.

Sorun 26.5. Enerji açığa çıkar veya emilir nükleer reaksiyon 7 N 14 + 2 He 4® 8 O 17 + 1 H 1 ?

Çözüm. Sorunun sorusunu cevaplamak için, sorunun olup olmadığını öğrenmek gerekir. sistem kütlesi reaksiyonun bir sonucu olarak. Reaksiyondan önce atomların kütlesi

Reaksiyondan sonra atomların kütlesi:

18,00696 > 18,00567.

Bu, enerjinin arttığı anlamına gelir: e 2 > e 1, dolayısıyla reaksiyonun gerçekleşmesi için “harici” enerjinin eklenmesi gerekir. Ve reaksiyon sırasında eklenen bu enerji emilecek: sistemin kütlesini artıracak.

Cevap: Enerji emilir.

DURMAK! Kendiniz karar verin: S9.

Sorun 26.6. 7 N 14 + 2 He 4 ® 8 O 17 + 1 H 1 nükleer reaksiyonunda ne kadar enerji emilecek?

Çözüm. Emilen enerji, sistemin kütlesini arttırmaya giden enerjidir: E = D ts 2 .

Değer D T sonuç kullanılarak bulunabilir önceki görev:

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

A.u.m.'yi tercüme edelim. kilogram cinsinden:

D t = kilogram.

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

Bu enerjiyi elektron volta dönüştürelim:

E = eV = 1,2 MeV.

Cevap: E = D ts 2 » 1,2 MeV.

DURMAK! Kendiniz karar verin: B10, C1, C2.

Sorun 26.7. Minimum kinetik enerjiyi bulun K döteryum çekirdeğini bir proton ve bir nötrona "parçalayabilen" bir protona.

Çözüm.

Okuyucu: Çok basit: K k = D ts 2 burada D T - Döteryum çekirdeği kütle kusuru.

Yazar: Tam olarak değil. Sonuçta, fisyonun “parçaları” (proton ve nötron) bir miktar hıza sahip olacak, bu da onların kinetik enerji. Ayrıca çarpışmadan sonra "gelen" protonun bir miktar hızı olacaktır.

İzin vermek başlangıç ​​hızı proton υ 0. Çekirdekle etkileşim sürecini iki aşamaya ayıralım: Önce çekirdek bir proton yakalar ve onunla bir bütün oluşturur, ardından üç parçaya bozunur: 2 proton ve 1 nötron.

Bilimin gelişimi sürecinde kimya, reaksiyonların gerçekleştirilmesi için gerekli olan madde miktarının ve bunların seyri sırasında elde edilen maddelerin hesaplanması sorunuyla karşı karşıya kalmıştır.

Bugün bu tür hesaplamalar için kimyasal reaksiyon maddeler ve karışımlar arasında periyodik tabloya girilen bağıl atom kütlesinin değeri kullanılır kimyasal elementler D. I. Mendeleev.

Kimyasal işlemler ve maddelerdeki bir elementin oranının reaksiyonun seyri üzerindeki etkisi

Modern bilim, "bir kimyasal elementin bağıl atom kütlesi" tanımıyla, belirli bir kimyasal elementin atomunun kütlesinin, bir karbon atomunun on ikide birinden kaç kat daha büyük olduğu anlamına gelir.

Kimya çağının gelişiyle birlikte, ihtiyaç kesin tanımlar Kimyasal reaksiyonun ilerlemesi ve sonuçları arttı.

Bu nedenle kimyagerler sürekli olarak bir maddedeki etkileşimli elementlerin kesin kütleleri problemini çözmeye çalıştılar. Bir tanesi en iyi çözümler o zamanlar en hafif elemente bir bağlantı vardı. Ve atomunun ağırlığı bir olarak alındı.

Madde saymanın tarihsel seyri

Başlangıçta hidrojen kullanıldı, daha sonra oksijen. Ancak bu hesaplama yönteminin hatalı olduğu ortaya çıktı. Bunun nedeni oksijende kütleleri 17 ve 18 olan izotopların varlığıydı.

Bu nedenle, izotop karışımına sahip olmak teknik olarak on altıdan farklı bir sayı üretti. Günümüzde bir elementin bağıl atom kütlesi, esas alınan karbon atomunun ağırlığına göre 1/12 oranında hesaplanmaktadır.

Dalton, bir elementin bağıl atom kütlesinin temellerini attı

Ancak bir süre sonra, 19. yüzyılda Dalton, hesaplamaları en hafif kimyasal element olan hidrojeni kullanarak yapmayı önerdi. Öğrencilerine verdiği derslerde, ahşaptan oyulmuş figürler üzerinde atomların nasıl bağlandığını gösterdi. Diğer elementler için daha önce başka bilim adamlarının elde ettiği verileri kullandı.

Lavoisier'in deneylerine göre suda yüzde on beş hidrojen ve yüzde seksen beş oksijen bulunmaktadır. Bu verilerle Dalton, suyu oluşturan elementin bağıl atom kütlesini hesapladı: bu durumda oksijen 5.67'dir. Hesaplamalarındaki hata, su molekülündeki hidrojen atomu sayısı konusunda yanlış inanışından kaynaklanmaktadır.

Ona göre her oksijen atomuna karşılık bir hidrojen atomu vardı. Kimyager Austin'in amonyağın yüzde 20 hidrojen ve yüzde 80 nitrojen içerdiği verilerini kullanarak nitrojenin bağıl atom kütlesini hesapladı. Bu sonuçla ilginç bir sonuca ulaştı. Göreceli atom kütlesinin (amonyak formülü yanlışlıkla bir hidrojen ve nitrojen molekülüyle alınmıştır) dört olduğu ortaya çıktı. Bilim adamı hesaplamalarında Mendeleev'in periyodik sistemine güveniyordu. Analize göre, karbonun bağıl atom kütlesinin daha önce kabul edilen on iki yerine 4,4 olduğunu hesapladı.

Ciddi hatalarına rağmen bazı unsurlardan oluşan bir tablo oluşturan ilk kişi Dalton'du. Bilim adamının yaşamı boyunca tekrar tekrar değişikliklere uğradı.

Bir maddenin izotop bileşeni bağıl atom ağırlığı doğruluk değerini etkiler

Elementlerin atom kütleleri dikkate alındığında her elementin doğruluğunun farklı olduğunu fark edeceksiniz. Örneğin, lityum için dört basamaklı, flor için ise sekiz basamaklıdır.

Sorun, her elementin izotop bileşeninin farklı olması ve sabit olmamasıdır. Örneğin, sıradan suüç tip hidrojen izotopu içerir. Bunlar sıradan hidrojene ek olarak döteryum ve trityumu içerir.

Hidrojen izotoplarının bağıl atom kütlesi sırasıyla iki ve üçtür. “Ağır” su (döteryum ve trityumdan oluşur) daha az kolay buharlaşır. Bu nedenle buhar halindeki suyun izotopları sıvı haline göre daha azdır.

Canlı organizmaların farklı izotoplara karşı seçiciliği

Canlı organizmaların karbona karşı seçici bir özelliği vardır. İnşa etmek organik moleküller bağıl atom kütlesi on iki olan karbon kullanılır. Bu nedenle organik kökenli maddeler ile kömür ve petrol gibi bazı mineraller inorganik maddelere göre daha az izotop içeriği içerir.
Kükürtü işleyen ve biriktiren mikroorganizmalar, geride kükürt izotopu 32'yi bırakır. Bakterilerin işlemediği bölgelerde kükürt izotop oranı 34'tür, yani çok daha yüksektir. Jeologlar, katmanın kökeninin doğası hakkında - ister magmatik ister tortul bir yapıya sahip olsun - toprak kayalarındaki kükürt oranına dayanarak bir sonuca varırlar.

Tüm kimyasal elementlerden yalnızca birinin izotopu yoktur - flor. Bu nedenle bağıl atom kütlesi diğer elementlere göre daha doğrudur.

Doğada kararsız maddelerin varlığı

Bazı elementler için bağıl kütle belirtilen köşeli parantezler. Gördüğünüz gibi bunlar uranyumdan sonra yer alan elementlerdir. Gerçek şu ki, kararlı izotoplara sahip değiller ve salınacak şekilde bozunuyorlar. radyoaktif radyasyon. Bu nedenle en kararlı izotop parantez içinde gösterilmiştir.

Zamanla bazılarından yapay koşullar altında kararlı bir izotop elde etmenin mümkün olduğu ortaya çıktı. onu değiştirmek zorunda kaldım periyodik tablo Mendeleev atom kütleleri bazı transuranyum elementleri.

Yeni izotopların sentezlenmesi ve ömürlerinin ölçülmesi sürecinde bazen yarılanma ömrü milyonlarca kat daha uzun olan nüklidlerin keşfedilmesi mümkün olabiliyordu.

Bilim yerinde durmuyor, sürekli yeni unsurlar, yasalar, ilişkiler keşfediliyor çeşitli süreçler kimyada ve doğada. Bu nedenle kimya ve kimya hangi biçimde olacak? periyodik tablo Mendeleev'in bundan yüz yıl sonraki gelecekteki kimyasal elementleri belirsiz ve belirsizdir. Ancak kimyagerlerin geçtiğimiz yüzyıllarda biriktirdiği çalışmaların torunlarımızın yeni, daha ileri düzeyde bilgisine hizmet edeceğine inanmak isterim.