Kimyasal elementlerin bağıl atom kütlesi. Elektronik katmanlar ve elektron kabukları üzerindeki maksimum elektron sayısının belirlenmesi

Atom kütlesi bir atomu veya molekülü oluşturan tüm protonların, nötronların ve elektronların kütlelerinin toplamıdır. Proton ve nötronlarla karşılaştırıldığında elektronların kütlesi çok küçüktür, dolayısıyla hesaplamalarda dikkate alınmaz. Her ne kadar bu resmi açıdan yanlış olsa da çoğu zaman bu terim Bir elementin tüm izotoplarının ortalama atom kütlesini belirtmek için kullanılır. Aslında göreceli atom kütlesi, aynı zamanda denir atom ağırlığı eleman. Atom ağırlığı, doğada bulunan bir elementin tüm izotoplarının atom kütlelerinin ortalamasıdır. Kimyagerler işlerini yaparken bu iki tür atom kütlesi arasında ayrım yapmalıdır; örneğin yanlış bir atomik kütle değeri, bir reaksiyonun verimi açısından yanlış bir sonuca yol açabilir.

Adımlar

Periyodik element tablosundan atom kütlesini bulma

Atom kütlesinin nasıl yazıldığını öğrenin. Atom kütlesi, yani belirli bir atom veya molekülün kütlesi, standart SI birimleri (gram, kilogram vb.) cinsinden ifade edilebilir. Bununla birlikte, bu birimlerle ifade edilen atomik kütleler son derece küçük olduğundan, genellikle birleşik atomik kütle birimleri veya kısaca amu cinsinden yazılırlar. – atomik kütle birimleri. Bir atom birimi kütle, standart izotop karbon-12'nin kütlesinin 1/12'sine eşittir.

• Atomik kütle birimi kütleyi karakterize eder bir köstebek bu elementin gram olarak. Bu değer pratik hesaplamalarda çok kullanışlıdır çünkü kütleyi kolayca dönüştürmek için kullanılabilir. verilen miktar belirli bir maddenin mol cinsinden atomları veya molekülleri veya bunun tersi.

1. Atom kütlesini bulun periyodik tablo Mendeleev.çoğunlukta standart tablolar Mendeleev her elementin atom kütlelerini (atom ağırlıklarını) içerir. Tipik olarak element hücresinin alt kısmında, kimyasal elementi temsil eden harflerin altında bir sayı olarak listelenirler. Genellikle bu bir tam sayı değil, ondalık kesirdir.

   Periyodik tablonun elementlerin ortalama atomik kütlelerini verdiğini unutmayın. Daha önce belirtildiği gibi, periyodik tablodaki her bir element için verilen bağıl atom kütleleri, atomun tüm izotoplarının kütlelerinin ortalamasıdır. Bu ortalama değer birçok pratik amaç için değerlidir: örneğin, birkaç atomdan oluşan moleküllerin molar kütlesinin hesaplanmasında kullanılır. Ancak bireysel atomlarla uğraştığınızda bu değer genellikle yeterli değildir.

   • Ortalama atom kütlesi birkaç izotopun ortalaması olduğundan, periyodik tabloda gösterilen değer kesin herhangi bir atomun atom kütlesinin değeri.
   • Bireysel atomların atom kütleleri, tek bir atomdaki proton ve nötronların tam sayısı dikkate alınarak hesaplanmalıdır.

   Tek bir atomun atom kütlesinin hesaplanması

   1. Belirli bir elementin veya izotopunun atom numarasını bulun. Atom numarası bir elementin atomlarındaki proton sayısıdır ve asla değişmez. Örneğin tüm hidrojen atomları ve sadece bir protonları var. Sodyumun atom numarası 11'dir çünkü çekirdeğinde on bir proton vardır, oksijenin atom numarası ise çekirdeğinde sekiz protonu olduğundan sekizdir. Herhangi bir elementin atom numarasını periyodik tabloda bulabilirsiniz - neredeyse tüm standart versiyonlarında bu sayı yukarıda belirtilmiştir. harf tanımı kimyasal element. Atom numarası her zaman pozitif bir tam sayıdır.

      • Karbon atomuyla ilgilendiğimizi varsayalım. Karbon atomlarının her zaman altı protonu vardır, dolayısıyla atom numarasının 6 olduğunu biliyoruz. Ayrıca periyodik tabloda karbonlu (C) hücrenin tepesinde atomun atom olduğunu belirten "6" sayısının bulunduğunu görüyoruz. karbon sayısı altıdır.
      • Bir elementin atom numarasının, periyodik tablodaki göreceli atom kütlesiyle benzersiz bir şekilde ilişkili olmadığını unutmayın. Özellikle tablonun üst kısmındaki elementler için elementin atom kütlesi kendisinin iki katı gibi görünebilir. atom numarası asla atom numarasının ikiyle çarpılmasıyla hesaplanmaz.

   2. Çekirdekteki nötron sayısını bulun. Nötron sayısı değişebilir farklı atomlar aynı unsur. Aynı elementin aynı sayıda protona sahip iki atomu olduğunda farklı miktarlar nötronlar, bu elementin farklı izotoplarıdır. Hiçbir zaman değişmeyen proton sayısından farklı olarak, belirli bir elementin atomlarındaki nötron sayısı sıklıkla değişebilir, dolayısıyla bir elementin ortalama atom kütlesi, iki bitişik tam sayı arasında yer alan bir değerle ondalık kesir olarak yazılır.

      Proton ve nötron sayısını toplayın. Bu, bu atomun atom kütlesi olacaktır. Çekirdeği çevreleyen elektronların sayısını göz ardı edin; toplam kütleleri son derece küçüktür, dolayısıyla hesaplamalarınız üzerinde neredeyse hiçbir etkileri yoktur.

   Bir elementin bağıl atom kütlesinin (atom ağırlığı) hesaplanması

   1. Numunede hangi izotopların mevcut olduğunu belirleyin. Kimyacılar sıklıkla izotopların oranını belirler. spesifik örnek Kütle spektrometresi adı verilen özel bir alet kullanılarak. Ancak eğitimlerde bu veriler size ödevlerde, testlerde vb. bilimsel literatürden alınan değerler şeklinde sunulacaktır.

      • Bizim durumumuzda iki izotopla uğraştığımızı varsayalım: karbon-12 ve karbon-13.

   2. Numunedeki her izotopun göreceli bolluğunu belirleyin. Her element için farklı izotoplar oluşur farklı oranlar. Bu oranlar neredeyse her zaman yüzde olarak ifade edilir. Bazı izotoplar çok yaygınken diğerleri çok nadirdir; bazen o kadar nadirdir ki tespit edilmeleri zordur. Bu değerler kütle spektrometresi kullanılarak belirlenebilir veya bir referans kitabında bulunabilir.

      • Karbon-12 konsantrasyonunun %99, karbon-13 konsantrasyonunun ise %1 olduğunu varsayalım. Diğer karbon izotopları Gerçekten var ama o kadar küçük miktarlarda ki bu durumda ihmal edilebilirler.

   3. Her izotopun atom kütlesini numunedeki konsantrasyonuyla çarpın. Her izotopun atom kütlesini yüzde bolluğuyla (ondalık sayı olarak ifade edilir) çarpın. Faizi dönüştürmek için ondalık, bunları 100'e bölmeniz yeterlidir. Ortaya çıkan konsantrasyonların toplamı her zaman 1 olmalıdır.

      • Numunemiz karbon-12 ve karbon-13 içeriyor. Numunenin %99'unu karbon-12 ve %1'ini karbon-13 oluşturuyorsa, 12'yi (karbon-12'nin atomik kütlesi) 0,99 ile ve 13'ü (karbon-13'ün atomik kütlesi) 0,01 ile çarpın.
      • Referans kitapları, belirli bir elementin tüm izotoplarının bilinen miktarlarına dayalı olarak yüzdeler verir. Çoğu kimya ders kitabı bu bilgiyi kitabın sonundaki bir tabloda içerir. İncelenmekte olan numune için izotopların bağıl konsantrasyonları bir kütle spektrometresi kullanılarak da belirlenebilir.

   4. Sonuçları toplayın.Önceki adımda elde ettiğiniz çarpma sonuçlarını toplayın. Bu işlemin sonucunda elementinizin bağıl atom kütlesini, yani söz konusu elementin izotoplarının atom kütlelerinin ortalama değerini bulacaksınız. Bir elementin belirli bir izotopu yerine bir bütün olarak ele alındığında bu değer kullanılır.

      • Örneğimizde karbon-12 için 12 x 0,99 = 11,88 ve karbon-13 için 13 x 0,01 = 0,13. Bizim durumumuzda bağıl atom kütlesi 11,88 + 0,13 = 12,01 .
   • Bazı izotoplar diğerlerinden daha az kararlıdır: çekirdeğinde daha az proton ve nötron bulunan elementlerin atomlarına bozunurlar ve bu izotopları oluşturan parçacıkları serbest bırakırlar. atom çekirdeği. Bu tür izotoplara radyoaktif denir.

1. Doğal magnezyum 24Mg, 25Mg ve 26Mg izotoplarından oluşur. Bireysel izotopların kütlece yüzde olarak içeriği sırasıyla 78,6 ise, doğal magnezyumun ortalama atom kütlesini hesaplayın; 10.1 ve 11.3.

2. Doğal galyum 71Ga ve 69Ga izotoplarından oluşur. Galyumun ortalama atom kütlesi 69,72 ise, bu izotopların atom sayıları arasındaki niceliksel ilişki nedir?

3. 10B izotopunun mol fraksiyonunun %19,6 ve 11B izotopunun %80,4 olduğu biliniyorsa borun bağıl atom kütlesini belirleyin.

4. Bakırın iki izotopu vardır: 63Cu ve 65Cu. Doğal bakırdaki molar oranları sırasıyla %73 ve %27'dir. Bakırın ortalama bağıl atom kütlesini belirleyin.

5. Üç izotoptan oluşuyorsa silikon elementinin bağıl atom kütlesini belirleyin: 28Si (mol fraksiyonu %92,3), 29Si (%4,7) ve 30Si (%3,0).

6. Doğal klor, 35Cl ve 37Cl olmak üzere iki izotop içerir. Klorun bağıl atom kütlesi 35,45'tir. Her klor izotopunun mol fraksiyonunu belirleyin.

7. Neonun bağıl atom kütlesi 20,2'dir. Neon iki izotoptan oluşur: 20Ne ve 22Ne. Doğal neondaki her izotopun mol kesrini hesaplayın.

8. Doğal brom iki izotop içerir. 79Br izotopunun molar fraksiyonu %55'tir. Bağıl atom kütlesi 79,9 ise brom elementine başka hangi izotop dahildir?

9. Doğal talyum, 203Tl ve 205Tl izotoplarının bir karışımıdır. Doğal talyumun bağıl atom kütlesi Ar(Tl) = 204.38'e dayanarak, talyumun izotopik bileşimini kütlece % olarak belirleyin.

10. Doğal iridyum, 191Ir ve 193Ir izotoplarının bir karışımıdır. Doğal iridyumun bağıl atom kütlesi Ar(Ir) = 192.22'ye dayanarak iridyumun izotopik bileşimini kütlece % olarak belirleyin.

11. Doğal renyum, 185Re ve 187Re izotoplarının bir karışımıdır. Doğal renyumun bağıl atom kütlesi Ar(Re) = 186.21'e dayanarak, renyumun izotopik bileşimini kütlece % olarak belirleyin.

12. Doğal galyum, 69Ga ve 71Ga izotoplarının bir karışımıdır. Doğal galyumun bağıl atom kütlesi Ar(Ga) = 69,72'ye dayanarak, galyumun izotopik bileşimini kütlece % olarak belirleyin.

13. Doğal klor, 35Cl ve 37Cl olmak üzere iki kararlı izotoptan oluşur. Klorun ortalama bağıl atom kütlesi 35,45'e dayanarak, klorun izotopik bileşimini kütle yüzdesi olarak hesaplayın.

14. Doğal gümüş, 107Ag ve 109Ag olmak üzere iki kararlı izotoptan oluşur. Gümüşün ortalama bağıl atom kütlesi 107,87'ye dayanarak gümüşün izotopik bileşimini kütle yüzdesi olarak hesaplayın.

15. Doğal bakır, 63Cu ve 65Cu olmak üzere iki kararlı izotoptan oluşur. Bakırın ortalama bağıl atom kütlesi olan 63,55'e dayanarak bakırın izotopik bileşimini kütle yüzdesi olarak hesaplayın.

16. Doğal brom, iki kararlı izotop 79Br ve 81Br'den oluşur. Bromun ortalama bağıl atom kütlesi 79,90'a dayanarak, bromun izotopik bileşimini kütle yüzdesi olarak hesaplayın.

17. Doğal silikon, izotop 30Si'nin (atom kütlesi 29.9738)% 3.1'inden (mol olarak) ve ayrıca 29Si (atom kütlesi 28.9765) ve 28Si (atom kütlesi 27.9770) izotoplarından oluşur. 29Si ve 28Si'nin içeriğini % (mol olarak) cinsinden hesaplayın.

İzotop ve izobar atomlarındaki temel parçacık sayısının belirlenmesi

Örnek 1. 82 207 X ve 82 212 X izotopları için proton, nötron ve elektron sayısını belirleyin; izobarlarda 81.210 Y ve 84.210 Z bulunur. Bu elemanları adlandırın.

Çözüm. Periyodik tablonun 82. elementi kurşun (X = Pb), 81. elementi talyum (Y = Tl), 84. elementi polonyumdur (Z = Po). elektron ve proton sayısı elementin atom numarasına karşılık gelir. Çekirdekteki nötron sayısı, elementlerin kütle sayısından çekirdekteki proton sayısının (element numarası) çıkarılmasıyla hesaplanır. Sonuç olarak şunu elde ederiz:

Elementlerin bağıl atom kütlesinin doğal izotopik bileşimlerinden hesaplanması

Örnek 2. Mol kesirleri 24 Mg, 25 Mg ve 26 Mg izotopları sırasıyla 79,7'dir; %9,8 ve %10,5. Magnezyumun ortalama bağıl atom kütlesini hesaplayın.

Çözüm. Magnezyumun ortalama bağıl atom kütlesi, her izotopun kütle fraksiyonlarının çarpımlarının kütle numarasına göre toplanmasıyla hesaplanır:

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

Ortaya çıkan değer, elementlerin periyodik tablosunda (24.305) verilen magnezyumun atom kütlesi değerine yakındır.

Nükleer reaksiyon denklemlerinin hazırlanması

Örnek 3. Radyoaktif bozunma ürünleri X, Y ve Z'yi tanımlayın:

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

Çözüm. 88 226 Ra'nın α bozunması sırasında kütle numarası A dört birim azalarak A X = 226-4 = 222'ye eşit olur. Bu durumda çekirdeğin yükü iki birim azalarak şuna eşit olur: Z X = 88-2 = 86. Böylece ilk bozunma radon izotopu 86 222 Rn'nin oluşumuna yol açar. Radonun α-bozunma ürünü de benzer şekilde belirlenir: A Y = 222-4 = 218, Z Y = 86-2 = 84. İkinci bozunma sonucunda polonyum izotopu 84 218 Po'yu elde ederiz; Polonyumun β bozunması, elementin kütle numarasını değiştirmez ancak çekirdeğinin yükünü bir artırır: Z Z = 84+1 = 85. Bu bozunma zincirinin son ürünü, 85 numaralı element olacaktır, yani astatin (85,218 At). Nükleer dönüşümlerin son şeması şöyle görünecek:

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

Elektronik katmanlar ve elektron kabukları üzerindeki maksimum elektron sayısının belirlenmesi

Örnek 4. Beşinci elektron katmanındaki ve f kabuğundaki maksimum elektron sayısını hesaplayın.

Çözüm. N numaralı elektron katmanındaki mümkün olan maksimum elektron sayısı N n = 2n 2'dir. Beşinci elektron katmanı için şunu elde ederiz:

Nn=5=2 · 5 2 = 50.

başına mümkün olan maksimum elektron sayısı elektron kabuğu verilen değerle ben N'ye eşittir ben = 2(2ben+ 1). F-kabuk için ben= 3. Sonuç olarak şunu elde ederiz:

N ben=3 = 2(2· 3 + 1) = 14.

Farklı durumlardaki elektronlar için kuantum sayılarının değerlerinin belirlenmesi

Örnek 5. Aşağıdaki elektron durumları için ana ve yan kuantum sayılarının değerlerini belirleyin: 3d, 4s ve 5p.

Çözüm. Temel kuantum sayısının değeri çeşitli koşullar atomlardaki elektronlar gösterilir Arap rakamı ve tarafın değeri kuantum sayısı– karşılık gelen küçük harf Latince harf. Sonuç olarak, söz konusu elektron durumlarını elde ederiz.

İzotoplarla ilgili sorunlar

A Düzeyi

1. Hidrojenin izotopik bileşimini (% olarak) hesaplayın (ortalama bağıl atom kütlesi)A R = 1,008) ve lityum (A R = 6.9), her elementin bağıl atom kütleleri bir birim farklı olan yalnızca iki izotoptan oluştuğunu varsayarak.

Cevap. Hidrojen: 1H – %99,2 ve 2H – %0,8; lityum: 6 Li – %10 ve 7 Li – %90.

2. Doğal hidrojenin bağıl atom kütlesi 1,00797'dir. Bu hidrojen, protium izotoplarının bir karışımıdır ( A R = 1,00782) ve döteryum (A R = 2,0141). Doğal hidrojendeki döteryumun yüzdesi nedir?

Cevap. 0,015%.

3. Verilen element sembolleri arasında izotopları ve izobarları belirtin:

Cevap. İzotoplar aynı kimyasal sembollere sahiptir ve izobarlar aynı atom kütlelerine sahiptir.

4. Doğal lityum (A R = 6.9) kütle numaraları 6 ve 7 olan izotoplardan oluşur. Birinci izotopun yüzde kaçıiçeriyor mu?

Cevap. 10%.

5. Magnezyum izotopunun bir atomunun kütlesi 4,15 10'dur –23 d.Bu atomun çekirdeğinin içerdiği nötron sayısını belirleyin.

Cevap. 13.

6. Bakırın kütle numaraları 63 ve 65 olan iki izotopu vardır. Kütle oranı doğal bakır içeriği sırasıyla %73 ve %27'dir. Bu verilere dayanarak doğal bakırın ortalama bağıl atom kütlesini hesaplayın.

Cevap. 63,54.

7. Doğal klorun ortalama bağıl atom kütlesi 35,45'tir. Hesaplamak kütle kesirleri izotoplarından ikisinin kütle numaraları 35 ve 37'dir.

Cevap.%77,5 ve %22,5.

8. İzotoplarının kütle kesirleri biliniyorsa borun bağıl atom kütlesini belirleyin ( 10 B) = %19,6 ve( 11 B) = %80,4.

Cevap. 10,804.

9. Lityum kütle numaraları 6 olan iki doğal izotoptan oluşur ( 1 = %7,52 ve 7 ( 2 = %92,48). Lityumun bağıl atom kütlesini hesaplayın.

Cevap. 6,9248.

10. Doğada iki izotopunun mevcut olduğu biliniyorsa, kobaltın bağıl atom kütlesini hesaplayın: kütle numaraları 57 ( 1 = %0,17 ve 59 ( 2 = 99,83%).

Cevap. 58,9966.

11. Borun bağıl atom kütlesi 10.811'dir. Doğal borun kütle numarası 10 ve 11 olan izotopların yüzdesini belirleyin.

Cevap.%18,9 ve %81,1.

12. Galyumun iki tane var doğal izotop kütle sayıları 69 ve 71 olan elementin bağıl atom kütlesi 69,72 ise, bu izotopların atom sayıları arasındaki niceliksel ilişki nedir?

Cevap. 1,78:1.

13. Doğal bromun kütle numaraları 79 ve 81 olan iki izotopu vardır. Bromun bağıl atom kütlesi 79.904'tür. Doğal bromda her izotopun kütle fraksiyonunu belirleyin.

Cevap.%54,8 ve %45,2.

B Düzeyi

1. Silikonun üç tane var kararlı izotop – 30 Si (%3,05(mol.)), 29 Si ve 28 Si. Silikonun en yaygın izotopunun içeriğini (% (mol.) cinsinden) hesaplayın. Nasıl farklı olacaklar? molar kütleler Oksijenin kütle numaraları 16, 17 ve 18 olan üç kararlı izotopu olduğu göz önüne alındığında, farklı bir izotop bileşimine sahip olan silikon dioksit?

Cevap. %94,55; 18 çeşit silikon dioksit molekülü.

2. Numune, bir elementin iki izotopunun karışımından oluşur; %30'u çekirdeğinde 18 nötron bulunan bir izotoptur; %70'i çekirdeğinde 20 nötron bulunan bir izotoptur. Bir elementin izotop karışımındaki ortalama bağıl atom kütlesi 36,4 ise elementin atom numarasını belirleyin.

Cevap. 17.

3. Bir kimyasal element iki izotoptan oluşur. Birinci izotopun atomunun çekirdeği 10 proton ve 10 nötron içerir. İkinci izotopun atomunun çekirdeğinde 2 nötron daha var. Daha hafif bir izotopun her 9 atomuna karşılık, daha ağır bir izotopun bir atomu vardır. Elementin ortalama bağıl atom kütlesini hesaplayın.

Cevap. 20,2.

4. İzotop 137 Cs'nin yarı ömrü 29,7 yıldır. Bu izotopun 1 gramı fazla suyla patlayıcı bir şekilde reaksiyona girdi. Ortaya çıkan bileşikteki sezyumun yarı ömrü nedir? Cevabınızı gerekçelendirin.

Cevap. T 1/2 = 29,7 yıl.

5. Radyoaktif serpinti sonucu radyoaktif stronsiyum-90 miktarı (yarı ömrü 27 yıl) kaç yıl sonra azalır? nükleer patlama nükleer patlamadan sonra keşfedilen miktarın %1,5'undan daha az mı olacak?

Cevap. 163,35 yıl.

6. Etiketli atom yönteminde radyoaktif izotoplar, bir elementin vücuttaki “rotasını izlemek” için kullanılıyor. Böylece, hastalıklı pankreası olan bir hastaya, radyoaktif izotop iyot-131'in bir preparatı enjekte edilir ( – -çürüme), bu da doktorun iyotun hastanın vücudundan geçişini izlemesine olanak tanır. Radyoaktif bozunma için bir denklem yazın ve vücuda verilen radyoaktif iyot miktarının ne kadar sürede 10 kat azaldığını (yarı ömür 8 gün) hesaplayın.

Cevap.

7. Nikelin dörtte üçünün bakıra dönüşmesi ne kadar sürer? – -izotopun yarı ömrü varsa bozunma 63 28 Ni 120 yaşında mı?

Cevap. 240 yıl.

8. İzotopun kütlesini bulun 81 Orijinal kütle 200 mg ise, 25,5 saatlik depolamadan sonra kalan Sr (yarılanma ömrü 8,5 saat).

Cevap. 25 mg.

9. İzotop atomlarının yüzdesini hesaplayın 128 I (yarılanma ömrü 25 dakika), 2,5 saat saklandıktan sonra parçalanmadan kalır.

Cevap. 1,5625%.

10. Yarı ömür – -radyoaktif izotop 24 Na, 14,8 saate eşittir. Bozunma reaksiyonunun denklemini yazın ve 24 g izotoptan 29,6 saatte kaç gram yavru ürün oluştuğunu hesaplayın.

Cevap.

11. İzotop 210 Ro, yayılan-nötron kaynaklarında berilyum ile karışım halinde kullanılan parçacıklar. Bu kaynakların yoğunluğu ne kadar süre sonra 32 kat azalacak? İzotopun yarı ömrü 138 gündür.

Cevap. 690 gün

Nükleer reaksiyonlarla ilgili alıştırmalar

1. Kaç tane- Ve – -parçacıklar çekirdeklerini kaybetmek zorundaydı 226 Ra, grup IV'e ait, kütle numarası 206 olan bir yavru element elde edecek periyodik tablo unsurlar? Bu öğeye bir ad verin.

Cevap. 5, 4 – , 206 82 Pb.

2. Bir izotop atomunun çekirdeği 238 92 U, radyoaktif bozunma sonucu çekirdeğe dönüştü 226 88 Ra. Kaç tane- Ve – -parçacıklar orijinal çekirdek tarafından mı yayıldı?