Глава IV. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Строение атома. § 30. Основные сведения о строении атома — с. 135
§ 30. Проверьте свои знания.
1. Какие элементарные частицы составляют ядро атома?
Как определить заряд ядра атома, количество протонов в ядре, количество нейтронов, массовое число элемента?
Ядро атома состоит из протонов ¹₁p и нейтронов ¹₀n (нуклонов). Заряд ядра равен числу протонов и совпадает с порядковым номером элемента Z в Периодической системе: заряд ядра = +Z. Число протонов равно Z. Массовое число A — это сумма чисел протонов и нейтронов: A = Z + N; приблизительно оно равно округлённой относительной атомной массе. Число нейтронов находят по формуле N = A − Z. Пример: у натрия ²³₁₁Na Z = 11, A = 23, N = 23 − 11 = 12.
§ 30. Проверьте свои знания.
2. Сравните между собой элементарные частицы, т. е. найдите общее и различия между протоном и нейтроном, протоном и электроном.
Протон и нейтрон. Общее: оба находятся в ядре (нуклоны), массы практически одинаковы (1,67 · 10⁻²⁷ кг, в относительных единицах — 1), входят в состав массового числа. Различия: протон имеет заряд +1, нейтрон электрического заряда не имеет (0); число протонов определяет элемент, а число нейтронов у атомов одного элемента может быть разным (изотопы).
Протон и электрон. Общее: обе частицы заряжены и их заряды равны по абсолютной величине (+1 и −1), число протонов в атоме равно числу электронов. Различия: заряд протона положителен, электрона отрицателен; масса протона 1,67 · 10⁻²⁷ кг, электрона 9,11 · 10⁻³¹ кг — в 1833 раза меньше; протон находится в ядре, электрон — в электронной оболочке.
Протон и электрон. Общее: обе частицы заряжены и их заряды равны по абсолютной величине (+1 и −1), число протонов в атоме равно числу электронов. Различия: заряд протона положителен, электрона отрицателен; масса протона 1,67 · 10⁻²⁷ кг, электрона 9,11 · 10⁻³¹ кг — в 1833 раза меньше; протон находится в ядре, электрон — в электронной оболочке.
§ 30. Проверьте свои знания.
3. Что называют изотопами?
Запишите обозначения изотопов водорода, хлора и калия.
Изотопами называют атомы одного химического элемента, содержащие в ядре разное число нейтронов и поэтому имеющие разные массовые числа. Изотопы занимают одну клетку Периодической системы, так как заряд ядра у них одинаков.
Водород: ¹₁H (протий, 0 нейтронов), ²₁H (дейтерий, 1 нейтрон), ³₁H (тритий, 2 нейтрона).
Хлор: ³⁵₁₇Cl (18 нейтронов) и ³⁷₁₇Cl (20 нейтронов).
Калий: ³⁹₁₉K (20 нейтронов) и ⁴⁰₁₉K (21 нейтрон); есть также ⁴¹₁₉K (22 нейтрона).
Водород: ¹₁H (протий, 0 нейтронов), ²₁H (дейтерий, 1 нейтрон), ³₁H (тритий, 2 нейтрона).
Хлор: ³⁵₁₇Cl (18 нейтронов) и ³⁷₁₇Cl (20 нейтронов).
Калий: ³⁹₁₉K (20 нейтронов) и ⁴⁰₁₉K (21 нейтрон); есть также ⁴¹₁₉K (22 нейтрона).
§ 30. Примените свои знания.
4. Рассчитайте число нейтронов в ядрах атомов: ¹⁵N, ¹⁹F, ²⁷Al, ³⁷Cl, ¹⁰⁸Ag.
Число нейтронов N = A − Z, где Z — порядковый номер элемента.
¹⁵N: Z = 7, N = 15 − 7 = 8.
¹⁹F: Z = 9, N = 19 − 9 = 10.
²⁷Al: Z = 13, N = 27 − 13 = 14.
³⁷Cl: Z = 17, N = 37 − 17 = 20.
¹⁰⁸Ag: Z = 47, N = 108 − 47 = 61.
¹⁵N: Z = 7, N = 15 − 7 = 8.
¹⁹F: Z = 9, N = 19 − 9 = 10.
²⁷Al: Z = 13, N = 27 − 13 = 14.
³⁷Cl: Z = 17, N = 37 − 17 = 20.
¹⁰⁸Ag: Z = 47, N = 108 − 47 = 61.
§ 30. Примените свои знания.
5. Вместо символа X запишите соответствующее число или символ химического элемента: ²⁴ₓMg, ⁵²₂₄X, ₓK, ₁₄X.
В обозначении атома внизу слева стоит порядковый номер (заряд ядра), вверху — массовое число.
²⁴ₓMg: порядковый номер магния 12, значит X = 12 (²⁴₁₂Mg).
⁵²₂₄X: элемент № 24 — хром, X = Cr (⁵²₂₄Cr).
ₓK: порядковый номер калия 19, значит X = 19 (₁₉K).
₁₄X: элемент № 14 — кремний, X = Si (₁₄Si).
²⁴ₓMg: порядковый номер магния 12, значит X = 12 (²⁴₁₂Mg).
⁵²₂₄X: элемент № 24 — хром, X = Cr (⁵²₂₄Cr).
ₓK: порядковый номер калия 19, значит X = 19 (₁₉K).
₁₄X: элемент № 14 — кремний, X = Si (₁₄Si).
§ 30. Примените свои знания.
6. Определите, сколько различных молекул хлороводорода можно составить из природного изотопа водорода ¹₁H и двух природных изотопов хлора — ³⁵Cl и ³⁷Cl. Рассчитайте их относительные молекулярные массы.
Водород в условии представлен одним изотопом ¹H, хлор — двумя, поэтому возможны две разные молекулы: ¹H³⁵Cl и ¹H³⁷Cl.
Mr(¹H³⁵Cl) = 1 + 35 = 36.
Mr(¹H³⁷Cl) = 1 + 37 = 38.
Ответ: 2 молекулы, Mr = 36 и 38.
Mr(¹H³⁵Cl) = 1 + 35 = 36.
Mr(¹H³⁷Cl) = 1 + 37 = 38.
Ответ: 2 молекулы, Mr = 36 и 38.
§ 30. Примените свои знания.
7. Относительная атомная масса брома, приведённая в таблице Д. И. Менделеева, равна 80. Однако изотопа с таким массовым числом не существует. В природе бром представлен изотопами ⁷⁹Br и ⁸¹Br. Рассчитайте число нейтронов в ядрах этих изотопов.
Порядковый номер брома Z = 35.
⁷⁹Br: N = 79 − 35 = 44.
⁸¹Br: N = 81 − 35 = 46.
Ответ: 44 и 46 нейтронов. Значение 80 — среднее с учётом распространённости изотопов (они встречаются примерно поровну: (79 + 81) / 2 = 80), поэтому атомов с массой 80 в природе нет.
⁷⁹Br: N = 79 − 35 = 44.
⁸¹Br: N = 81 − 35 = 46.
Ответ: 44 и 46 нейтронов. Значение 80 — среднее с учётом распространённости изотопов (они встречаются примерно поровну: (79 + 81) / 2 = 80), поэтому атомов с массой 80 в природе нет.
§ 30. Примените свои знания.
8. Определите количество протонов, нейтронов и электронов в атомах следующих изотопов: а) ³⁴₁₆S; б) ¹¹₅B; в) ¹³₆C; г) ⁷⁹₃₅Br; д) ³₁H.
Число протонов и электронов равно Z, число нейтронов N = A − Z.
а) ³⁴₁₆S: протонов 16, электронов 16, нейтронов 34 − 16 = 18.
б) ¹¹₅B: протонов 5, электронов 5, нейтронов 11 − 5 = 6.
в) ¹³₆C: протонов 6, электронов 6, нейтронов 13 − 6 = 7.
г) ⁷⁹₃₅Br: протонов 35, электронов 35, нейтронов 79 − 35 = 44.
д) ³₁H: протонов 1, электронов 1, нейтронов 3 − 1 = 2.
а) ³⁴₁₆S: протонов 16, электронов 16, нейтронов 34 − 16 = 18.
б) ¹¹₅B: протонов 5, электронов 5, нейтронов 11 − 5 = 6.
в) ¹³₆C: протонов 6, электронов 6, нейтронов 13 − 6 = 7.
г) ⁷⁹₃₅Br: протонов 35, электронов 35, нейтронов 79 − 35 = 44.
д) ³₁H: протонов 1, электронов 1, нейтронов 3 − 1 = 2.