Izotópok. Nuklidok. tömegszám Kérdések az önkontrollhoz

Ugyanazon elem atomjainak változatait, amelyek azonos nukleáris töltéssel, de eltérő tömeggel rendelkeznek, izotópoknak nevezik (az „isos” szavakból - ugyanaz, „topos” - hely).

Az izotópokra vonatkozó információk lehetővé teszik a „kémiai elem” fogalmának pontos meghatározását. A kémiai elem az azonos nukleáris töltéssel rendelkező atomtípus. Az izotóp egy olyan atomtípus, amelynek azonos magtöltése és tömege azonos.

Megtanultuk, hogy az atomok oszthatók és nem örökkévalók. Továbbra is megfontolandó a kérdés: valóban minden tekintetben azonosak-e egymással az azonos elem atomjai, különösen, valóban azonos tömegűek?

Mivel az atomot alkotó elektronok össztömege elenyésző az atommag tömegéhez képest, az elemek atomi tömegének a proton vagy neutron tömegének többszörösének kell lennie, vagyis az egység többszörösének. Más szóval, az összes elem atomsúlyát egész számokban (pontosabban egész számokhoz közeli) kell kifejezni. Ez a következtetés bizonyos elemek tekintetében indokolt. De sok olyan elem van, amelyek atomsúlyát törtszámokban fejezik ki. Például a klór atomtömege 35,45. Valójában egyetlen klóratom sincs a természetben, amelynek ilyen tömege lenne. A klór elem kétféle atom keveréke: egyes klóratomok atomtömege 35, mások 37. A klór kémiai módszerekkel megállapított atomtömege, 35,45, csak az atomok átlagos tömege. A klórban több könnyebb atom van, mint nehezebb; Ezért a klóratomok átlagos tömege, 35,45, közelebb áll a könnyű változat - klóratomok - atomtömegéhez.

A klórhoz hasonlóan a legtöbb kémiai elem olyan atomok keveréke, amelyek atomtömege különbözik, de nukleáris töltésével azonos.

A klór kémiai jele, a Cl, a klór mindkét izotópjának természetes keverékére utal. Amikor minden izotópról külön-külön kell beszélnünk, akkor a kérdéses izotóp atom tömegének számértékét a klórjelhez rendeljük, 35 Cl, 37 Cl.

A klórhoz hasonlóan a legtöbb kémiai elem izotóp keveréke. Az egyes elemek izotópmagjai ugyanannyi protont, de eltérő számú neutront tartalmaznak. Így a 35 Cl és 37 Cl izotópok magjai egyenként 17 protont (a klór sorszáma 17) és eltérő számú neutront tartalmaznak: a 35 Cl atommagok 18, a 37 Cl atommagok pedig 20 neutront tartalmaznak.

Minél kisebb egy elem atomtömege, annál több fényizotópot tartalmaz az elem. Ha egy kisebb rendszámú elem összetétele túlnyomórészt nehéz izotópjainak atomjaiból áll, az azt követő elem összetétele pedig könnyebb izotópjainak atomjait tartalmazza, akkor kiderül, hogy egy olyan elem atomjának átlagos tömege a nagyobb rendszám nem több, hanem kisebb lesz, mint az alacsonyabb sorszámú atomelem átlagos tömege. Ez megfigyelhető például az argon Argon és a kálium K esetében.

Ugyanazon elem izotópjainak kémiai tulajdonságainak rendkívüli hasonlósága – az atomok eltérő tömege ellenére – megerősíti a korábban megfogalmazott következtetést: a kémiai elemek tulajdonságai nem annyira az atomsúlytól, mint inkább az atommag töltésétől függenek.

És ezért eltérő atomtömeg.

Az izotópokat ugyanazok a szimbólumok jelölik, mint a kémiai elemeket, tömegszámmal a szimbólum bal felső sarkában, például a klór izotópjai: 35 ClÉs 37 Cl, vagy a tömegszám az elem nevét vagy szimbólumát követi, például: urán-233 vagy Pu-239.

Egy adott kémiai elem izotópjai az atommagon azonos töltéssel, azaz azonos rendszámmal rendelkeznek, és ugyanazt a helyet foglalják el a periódusos rendszerben, ugyanannyi protont tartalmaznak az atommagban, de különböznek egymástól a neutronok száma. Így a 35 Cl klórizotóp atommagja 17 protont tartalmaz, mivel a klór sorszáma 17, és 18 neutron (35-17 = 18), a 37 Cl klórizotóp atommagja pedig 17 protont és 20 neutront tartalmaz. (37-17 = 20) .

Egyes kémiai elemeknek kis számú stabil izotópja van. Így az oxigén három stabil izotópja ismert: 16 O (az atommag 8 protonból és 8 neutronból áll), 17 O (az atommag 8 protonból és 9 neutronból áll) és 18 B (az atommag 8 protonból és 10 neutronból áll). ). A hidrogénnek három izotópja is ismert: 1 H (az atommag csak egy protonból áll), 2 H (az atommag egy protonból és egy neutronból áll), 3 H (az atommag egy protonból és két neutronból áll). Egyes kémiai elemek meglehetősen nagy számú izotópból állnak. Például a xenonnak 9 izotópja van, az ónnak 10 stb.

Az izotópok túlnyomó többségének nincs külön neve, de egyes elemek izotópjai, különösen a hidrogénizotópok, különleges nevekkel, sőt speciális szimbólumokkal rendelkeznek. Így a hidrogén 1 H izotópját protiumnak, a 2 H izotópját deutériumnak nevezzük, és a szimbólummal jelöljük. D a 3H izotóp pedig trícium (szimbólum T). Egyes izotópok meglehetősen gyakoriak a természetben, mint például a 16 O oxigén izotóp és a hidrogén izotóp 1 H, míg más izotópok nagyon kis mennyiségben fordulnak elő, mint például a 17 O és 18 O oxigén izotópok és a 2 H és 3 H hidrogén izotópok. .

Kémiai tulajdonságait tekintve az egyes elemek minden izotópja nagyon hasonló, így a kémiai reakciókban nincs jelentős különbség köztük. Kivételt képeznek a hidrogénizotópok, amelyek tulajdonságaikban jelentősen eltérnek egymástól.

Az instabil izotópok felezési ideje nagyon eltérő lehet, 1? 10-24 az Univerzum korát meghaladó értékekhez. Ez utóbbi esetben pontos mérésekkel gyenge radioaktivitás mutatható ki, de az izotóp gyakorlatilag stabilnak tekinthető.

MEGHATÁROZÁS

Klór- a periódusos rendszer tizenhetedik eleme. Megnevezés - Cl a latin „chlorum” szóból. A harmadik periódusban található, VIIA csoport. Nem fémekre utal. A nukleáris töltés 17.

A legfontosabb természetes klórvegyület a nátrium-klorid (étkezési só) NaCl. A nátrium-klorid fő tömege a tengerek és óceánok vizében található. Számos tó vize is jelentős mennyiségű NaCl-t tartalmaz. Szilárd formában is megtalálható, a földkéregben helyenként vastag úgynevezett kősórétegeket képez. Más klórvegyületek is gyakoriak a természetben, például a kálium-klorid a karnallit KCl × MgCl 2 × 6H 2 O és a szilvit KCl formájában.

Normál körülmények között a klór sárgászöld gáz (1. ábra), amely vízben jól oldódik. Lehűléskor a vizes oldatokból kristályos hidrátok szabadulnak fel, amelyek hozzávetőlegesen Cl 2 × 6H 2 O és Cl 2 × 8H 2 O összetételű klarátok.

Rizs. 1. Klór folyékony állapotban. Kinézet.

A klór atom- és molekulatömege

Egy elem relatív atomtömege egy adott elem atomjának tömegének a szénatom tömegének 1/12-éhez viszonyított aránya. A relatív atomtömeg dimenzió nélküli, és A r-rel jelöljük (az „r” index az angol relatív szó kezdőbetűje, ami „relatív”). Az atomos klór relatív atomtömege 35,457 amu.

A molekulák tömegét, valamint az atomok tömegét atomtömeg-egységekben fejezzük ki. Egy anyag molekulatömege egy molekula tömege, atomtömeg egységekben kifejezve. Egy anyag relatív molekulatömege egy adott anyag molekulájának tömegének aránya egy szénatom tömegének 1/12-éhez, amelynek tömege 12 amu. Ismeretes, hogy a klór molekula kétatomos - Cl 2. A klórmolekula relatív molekulatömege egyenlő lesz:

M r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.

A klór izotópjai

Ismeretes, hogy a természetben a klór két stabil izotóp, a 35 Cl (75,78%) és a 37 Cl (24,22%) formájában található. Tömegszámuk 35, illetve 37. A 35 Cl klór izotóp atommagja tizenhét protont és tizennyolc neutront tartalmaz, a 37 Cl izotóp pedig ugyanennyi protont és húsz neutront tartalmaz.

Léteznek mesterséges klór izotópok 35-43 tömegszámmal, amelyek közül a legstabilabb a 36 Cl, felezési ideje 301 ezer év.

Klórionok

A klóratom külső energiaszintje hét elektronból áll, amelyek vegyértékelektronok:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5.

A kémiai kölcsönhatás következtében a klór elveszítheti vegyértékelektronjait, i.e. legyen donoruk, és pozitív töltésű ionokká alakuljanak vagy fogadjanak el elektronokat egy másik atomtól, pl. legyen az elfogadójuk, és negatív töltésű ionokká alakuljanak:

Cl 0-7e → Cl 7+;

Cl 0-5e → Cl 5+;

Cl 0-4e → Cl 4+;

Cl 0-3e → Cl 3+;

Cl 0-2e → Cl 2+;

Cl 0-1e → Cl 1+;

Cl 0 +1e → Cl 1-.

Klór molekula és atom

A klórmolekula két atomból áll - Cl 2. Íme néhány tulajdonság, amely a klóratomot és -molekulát jellemzi:

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

A természetben található legtöbb elem többféle atomból áll, amelyek relatív atomtömegükben különböznek egymástól.

Példa. A klór kétféle atom keverékeként fordul elő a természetben, az egyik 18, a másik 20 neutront tartalmaz az atommagban.

Minden egyes atomtípust, függetlenül attól, hogy egy adott elemhez tartoznak, egyedileg ír le a nukleonok száma (a protonok és neutronok összege). Ezért az atomok típusainak száma meghaladja az elemek számát.

Minden atomtípust (magtípust) nuklidnak nevezünk.

A nuklid az atomok és magok egy fajtája, amely megfelel bizonyos számú protonnak és neutronnak.

Egyazon elemhez tartozó, egyedileg azonosítható nuklidok
A protonok számát, de a neutronok számában különböznek, izotópos nuklidoknak vagy egyszerűen izotópoknak nevezzük.

Egy elem izotópjai olyan nuklidok, amelyek azonos nukleáris töltéssel (protonok számával) rendelkeznek.

Egy elem izotópjai csak a neutronok számában és így a nukleonok teljes számában különböznek.

Például: A klór két természetes izotópjának magja 17 protont, de 18 és 20 neutront, azaz 35, illetve 37 nukleont tartalmaz.

Abból a tényből adódóan, hogy az atommagban lévő protonok száma határozza meg az atomok héjában lévő elektronok számát és az elem kémiai tulajdonságait, ebből az következik, hogy ugyanannak az elemnek az összes izotópjának atomjainak azonos az elektronja. szerkezete, és maguk az izotópok is hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért nem különíthetők el kémiai módszerekkel.

A természetben vannak olyan elemek, amelyeknek csak egy izotópja van. Az ilyen elemeket izotóptisztának nevezzük. A modern periódusos rendszerben 21 izotóptiszta elem található (ezeket az alábbiakban felsoroljuk növekvő sorrendben): Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr , Tb, Ho, Tm, Au, Bi, Th.

A fennmaradó természetes elemek két vagy több izotóp keverékei, amelyek atomjai a nukleonok számában különböznek. Az ilyen elemeket izotropikusan kevertnek nevezzük, ezek vannak többségben a periódusos rendszerben. Az ilyen elemek relatív atomtömegének értékei megfelelnek az izotópok természetes keverékének, és az izotóptartalomra átlagolják, ezért sok elem Ag értékei nagymértékben eltérnek az egész értékektől. Még a szén is, amelyet más elemek relatív atomtömegének referenciapontjaként veszünk, izotóppal kevert elem (két izotóp A = 12 és A = 13), és a relatív atomtömeg meghatározásának mértéke: a szén egyik természetes izotópja, nevezetesen a szén –12. Az ón elemnek van a legtöbb izotópja (tíz).

Nuklidok esetén a relatív atomtömegek pontos értékei mindig közel vannak az egész értékekhez, így a nuklidok tömegei összehasonlíthatók az A r értékeivel, amelyeket tömegszámoknak nevezünk.

Egy nuklid tömegszáma megegyezik a benne lévő nukleonok számával (a protonok és neutronok összege).

Egy adott nuklid megjelölésére speciális szimbólumokat használnak, a kémiai elem szimbólumától balra a tömegszámot a felső index, az atommag töltését pedig az alsó index jelzi. Például: 6 12 C, 17 35 Cl stb.

Bevezetés………………………………………………………………………………………………………………3

1. Egy elem szimbóluma, helyzete az elemek periódusos rendszerében D.I. Mengyelejev. Atomtömeg…………………………………………………………………………………….4

2. A klóratom magjának szerkezete. Lehetséges izotópok. Példák…………………………….5

3. Az atom elektronikus képlete: az elektronok eloszlása ​​szinteken, alszinteken, Hund cellákon keresztül. A klóratom gerjesztett állapota……………………………………………………………….6

4. Az alumínium atom vegyértéke álló és gerjesztett állapotban. A klóratom lehetséges oxidációs állapotai. Redox tulajdonságok. Példák elektronmozgási sémákra…………………………………………………………………………………….8

5. A klór és vegyületeinek egyenértékei. Példák számításokra………………………………..11

6. A klór és vegyületeinek kémiai tulajdonságai. Példák reakciókra……………………12

7. Koncentrációtípusok…………………………………………………………………………………….15

8. Elektrolitikus disszociáció. A hidroxid disszociációs folyamat vázlata. Disszociációs állandó……………………………………………………………………………………………17

9. 0,01 m-es hidroxid-oldat vagy valamely elem sójának pH-értékének, pOH-jának kiszámítása………………………21

10. Hidrolízis…………………………………………………………………………………..23

11. A klór kvalitatív elemzése……………………………………………………………………

12. Módszerek a klóratom vagy vegyületei mennyiségi meghatározására……………27

12.1. Gravimetriás módszer a klóratom elemzésére……………………………………………………………27

13. Következtetés………………………………………………………………………………….29

Hivatkozások……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Bevezetés

A hidrogénnel alkotott vegyületet - gáznemű hidrogén-kloridot - először Joseph Priestley szerezte meg 1772-ben. A klórt 1774-ben Karl Wilhelm Scheele svéd kémikus szerezte meg, aki a piroluzitról szóló értekezésében leírta annak izolálását piroluzittal és sósavval reagálva:

Scheele felfigyelt a klór szagára, amely hasonló az aqua regia szagához, az arannyal és a fahéjjal való kölcsönhatásra való képességét, valamint fehérítő tulajdonságait. Scheele azonban a kémiában akkoriban uralkodó flogiszton-elméletnek megfelelően azt javasolta, hogy a klór deflogisztizált sósav, Bertholley és Lavoisieve pedig a savak oxigénelméletének keretein belül alátámasztotta, hogy az új anyagnak kellene egy hipotetikus elem oxidja lehet Muria. Az izolálási kísérletek azonban sikertelenek maradtak Davy munkásságáig, akinek elektrolízissel sikerült a konyhasót nátrium-klórra bontani, bizonyítva az utóbbi elemi természetét.

1. Egy elem szimbóluma, helyzete az elemek periódusos rendszerében D.I. Mengyelejev. Atomtömeg

x A lor (a görög χλωρός - „zöld” szóból) a kémiai elemek periódusos rendszerének 17. csoportjának eleme (az elavult osztályozás szerint - a VII. csoport fő alcsoportjának eleme), a harmadik periódus, rendszámmal. 17. Cl (lat. Chlorum) szimbólummal jelölve. Kémiailag aktív nemfém. A halogének csoportjába tartozik (eredetileg a „halogén” nevet Schweiger német kémikus használta a klórra – szó szerint a „halogén” szó szerint só-oxidot jelent –, de nem ragadt meg, és később általánossá vált a XVII. ) elemcsoport, amely magában foglalja a klórt is).

A klór egyszerű anyag (CAS-szám: 7782-50-5) normál körülmények között sárgászöld színű, a levegőnél nehezebb, szúrós szagú mérgező gáz. A klórmolekula kétatomos (Cl2 képlet).

Atomtömeg

(móltömeg)

[comm 1] a. e.m. (g/mol)

2. A klóratom magjának szerkezete. Lehetséges izotópok. Példák

A természetben 2 stabil klórizotóp található: 35 és 37 tömegszámmal. Tartalmuk aránya 75,78%, illetve 24,22%.

3. Az atom elektronikus képlete: az elektronok eloszlása ​​szinteken, alszinteken, Hund cellákon keresztül. A klóratom gerjesztett állapota

A klór a kémiai elemek periódusos rendszerében a 3. periódusban, a VII. csoportban, a fő alcsoportban (halogén alcsoport) található.

Egy atom magjának töltése Z = + = + 17

Protonok száma N(p+) = 17

Elektronok száma N(e-) = 17

Izgatott állapotban:

1) 3s2 3p5 3d0 + hn --> 3s2 3p4 3d1

3 párosítatlan elektron (2 elektron a 3p alszinten és 1 elektron a 3d alszinten), ezért a vegyérték 3

Vegyület példa: HClO2, Cl2O3

2) 3s2 3p4 3d1 + hn --> 3s2 3p3 3d2

5 párosítatlan elektron (3 elektron a 3p alszinten és 2 elektron a 3d alszinten), ezért a vegyérték 5

Vegyület példa: HClO3, Cl2O5

3) 3s2 3p3 3d2 + hn --> 3s1 3p3 3d3

7 párosítatlan elektron (1 elektron a 3s alszinten, 3 elektron a 3p alszinten és 3 elektron a 3d alszinten), ezért a valencia 5

4. Az alumínium atom vegyértéke álló és gerjesztett állapotban. A klóratom lehetséges oxidációs állapotai. Redox tulajdonságok. Példák elektronmozgási sémákra

Vegyértékelektronok: 3s2 3p5

Gerjesztetlen állapotban a 3. energiaszintű klóratomnak egy párosítatlan elektronja van, ezért egy gerjesztetlen klóratom 1-es vegyértéket mutathat. Az 1-es vegyérték a következő vegyületekben jelenik meg:

Klórgáz Cl2 (vagy Cl-Cl)

Nátrium-klorid NaCl (vagy Na+ Cl-)

Hidrogén-klorid HCl (vagy H-Cl)

Hipoklórsav HOCl (vagy H-O-Cl)

Redox tulajdonságok.

HCl - a klór oxidációs állapota -1

HClO3 - a klór oxidációs állapota +5

HClO4 - a klór oxidációs állapota +7

A közbenső oxidációs állapot azt jelzi, hogy ez az elem redukáló és oxidáló tulajdonságokat is mutathat, ez a HClO3

Az oxidáló tulajdonságokat olyan elemek mutatják, amelyeknek maximális oxidációs állapota van (ez megegyezik annak a csoportnak a számával, amelyben az elem található). Ez azt jelenti, hogy a HClO4 oxidálószer.

A legalacsonyabb oxidációs fokú elem redukáló tulajdonságokkal rendelkezik, pl. A HCl redukálószer.

A klór erős oxidálószer. Oxidálószerként különféle klórvegyületek használhatók. Ez klór C12), hipoklórsav HCIO, hipoklórsav sói - nátrium-hipoklorit NaCIO vagy kalcium-hipoklorit Ca(CIO)2 és klór-oxid CIO2.

A klórozást a fenolok, krezolok, cianidok és hidrogén-szulfid eltávolítására használják a szennyvízből. A szerkezetek biológiai elszennyeződésének leküzdésére biocidként használják. A klórt a víz fertőtlenítésére is használják.

A klórt folyékony formában szállítják a termelésbe, legalább 99,5% tartalommal. A klór erősen mérgező gáz, amely képes felhalmozódni és kis üregekben koncentrálódni. Elég nehéz vele dolgozni. Vízbe kerülve a klór hidrolizál, és sósav keletkezik. Egyes oldatban lévő szerves anyagokkal a C12 klórozási reakciókba léphet. Ennek eredményeként másodlagos szerves klórtermékek keletkeznek, amelyek erősen mérgezőek. Ezért törekednek a klór felhasználásának korlátozására.

A HCJ hipoklórsav ugyanolyan oxidáló képességgel rendelkezik, mint a klór. Oxidáló tulajdonságai azonban csak savas környezetben jelentkeznek. Ezenkívül a hipoklórsav instabil termék – idővel és fény hatására lebomlik.

A hipoklórsav sóit széles körben használják. A kalcium-hipoklorit Ca(Cl)2 három minőségben kapható, 32-35%-os aktív klór koncentrációval. A gyakorlatban a Ca(Cl)2-2Ca(OH)g 2H20 kétbázisú sót is használják.

A legstabilabb nátrium-hipoklorit só a NaOCl * 5H20, amelyet klórgáz lúgos oldattal történő kémiai reakciójával vagy konyhasó elektrolízisével állítanak elő membrán nélküli fürdőben.

A klór-oxidCO2 zöldessárga gáz, vízben jól oldódik, erős oxidálószer. Úgy nyerik, hogy NaC102-kloritot klórral, sósavval vagy ózonnal reagáltatnak. Amikor a klór-oxid kölcsönhatásba lép a vízzel, klórozási reakciók nem lépnek fel, ami kiküszöböli a szerves klórtartalmú anyagok képződését. A közelmúltban kiterjedt kutatások folytak a klór klór-oxiddal, mint oxidálószerrel való helyettesítésének feltételeinek meghatározására. Számos orosz gyár fejlett CO2-t használó technológiát vezetett be.