İLE Bildiğiniz gibi izotoplar atom çeşitleridir kimyasal elementÇekirdekleri aynı sayıda proton içeren ( Z) ve çeşitli – nötronlar ( N). Toplam A = Z + N– kütle numarası – hizmet eder en önemli özellik izotop. İzotopi olgusu Aralık 1913'te İngiliz radyokimyacı F. Soddy tarafından sonun radyoaktif elementlerinde keşfedildi. periyodik tablo. Daha sonra kararlı elementlerde keşfedildi. İzotopların tarihi hakkında daha fazla bilgi için çalışmalara bakın.

Doğal radyoaktif izotoplar üç "aileye" ayrılır; bunların ataları uzun ömürlü toryum-232, uranyum-238 ve uranyum-235'tir (yarı ömürleri milyarlarca yılla ölçülür). “Aileler” kararlı kurşun izotoplarıyla tamamlanır ( Z= 82) sn A= sırasıyla 208, 206 ve 207. Boşluklarda elementlerin kısa ömürlü izotopları vardır. Z= 81–92, “zincirlerle” bağlı a - ve b -çürümeler. "Ailelerin" toplam üye sayısı (kararlı kurşun atomu türleri hariç) 41'dir.

Çeşitli nükleer reaksiyonlar yoluyla 1.600'den fazla yapay izotop sentezlendi. Z 1'den 112'ye kadar (ve bazı elementler için 20'den fazla).

İlgileneceğimiz konu kararlı izotoplar olacak. Keşiflerinin ana kredisi İngiliz fizikçi F. Aston'a aittir. 1919'da asal gaz neonunun (atom ağırlığı 20,2), atom ağırlığı 20 ve 22 olan iki izotopun karışımı olduğunu tespit etti. Bilim adamı on beş yıl boyunca araştırma yaptı ve 210 izotopu keşfetti. kararlı izotoplarçoğu element. Önemli bir katkı Amerikalı bilim adamı A. Dempster'a aittir - 37 izotop. Çalışmaya başka araştırmacılar da katıldı, ancak çoğu kendilerini bir veya iki yeni atom tipini tanımlamakla sınırladı. Önemli bir olay, 1929'da oksijen izotoplarının keşfiydi. A, 17 ve 18'e eşit, W. Dzhiok ve G. Johnston (ABD); Aston daha önce yalnızca 16 O'nun var olduğuna inanıyordu. Oksijenin üç izotopunun varlığı, atom ağırlığı ölçeğinin seçimini etkiledi. 1932'de G. Ury, F. Brickwedde ve G. Murphy (ABD), ağır bir hidrojen izotopu olan döteryum keşfettiler. A= 2. Vanadyum-50 en son keşfedilendir (1949).

Kararlı izotoplara ilişkin bilgiler tabloda verilmiştir (bkz. s. 2). Bazıları yıldız işaretiyle işaretlenmiştir (potasyum-40, vanadyum-50, rubidyum-87, indiyum-115, antimon-123, lantan-138, seryum-142, neodimyum-144, samaryum-147, lutesyum-176, renyum - 187, platin-190 ve kurşun-204): içlerinde bulunur (veya teorik olarak mümkündür) B -radyoaktivite veya A -radyoaktivite (Ce, Nd, Sm, Pt) çok uzun dönemler(> 10 15 yıl). Ancak aslında istikrarlı kabul edilebilirler. Tablo ayrıca Dünya'da oldukça büyük miktarlarda bulunan toryum ve uranyumun radyoaktif izotoplarını da içermektedir.

Benzer bir tablo yalnızca birkaç özel monografide verilmiştir. Kararlı izotoplarla ilişkili modellerin analizi, bazen izotop istatistikleri olarak adlandırılan özel bir disiplindir.

Tablo, sayısı farklı elementlere göre büyük ölçüde değişen 282 kararlı izotop içerir. Tek bir tip, tek sayılarla 21 elementin karakteristiğidir. Z(berilyum istisnadır) Z= 4). 20 elementin iki izotopu vardır ve bunların da tek sayıları vardır Z(helyum hariç Z= 2 ve karbon c Z= 6). Altı element (oksijen, neon, magnezyum, silikon, argon ve potasyum) üç izotopla temsil edilir; diğer tüm elementler eşit izotoplarla temsil edilir. Z 4 ila 10 izotop vardır. “Rekor sahipleri” kadmiyum ve tellür (her biri 8 izotop), ksenon (9) ve kalaydır (10). Tabloda öğeler eksik Z= 43 (teknetyum) ve Z= 61 (prometyum). Kararlı izotopları yoktur ve nükleer reaksiyonlar kullanılarak yapay olarak üretilirler. İzotoplar A, 5 ve 8'e eşit.

Çoğu izotopun (173) çift sayıları vardır A ve neredeyse hepsinin atom çekirdeğinde eşit miktarda bulunur Z Ve N. Tek sayılı izotoplar A belirgin şekilde daha az (109). Eşit olan elemanlar için Z tek sayılı ikiden fazla izotop yoktur A(istisna – Ar ile Z= 18 ve Ce s Z= 58, tüm izotopları çifttir A).

Belirli bir değere sahip bir elementin izotoplarının koleksiyonu Z(birden fazla varsa) “pleiad” olarak adlandırılır. “Pleiad”daki bireysel izotopların prevalansı farklıdır. Periyodik tablonun “hafif” temsilcileri için ( Z < 32) при четных Z baskın olan izotoplar daha küçük değerler A. Sonraki elementlerde ise tam tersine doğa daha yüksek değerli izotopları tercih eder. A. Tek sayılı iki izotopun Z daha yaygın olan ise A az.

Genel olarak resim bu şekilde. Hidrojenden nikele kadar olan elementler için ( Z= 28) bir izotopun keskin bir şekilde artan bolluğu vardır. Büyük değerler için Z Her ne kadar "ülker"deki izotopların içeriği farklılık gösterse de (bazen oldukça önemli ölçüde), mutlak "liderlik" faktörü artık görünmüyor.

Doğada en yaygın elementler şunlardır: yer kabuğunun ağırlıkça %'si: oksijen (47), silikon (29,5), alüminyum (8,05), demir (4,65), kalsiyum (2,96), sodyum (2,5), potasyum (2.5) ve magnezyum (1.87). Toplam içerikleri %99'dan fazladır. Bu nedenle geri kalanlar %1'den daha azını oluşturmaktadır.

Bu "sekiz"den alüminyum ve sodyum tek tip atomla (27 Al ve 23 Na) temsil edilir; diğerlerinde izotoplardan biri keskin bir şekilde baskın içeriğe sahiptir (16 O, 28 Si, 56 Fe, 40 Ca, 39 K, 24 Mg). Dolayısıyla listelenen izotoplar, tüm "katı dünyanın" gerçekte inşa edildiği malzemedir. Atmosferin ana “bileşenleri” 14 N ve 16 O'dur. Son olarak, su alanı aynı oksijen izotopu ile hafif bir hidrojen izotopunun (1 H) birleşimidir. Hidrojen, oksijen, karbon ve nitrojen ile birlikte tüm bitki ve hayvan organizmalarında bulunur ve bu nedenle özel bir element grubuna ayrılırlar - organojenler.

Böylece inorganik ve organik doğanın sonsuz çeşitliliğinden yalnızca on kararlı izotopun kesin olarak sorumlu olduğu ortaya çıktı.

PNeden Dünya'da bulunan elementlerin neredeyse yarısı yalnızca bir veya iki tür atomla temsil ediliyor? “Ülker”deki bireysel izotopların içerikleri neden kural olarak önemli ölçüde farklılık gösteriyor? Son olarak doğa neden eşit değerlere sahip atom çeşitlerini tercih ediyor? Z? Benzer soruların listesine kolaylıkla devam edilebilir. Teorik nükleer fizik bunlara değişen derecelerde tamlıkla yanıtlar sağlar. Tabii ki, bu makale çerçevesinde bu imkansız bile genel taslak bunların özünü belirtin. Bu bağlamda, kararlı izotopların "istatistiklerini" büyük ölçüde belirleyen yalnızca bir ama çok önemli modeli dikkate almakla kendimizi sınırlayacağız.

Nükleer fizikte bir kavram var "izobarlar"– aynı özelliğe sahip atom çeşitleri A, ama farklı Z Ve N. 1934'te Alman bilim adamı J. Matthauch şu kuralı formüle etti: iki izobar Z değerlerinde 1 farklılık gösterirse, bunlardan birinin kararsız olması gerekir. Örneğin, 40 Ar-40 K izobar çiftinde ikincisi radyoaktiftir. Bu kural “izotop istatistiklerinin” bazı özelliklerine açıklık getirmeyi mümkün kılar.

Öğeler neden Z= 43 ve 61 kararlı izotoplar değil mi? Prensipte bir veya iki tane olabilirler dayanıklı türler atomlar. Bununla birlikte, teknesyum ve prometyuma bitişik elementler (sırasıyla molibden ve rutenyum, neodimyum ve samaryum) doğada geniş bir aralıkta çok sayıda izotopla temsil edilir. A. İzobar kuralına göre olası değerler Aİçin Z= 43 ve 61 “yasak” çıkıyor. Teknesyum ve prometyum izotopları sentezlendiğinde, çoğunun düşük yaşam beklentisiyle karakterize olduğu ortaya çıktı.

Tabloda yıldız işaretiyle işaretlenen izotoplar, komşu elementlerin izotoplarıyla izobarik çiftler oluşturur (örneğin, 87 Pb ile 87 Sr, 115 In ile 115 Sn, vb.), ancak bunlar çok küçük bir dereceye kadar radyoaktiftir.

Dünyanın evrimsel gelişiminin şafağında, çeşitli elementlerin izotoplarının bolluğu modern olanlardan farklıydı. Nispeten uzun yarı ömre sahip birçok radyoaktif izotop da mevcuttu. Yavaş yavaş diğer elementlerin kararlı izotoplarına dönüştüler, bu nedenle “ülker” içindeki içerikleri değişti. Yalnızca “birincil” toryum-232, uranyum-238 ve uranyum-235 korunmuştur, aynı zamanda bunların dünya kaynakları milyarlarca yılda azaldı. Eğer bu kadar uzun ömürlü olmasaydı, izotopları radyoaktif “aileleri” oluşturan “ikincil” elementler artık mevcut olmayacaktı. Bu durumda periyodik tablonun doğal üst sınırı bizmut olacaktır. Z = 83.

Böylece izobar kuralı bir nevi “sıralama” rolü oynadı. Kısa ömürlü atom çeşitlerini "ayıkladı", elementlerin orijinal izotopik bileşimini değiştirdi ve sonuçta tabloda sunulan "kararlı izotoplar dünyası" resminin nihai oluşumuna katkıda bulundu.

J. Dalton tarafından kimyasal atomizmin yaratılmasından bu yana, atom ağırlığı (kütle) uzun süredir bir elementin tek temel niceliksel özelliği olmuştur. Pek çok element için bunu belirlemek dikkatli deneysel çalışmalar gerektiriyordu ve belirli bir “referans noktası”nın (atom ağırlıkları ölçeği (oksijen O = 16 veya hidrojen H = 1)) seçimine bağlıydı. 1864 yılında İngiliz kimyager J. Newlands ilk kez o dönemde bilinen elementleri artan atom ağırlıklarına göre sıraladı. Bu doğal dizilim, periyodik yasanın keşfedilmesine ve periyodik tablonun yapısının geliştirilmesine önemli ölçüde katkıda bulunmuştur.

Ancak üç durumda atom ağırlığındaki artış ihlal edildi: kobalt nikelden daha ağırdı, tellür iyottan daha ağırdı ve argon potasyumdan daha ağırdı. Bazı araştırmacıların inandığı gibi bu tür "anormallikler" periyodik yasanın temellerini baltaladı. D.I. Mendeleev, er ya da geç bir açıklama alacaklarına inanarak bu "anormalliklere" ciddi bir önem vermedi. Gerçekte olan budur. Bununla birlikte, eğer üç değil, daha fazla "anormallik" olsaydı, o zaman elementlerin özelliklerinde periyodik değişiklikler olgusunun ifadesi o kadar açık olmazdı. Ancak gerçek şu ki, doğa onların sayısını sınırlamıştır.

Ar = 1/100( aA 1 + bA 2 + CA 3 ...),

Nerede A, B, İle– kütle numaralarına sahip izotopların “ülkesindeki” içerik (% olarak) A 1 , A 2 , A 3...sırasıyla. Tablodan görülebileceği gibi, argonda keskin bir şekilde baskın olan izotop A= 40, potasyum ise daha hafiftir A= 39. Aynı tablo diğer “anormal çiftler” için de gözlenmektedir ( A= 59 – kobalt için ve A= 58 – nikel için; A= 130 – tellür için ve A= 127 – iyot için). Bu nedenle çiftler halinde önceki elementlerin atom kütleleri sonrakilerin atom kütlelerinden daha büyük olur.

Kararlı izotopların kütle sayıları ve bunların bağıl bolluğu

Not. Hiçbir izotopu olmayan elementlerin yanı sıra "Ülker"deki en yaygın izotop kalın harflerle vurgulanmıştır.

İÇİNDE 1911–1914 E. Rutherford - N. Bohr tarafından atomun nükleer-elektronik modeli geliştirildi ve A. Van den Broek ve G. Moseley şunu kanıtladı: seri numarası periyodik tablodaki elementin sayısal olarak şarja eşit atomunun çekirdeği. Sonuç olarak, şu açık hale geldi: atom ağırlıklarına göre artan sırada düzenlenmiş bir dizi kimyasal element, neredeyse mükemmel bir şekilde (“anormallikler” hariç) monotonik bir artışa karşılık gelen elementlerin dizisi ile çakıştı. Z.

Bu şaşırtıcı tesadüfün nedeni, Dünya'da bulunan elementlerin izotopik kompozisyonunun "sabitliği"nde yatmaktadır. Evriminin başlangıcında bu bileşimin farklı olduğunu daha önce belirtmiştik. Ancak modern olandan keskin bir şekilde farklı olamazdı. Sonuç olarak, kararlı izotopların başlangıçtaki bolluğu, astrofizik kavramları alanıyla ilgili temel olaylarla ilişkili süreçlerin sonucuydu. Daha doğrusu elementlerin kökeni sorunuyla.

1920'lerde. Elementlerin oluşumunun yıldızların atmosferinde çok yüksek sıcaklık ve basınç koşulları altında meydana geldiği yönünde fikirler dile getirildi. Daha sonra gelişmeye başladılar genel teoriler elementlerin kökeni. Bunlardan biri, 1948'de R. Alfer, G. Boethe ve G. Gamow tarafından önerilen, elementlerin sentezinin bir "patlama" sonucu meydana geldiğini varsayıyordu. nötron yıldızı. Açığa çıkan nötronlar protonlara ve elektronlara bozundu. Protonlar ve elektronlar daha karmaşık sistemler halinde (çeşitli elementlerin atomları) gruplandırılmıştı. Teorinin yazarlarına göre nötronları sıralı olarak yakalayarak ve B – - ortaya çıkan atomların bozunması, şu anda Dünya'da mevcut olanlar da dahil olmak üzere çok sayıda radyoaktif ve kararlı izotopun ortaya çıkmasına neden oldu. Üstelik tüm sentez süreci 15 dakikada(!) tamamlandı. Ancak bu zarif teorinin savunulamaz olduğu ortaya çıktı. Yani izotoplar A= 5 ve 8 (bu arada, tabloda yer almıyorlar) o kadar kararsızlar ki, çekirdekleri bir sonraki nötronu yakalamaya zaman bulamadan bozunuyorlar.

Artık yıldızlarda elementlerin sentezinin sürekli olarak ve evrimlerinin farklı aşamalarında meydana geldiği kanıtlanmıştır. Çeşitli nükleer reaksiyonlar nedeniyle belirli izotop setleri oluşur. Karasal olandan belirgin şekilde farklı olan elementlerin kozmik bolluğu oldukça tatmin edici bir açıklama aldı. Dolayısıyla uzayda hidrojen ve helyum hakimdir. Ancak arttıkça Z bu fark daha az belirgin hale gelir.

Dünyadaki elementlerin modern izotopik bileşiminin "çerçevesi" milyarlarca yıl önce inşa edilmiştir ve "bitirilmesi" zaten gezegenimizin tarihi boyunca meydana gelen süreçlerle ilişkilidir.

Sonuç olarak önemli bir terminolojik “nüansa” dikkat edelim. "İzotop" kavramı şu durumlarda meşrudur: hakkında konuşuyoruz belirli anlamları olan atom türleri hakkında Z. Türler farklı ise Z, sonra bu durumda"İzotop" isminin kullanımı yeterince haklı değildir (sonuçta periyodik tablonun farklı hücrelerinde bulunan atom türleri karşılaştırılır).

Günümüzde Amerikalı fizikçi T. Coman'ın 1947'de ortaya attığı "nüklid" terimi yaygınlaştı: "Çekirdeğinin bileşimi, özellikle içerdiği proton ve nötron sayısı ile karakterize edilen bir atom türü." Bu nedenle yukarıdaki tabloda "izotoplar" kelimesi "nüklidler" ile değiştirilebilir. Ancak bu değişiklik hiçbir şekilde sonraki akıl yürütmeyi etkilemeyecektir.

KULLANILMIŞ LİTERATÜR

1. Aston F. Kütle spektrumları ve izotoplar. M.: Yabancı yayınevi. edebiyat, 1948.
2. Vyaltsev A.N., Krivomazov A.N., Trifonov D.N..
3. Kaydırma kuralı ve izotop olgusu. M.: Atomizdat, 1976., Krivomazov A.N., Lisnevsky Yu.I. Kimyasal elementler ve nüklidler. Keşiflerin özellikleri. M.: Atomizdat, 1980.
4. Kaydırma kuralı ve izotop olgusu. M.: Atomizdat, 1976. Periyodik element tablosu. Tablolarda tarih. M.: MP VHO im.
5.D.I.Mendeleeva, 1992, s. 46. Vorontsova E.R. . Atom ağırlığı. Geliştirme geçmişi deneysel yöntemler
6. . M.: Nauka, 1984. Lisnevsky Yu.I. . Atom ağırlıkları ve oluşumu nükleer fizik
7. . M.: Nauka, 1984. Rankama K
8. . Jeolojide izotoplar. M.: Yabancı yayınevi. edebiyat, 1956. Gaisinsky M.N.
9. . Nükleer kimya ve uygulamaları. M.: Yabancı yayınevi. edebiyat, 1962. Trifonov D.N.

. "Anormal" bir hikaye. Kimya, 1996, Sayı 26, 28.

Bulmak

F (flor) Al (alüminyum) P (fosfor) Si (silikon) Ca (kalsiyum) Co (kobalt) Cu (bakır) Cd (kadmiyum) Hg (cıva) Rn (rhodon) Ra (radyum) U (uranyum) U ( uranyum) Np (neptunyum) Pu (plütonyum)

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 veözgül enerji

helyum çekirdeğinin bağları 2 He 4 (MeV cinsinden). Z Bir atomun kütlesi çekirdeğin kütlesi ile kütlesinin toplamıdır

elektronlar: = t bir T ben + Þ t bir Zm e BEN.

= t a – Zm e

O halde çekirdek kütle kusuru şuna eşittir: t bir = D(Zm p +)A'dan Z'ye – (m n) =

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

t a. t a – Zm e + m p = t bir Hidrojen atomu 1H1'in sadece bir "proton + elektron" olduğunu hesaba katalım, böylece şunu varsayabiliriz: t bir N, nerede

O halde çekirdek kütle kusuru şuna eşittir: t bir = H, hidrojen atomu 1H1'in kütlesidir. O zaman kütle kusurunun formülü şu şekli alacaktır: Zm + (Zm p +)A'dan Z'ye – elektronlar:. (26.3)

N Z = 2, A Formül (26.3)'ü durumumuza uygulayalım:

O halde çekirdek kütle kusuru şuna eşittir: t bir = 2= 4, şunu elde ederiz Zm + (4 – 2)A'dan Z'ye – elektronlar:.

M 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

O halde çekirdek kütle kusuru şuna eşittir: t bir ve alıyoruz

= 2×1,00783 + (4 – 2)×1,00866 – 4,00260 » 0,03038 amu 1 amu'yu hatırlayalım =

(g) = kg. t bir Hadi tercüme edelim D t bir kilograma: D

= 5,05×10 –29 kg.

Şimdi aşağıdaki formülü kullanarak bağlanma enerjisini bulalım: e sv = D 2 , (26.4)

Şimdi aşağıdaki formülü kullanarak bağlanma enerjisini bulalım: ts

St = 5,05×10 –29 kg × (3,0×10 8 m/s) 2"4,55×10 –12 J.

Şimdi aşağıdaki formülü kullanarak bağlanma enerjisini bulalım: Joule'u elektron volta çevirelim: sv =

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

7.1 MeV.

Cevap:D t bir» 0,03038 amu; Şimdi aşağıdaki formülü kullanarak bağlanma enerjisini bulalım: hafif » 28,4 MeV; Şimdi aşağıdaki formülü kullanarak bağlanma enerjisini bulalım:» 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: Şimdi aşağıdaki formülü kullanarak bağlanma enerjisini bulalım: 2 > Şimdi aşağıdaki formülü kullanarak bağlanma enerjisini bulalım: 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 sv = D 2 .

Değer D t bir sonuç kullanılarak bulunabilir önceki görev:

O halde çekirdek kütle kusuru şuna eşittir: t = 18.00696 – 18.00567 » 1.29×10 –3 amu

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

O halde çekirdek kütle kusuru şuna eşittir: t = kilogram.

E = D sv = D 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 sv = D 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 sv = D 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.

Bir tanesi temel kavramlar kimya - hemen hemen tüm kimyasal hesaplamalarda kullanılan bir elementin atom kütlesi. Atom kütlesini hesaplama yeteneği, esas olarak okul çocukları ve gelecekte kimya okumayı planlayanlar için faydalı olacaktır. Ancak hesaplama formülü atom kütlesi imkansızlık derecesinde basit.

Tanım ve Formül

Atom kütlesi bir atomu oluşturan tüm proton, nötron ve elektronların kütlelerinin toplamıdır. Proton ve nötronların kütleleriyle karşılaştırıldığında elektronların kütlesi ihmal edilebilir düzeyde olduğundan hesaplamalarda elektronlar dikkate alınmaz. Nötronların ve protonların kütleleri 27 gibi sonsuz küçük sayılarla hesaplandığından negatif derece, daha sonra hesaplamaların kolaylığı için, meçhul atom birimleriyle ifade edilen bağıl atom kütlesi kullanılır.

Atomik kütle birimi- Bu göreceli değerçekirdeği 6 nötron ve 6 proton içeren karbon-12 çekirdeğinin kütlesinin 1/12'sine eşittir. Böylece atom kütlesini belirleme formülü şöyle görünür:

Kütle = nötron sayısı + proton sayısı.

Bu formülü kullanarak kimyasal elementlerin bireysel izotoplarının atomik kütleleri hesaplanır. Bu, uranyum-238'in kütlesinin 238 amu olduğu, uranyum-235'in ise kütle numarasının 235 olduğu anlamına gelir. Bu kimyasal element genellikle izotoplar açısından zengindir, dolayısıyla kütle numaraları 232, 233, 234, 235 olan uranyum çekirdekleri vardır. 236 ve 238. Bu çeşitliliğe rağmen uranyum-238, doğadaki tüm uranyumun %99'unu oluşturur, dolayısıyla atom numaralarının ortalama değerini hesaplarsanız, uranyum kimyasal elementinin atom ağırlığı 238.029'dur.

Bu nedenle atom kütlesi ile ortalama atom ağırlığı arasındaki farkı anlamak önemlidir:

• atom kütlesi - belirli bir izotopun nötron ve protonlarının toplamı (her zaman bir tamsayı);
• atom ağırlığı - doğada meydana gelen tüm izotopların atom kütlelerinin aritmetik ortalaması (genellikle kesirli bir sayı).

Başka bir örnek

Hidrojen evrende en bol bulunan elementtir. Hidrojenin %99'u yalnızca 1 proton içeren protium veya hidrojen-1'dir. Ayrıca izotoplar da vardır: döteryum veya hidrojen-2 ve trityum veya hidrojen-3. Bu izotopların atom kütleleri sırasıyla 2 ve 3'tür, ancak doğada oldukça nadirdirler, dolayısıyla hidrojenin atom ağırlığı 1,00784'tür.

Atom kütlesini bulma

Tanımlamak atom numarası Periyodik tabloyu kullanarak seçilen element için. Tablodaki element sayısı her zaman çekirdekteki proton sayısıyla eşleşir. Örneğin yukarıda adı geçen hidrojen, tabloda ilk sayıya sahiptir ve yalnızca 1 proton içermektedir. Aşağıdaki tablo her zaman bir elementin ortalama atom ağırlığını gösterir; hesaplamalar için bu ağırlığın en yakın tam sayıya yuvarlanması gerekir.

Başlangıçta bir atomdaki proton ve elektron sayısı ile atom kütlesi hakkındaki tüm bilgileri görüntüler. Bu yüzden okul görevleri Atom kütlesini belirlemek için periyodik tabloyu kullanmak ve herhangi bir özel hesaplama yapmamak yeterlidir.

Genellikle kimya derslerinde konur ters problem: Belirli bir izotoptaki nötron sayısı nasıl belirlenir? Bu durumda basit bir formül uygulanır:

Nötron sayısı = atom kütlesi – atom numarası.

Örneğin hidrojen atomu-1'in atom numarası da bire eşit olduğundan nötron içermez. Ancak trityum zaten bir proton ve iki nötronlu hidrojendir. Trityum kararsız bir izotoptur. Kolayca helyum atomlarına ayrışır. serbest elektronlar ve belirli miktarda enerji açığa çıkaran antinötrinolar. Kararsız izotoplar radyoaktif denir.

Bir örneğe bakalım

Atom kütlesinin belirlenmesi

Atom numarası 8 olan kimyasal bir element olan oksijeni ele alalım. periyodik tablo Mendeleev. Bu, oksijenin çekirdeğinde 8 protonun yanı sıra yörüngelerinde de 8 elektron olduğu anlamına gelir. Tabloda gösterilen atom kütlesi 16 a'dır. e.m, hesaplamak için bir hesap makinesine ihtiyacımız yok. Bu bilgiden bir oksijen atomunun 8 nötron içerdiğini belirleyebiliriz. Ancak nötron sayısı dış koşullara bağlı olarak kolaylıkla değişebilir.

Oksijen bir nötron kaybederse veya kazanırsa, atom kütlesi değişen yeni bir izotop elde ederiz. Bir hesap makinesi kullanarak farklı oksijen izotoplarının kütle sayılarını hesaplayabilirsiniz, ancak bu izotoplar adında bu sorunun cevabını içerir. Doğada oksijenin 3 kararlı izotopu vardır: oksijen-16, oksijen-17 ve oksijen-18. Son ikisinin çekirdeğinde "ekstra" nötronlar var.

Ek olarak, yarı ömürleri birkaç dakikadan nanosaniyenin milyonda birine kadar değişen kararsız oksijen izotopları da vardır.

Çözüm

Kütle numarası - önemli parametre hesaplandıkları herhangi bir öğe molar kütleler yürütürken kimyasal reaksiyonlar. Bununla birlikte, Mendeleev'in periyodik tablosunda kütle numarası her zaman gösterilir, bu nedenle hesap makinemiz esas olarak şaşırtıcı kimya bilimini öğrenmeye yeni başlayan okul çocukları için faydalı olacaktır.