Isotopi. Nuclidi. numero di massa Domande per l'autocontrollo

Varietà di atomi dello stesso elemento, aventi la stessa carica nucleare, ma masse diverse, sono chiamate isotopi (dalle parole "isos" - lo stesso, "topos" - luogo).

Le informazioni sugli isotopi ci permettono di dare una definizione precisa del concetto di “elemento chimico”. Un elemento chimico è un tipo di atomo con la stessa carica nucleare. Un isotopo è un tipo di atomo con la stessa carica nucleare e la stessa massa.

Abbiamo imparato che gli atomi sono divisibili e non eterni. Resta da considerare la domanda: gli atomi di uno stesso elemento sono davvero identici tra loro sotto tutti gli aspetti, in particolare, hanno davvero la stessa massa?

Poiché la massa totale degli elettroni che compongono un atomo è insignificante rispetto alla massa del suo nucleo, i pesi atomici degli elementi devono essere multipli della massa di un protone o di un neutrone, cioè multipli dell'unità. In altre parole, i pesi atomici di tutti gli elementi devono essere espressi in numeri interi (più precisamente, prossimi ai numeri interi). Su alcuni elementi questa conclusione è giustificata. Ma ci sono molti elementi i cui pesi atomici sono espressi in numeri frazionari. Ad esempio, il peso atomico del cloro è 35,45. In natura, infatti, non esiste un solo atomo di cloro che abbia una massa simile. L'elemento cloro è una miscela di due tipi di atomi: alcuni atomi di cloro hanno una massa atomica di 35 e altri 37. La massa atomica del cloro, trovata con metodi chimici, 35,45, è solo il peso medio dei suoi atomi. Nel cloro ci sono più atomi più leggeri di quelli più pesanti; Pertanto, la massa media degli atomi di cloro, 35,45, è più vicina al peso atomico della varietà leggera: gli atomi di cloro.

Come il cloro, la maggior parte degli elementi chimici sono miscele di atomi che differiscono nel peso atomico ma hanno la stessa carica nucleare.

Il segno chimico del cloro, Cl, si riferisce a una miscela naturale di entrambi gli isotopi del cloro. Quando dobbiamo parlare di ciascun isotopo separatamente, il valore numerico della massa dell'atomo isotopico in questione viene assegnato al segno del cloro, 35 Cl, 37 Cl.

Come il cloro, la maggior parte degli elementi chimici sono miscele di isotopi. I nuclei isotopici di ciascun elemento contengono lo stesso numero di protoni, ma un diverso numero di neutroni. Pertanto, i nuclei degli isotopi 35 Cl e 37 Cl contengono ciascuno 17 protoni (il numero di serie del cloro è 17) e un diverso numero di neutroni: i nuclei 35 Cl contengono 18 neutroni e i nuclei 37 Cl - 20 neutroni.

La massa atomica di un elemento è tanto più piccola quanto più isotopi leggeri contiene l'elemento. Se la composizione di un elemento con un numero atomico inferiore è costituita prevalentemente da atomi dei suoi isotopi pesanti, e la composizione dell'elemento che lo segue contiene atomi dei suoi isotopi più leggeri, allora risulta che la massa media di un atomo di un elemento con un numero atomico più alto non sarà maggiore, ma inferiore al peso medio dell'elemento atomico con numero seriale inferiore. Ciò si osserva, ad esempio, nell'argon Ar e nel potassio K.

L'estrema somiglianza delle proprietà chimiche degli isotopi dello stesso elemento, nonostante le diverse masse dei loro atomi, conferma la conclusione precedentemente fatta: le proprietà degli elementi chimici dipendono non tanto dal peso atomico quanto dalla carica del nucleo atomico.

E, quindi, massa atomica diversa.

Gli isotopi sono indicati con gli stessi simboli di un elemento chimico, aggiungendo un numero di massa in alto a sinistra del simbolo, ad esempio, gli isotopi del cloro indicano: 35cl E 37cl, oppure il numero di massa segue il nome o il simbolo dell'elemento, ad esempio: uranio-233 o Pu-239.

Gli isotopi di un dato elemento chimico hanno la stessa carica nel nucleo atomico, cioè lo stesso numero atomico, e occupano lo stesso posto nella tavola periodica, hanno lo stesso numero di protoni nel nucleo atomico, ma differiscono tra loro in il numero di neutroni. Pertanto, il nucleo atomico dell'isotopo del cloro 35 Cl contiene 17 protoni, poiché il numero di serie del cloro è 17 e 18 neutroni (35-17 = 18), e il nucleo dell'isotopo del cloro 37 Cl contiene 17 protoni e 20 neutroni (37-17 = 20) .

Alcuni elementi chimici hanno un piccolo numero di isotopi stabili. Pertanto, per l'ossigeno sono noti tre isotopi stabili: 16 O (il nucleo è costituito da 8 protoni e 8 neutroni), 17 O (il nucleo è costituito da 8 protoni e 9 neutroni) e 18 B (il nucleo è costituito da 8 protoni e 10 neutroni). ). Sono noti anche tre isotopi dell'idrogeno: 1 H (il nucleo è costituito da un solo protone), 2 H (il nucleo è costituito da un protone e un neutrone), 3 H (il nucleo è costituito da un protone e due neutroni). Alcuni elementi chimici sono costituiti da un numero abbastanza elevato di isotopi. Ad esempio, lo xeno ha 9 isotopi, lo stagno ne ha 10, ecc.

La stragrande maggioranza degli isotopi non ha nomi speciali, ma gli isotopi di alcuni elementi, in particolare gli isotopi dell'idrogeno, hanno nomi speciali e persino simboli speciali. Pertanto, l'isotopo dell'idrogeno 1 H è chiamato protio, l'isotopo 2 H è deuterio ed è indicato con il simbolo D e l'isotopo 3 H è il trizio (simbolo T). Alcuni isotopi sono abbastanza comuni in natura, come l'isotopo dell'ossigeno 16 O e l'isotopo dell'idrogeno 1 H, mentre altri isotopi sono presenti in quantità molto piccole, come gli isotopi dell'ossigeno 17 O e 18 O e gli isotopi dell'idrogeno 2 H e 3 H .

In termini di proprietà chimiche, tutti gli isotopi di un singolo elemento sono molto simili, quindi non vi è alcuna differenza significativa nelle reazioni chimiche tra loro. L'eccezione sono gli isotopi dell'idrogeno, che differiscono notevolmente tra loro nelle loro proprietà.

Il tempo di dimezzamento degli isotopi instabili può essere molto diverso, da 1? 10 -24 a valori che superano l'età dell'Universo. In quest'ultimo caso, una debole radioattività può essere rilevata mediante misurazioni precise, ma l'isotopo può essere considerato praticamente stabile.

DEFINIZIONE

Cloro- il diciassettesimo elemento della tavola periodica. Designazione - Cl dal latino "clorum". Situato nel terzo periodo, gruppo VIIA. Si riferisce ai non metalli. La carica nucleare è 17.

Il composto naturale più importante del cloro è il cloruro di sodio (sale da cucina) NaCl. La massa principale di cloruro di sodio si trova nell'acqua dei mari e degli oceani. Le acque di molti laghi contengono anche quantità significative di NaCl. Si trova anche in forma solida, formando in alcuni punti della crosta terrestre spessi strati del cosiddetto salgemma. In natura sono comuni anche altri composti del cloro, ad esempio cloruro di potassio sotto forma di minerali carnallite KCl × MgCl 2 × 6H 2 O e silvite KCl.

In condizioni normali, il cloro è un gas giallo-verde (Fig. 1), altamente solubile in acqua. Una volta raffreddati, gli idrati cristallini vengono rilasciati da soluzioni acquose, che sono clarati della composizione approssimativa Cl 2 × 6H 2 O e Cl 2 × 8H 2 O.

Riso. 1. Cloro allo stato liquido. Aspetto.

Massa atomica e molecolare del cloro

La massa atomica relativa di un elemento è il rapporto tra la massa di un atomo di un dato elemento e 1/12 della massa di un atomo di carbonio. La massa atomica relativa è adimensionale ed è indicata con A r (l'indice “r” è la lettera iniziale della parola inglese relative, che significa “relativo”). La massa atomica relativa del cloro atomico è 35.457 amu.

Le masse delle molecole, così come le masse degli atomi, sono espresse in unità di massa atomica. La massa molecolare di una sostanza è la massa di una molecola, espressa in unità di massa atomica. La massa molecolare relativa di una sostanza è il rapporto tra la massa di una molecola di una determinata sostanza e 1/12 della massa di un atomo di carbonio, la cui massa è 12 amu. È noto che la molecola di cloro è biatomica - Cl 2. Il peso molecolare relativo di una molecola di cloro sarà uguale a:

Mr(Cl2) = 35,457 × 2 ≈ 71.

Isotopi del cloro

È noto che in natura il cloro si può trovare sotto forma di due isotopi stabili 35 Cl (75,78%) e 37 Cl (24,22%). I loro numeri di massa sono rispettivamente 35 e 37. Il nucleo di un atomo dell'isotopo del cloro 35 Cl contiene diciassette protoni e diciotto neutroni, e l'isotopo 37 Cl contiene lo stesso numero di protoni e venti neutroni.

Esistono isotopi artificiali del cloro con numero di massa da 35 a 43, tra i quali il più stabile è 36 Cl con un tempo di dimezzamento di 301 mila anni.

Ioni di cloro

Il livello energetico esterno dell'atomo di cloro ha sette elettroni, che sono elettroni di valenza:

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

Come risultato dell’interazione chimica, il cloro può perdere i suoi elettroni di valenza, cioè essere il loro donatore e trasformarsi in ioni caricati positivamente o accettare elettroni da un altro atomo, ad es. essere il loro accettore e trasformarsi in ioni caricati negativamente:

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- .

Molecola e atomo di cloro

La molecola di cloro è composta da due atomi: Cl 2. Ecco alcune proprietà che caratterizzano l'atomo e la molecola del cloro:

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1

La maggior parte degli elementi presenti in natura sono composti da diversi tipi di atomi, che differiscono per la massa atomica relativa.

Esempio. Il cloro si presenta in natura come una miscela di due tipi di atomi, uno contenente 18 e l'altro 20 neutroni nel nucleo.

Ogni tipo di atomo, indipendentemente dall'appartenenza a un elemento specifico, è descritto in modo univoco dal numero di nucleoni (la somma di protoni e neutroni). Pertanto, il numero di tipi di atomi supera il numero di elementi.

Ogni tipo di atomo (tipo di nucleo) è chiamato nuclide.

Un nuclide è un tipo di atomi e nuclei che corrisponde a un certo numero di protoni e neutroni.

Nuclidi appartenenti allo stesso elemento e identificabili in modo univoco
numero di protoni, ma che differiscono per il numero di neutroni, sono chiamati nuclidi isotopici, o semplicemente isotopi.

Gli isotopi di un elemento sono nuclidi che hanno una carica nucleare uguale (numero di protoni).

Gli isotopi di un elemento differiscono solo per il numero di neutroni e, quindi, per il numero totale di nucleoni.

Ad esempio: i nuclei di due isotopi naturali del cloro contengono 17 protoni, ma 18 e 20 neutroni, cioè rispettivamente 35 e 37 nucleoni.

Dato che è il numero di protoni nel nucleo che determina il numero di elettroni nel guscio di un atomo e le proprietà chimiche dell'elemento, ne consegue che gli atomi di tutti gli isotopi dello stesso elemento hanno la stessa elettronica struttura, e gli isotopi stessi hanno proprietà chimiche simili, motivo per cui non possono essere separati con metodi chimici.

Ci sono elementi in natura che hanno un solo isotopo. Tali elementi sono detti isotopicamente puri. Nella moderna tavola periodica ci sono 21 elementi isotopicamente puri (sono elencati di seguito in ordine crescente): Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr , Tb, Ho, Tm, Au, Bi, Th.

I restanti elementi naturali sono una miscela di due o più isotopi, i cui atomi differiscono nel numero di nucleoni. Tali elementi sono detti misti isotropicamente; sono la maggioranza nella tavola periodica. I valori delle masse atomiche relative di tali elementi corrispondono alla miscela naturale di isotopi e sono mediati sul contenuto di isotopi, pertanto i valori di Ag per molti elementi si discostano notevolmente dai valori interi. Anche il carbonio, che viene preso come punto di riferimento per le masse atomiche relative degli altri elementi, è un elemento misto di isotopi (due isotopi con A, = 12 e A, = 13), e la misura per determinare la massa atomica relativa è uno degli isotopi naturali del carbonio, vale a dire il carbonio –12. L'elemento stagno ha il maggior numero di isotopi (dieci).

Per i nuclidi, i valori esatti delle masse atomiche relative sono sempre vicini ai valori interi, quindi le masse dei nuclidi possono essere confrontate con questi valori di A r, chiamati numeri di massa.

Il numero di massa di un nuclide è uguale al numero di nucleoni che contiene (la somma di protoni e neutroni).

Per designare un nuclide specifico vengono utilizzati simboli speciali A sinistra del simbolo di un elemento chimico, il numero di massa è indicato dall'apice e la carica del nucleo è indicata dall'indice inferiore. Ad esempio: 6 12 C, 17 35 Cl, ecc.

Introduzione……………..................................................................................3

1. Simbolo di un elemento, la sua posizione nella tavola periodica degli elementi D.I. Mendeleev. Massa atomica……………………………….4

2. La struttura del nucleo dell'atomo di cloro. Possibili isotopi. Esempi……………….5

3. Formula elettronica dell'atomo: distribuzione degli elettroni nei livelli, sottolivelli, cellule di Hund. Stato eccitato dell'atomo di cloro…………………….6

4. Valenza dell'atomo di alluminio negli stati stazionario ed eccitato. Possibili stati di ossidazione dell'atomo di cloro. Proprietà redox. Esempi di schemi di movimento degli elettroni……………………………….8

5. Equivalenti del cloro e dei suoi composti. Esempi di calcoli……………..11

6. Proprietà chimiche del cloro e dei suoi composti. Esempi di reazioni…………………12

7. Tipologie di concentrazioni……………………………….15

8. Dissociazione elettrolitica. Schema del processo di dissociazione dell'idrossido. Costante di dissociazione…………………………17

9. Calcolo del pH, pOH di una soluzione 0,01 m di idrossido o sale di un elemento……………21

10. Idrolisi…………………………..23

11. Analisi qualitativa del cloro……………..……………24

12. Metodi per la determinazione quantitativa dell'atomo di cloro o dei suoi composti……………27

12.1. Metodo gravimetrico per l'analisi dell'atomo di cloro………………………………...27

13. Conclusione…………………..………………..29

Riferimenti………………………………32

introduzione

Il composto con idrogeno - acido cloridrico gassoso - fu ottenuto per la prima volta da Joseph Priestley nel 1772. Il cloro fu ottenuto nel 1774 dal chimico svedese Karl Wilhelm Scheele, che ne descrisse l'isolamento quando reagiva con pirolusite e acido cloridrico nel suo trattato sulla pirolusite:

Scheele notò l'odore del cloro, simile all'odore dell'acqua regia, la sua capacità di interagire con l'oro e la cannella, nonché le sue proprietà sbiancanti. Tuttavia Scheele, in accordo con la teoria del flogisto dominante in chimica a quel tempo, suggerì che il cloro fosse acido murico (cloridrico) deflogisticato e Bertholley, nell'ambito della teoria dell'ossigeno degli acidi, dimostrò che la nuova sostanza dovrebbe essere un ossido di un ipotetico elemento Muria. Tuttavia i tentativi di isolarlo rimasero infruttuosi fino all'opera di Davy, che per elettrolisi riuscì a decomporre il sale da cucina in cloro di sodio, dimostrando la natura elementare di quest'ultimo.

1. Simbolo di un elemento, la sua posizione nella tavola periodica degli elementi D.I. Mendeleev. Massa atomica

X lor (dal greco χλωρός - "verde") è un elemento del 17 ° gruppo della tavola periodica degli elementi chimici (secondo la classificazione obsoleta - un elemento del sottogruppo principale del gruppo VII), il terzo periodo, con numero atomico 17. Indicato con il simbolo Cl (lat. Chlorum). Non metallo chimicamente attivo. Fa parte del gruppo degli alogeni (originariamente il nome "alogeno" fu usato dal chimico tedesco Schweiger per il cloro - letteralmente "alogeno" è tradotto come ossido di sale - ma non prese piede e successivamente divenne comune fino al XVII (VIIA ) gruppo di elementi, che comprende il cloro).

La sostanza semplice cloro (numero CAS: 7782-50-5) in condizioni normali è un gas velenoso di colore verde-giallastro, più pesante dell'aria, con un odore pungente. La molecola del cloro è biatomica (formula Cl2).

Massa atomica

(massa molare)

[comunicazione 1] a. em (g/mol)

2. La struttura del nucleo dell'atomo di cloro. Possibili isotopi. Esempi

In natura si trovano 2 isotopi stabili del cloro: con numero di massa 35 e 37. Le proporzioni del loro contenuto sono rispettivamente 75,78% e 24,22%.

3. Formula elettronica dell'atomo: distribuzione degli elettroni nei livelli, sottolivelli, cellule di Hund. Stato eccitato dell'atomo di cloro

Il cloro nella tavola periodica degli elementi chimici si trova nel periodo 3, gruppo VII, il sottogruppo principale (sottogruppo alogeno).

Carica del nucleo di un atomo Z = + = + 17

Numero di protoni N(p+) = 17

Numero di elettroni N(e-) = 17

In uno stato eccitato:

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

3 elettroni spaiati (2 elettroni nel sottolivello 3p e 1 elettrone nel sottolivello 3d), quindi la valenza è 3

Esempio composto: HClO2, Cl2O3

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

5 elettroni spaiati (3 elettroni sul sottolivello 3p e 2 elettroni sul sottolivello 3d), quindi la valenza è 5

Esempio composto: HClO3, Cl2O5

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

7 elettroni spaiati (1 elettrone nel sottolivello 3s, 3 elettroni nel sottolivello 3p e 3 elettroni nel sottolivello 3d), quindi la valenza è 5

4. Valenza dell'atomo di alluminio negli stati stazionario ed eccitato. Possibili stati di ossidazione dell'atomo di cloro. Proprietà redox. Esempi di schemi di movimento degli elettroni

Elettroni di valenza: 3s2 3p5

In uno stato non eccitato, un atomo di cloro al livello energetico 3 ha un elettrone spaiato, pertanto, un atomo di cloro non eccitato può mostrare valenza 1. La valenza 1 appare nei seguenti composti:

Cloro gassoso Cl2 (o Cl-Cl)

Cloruro di sodio NaCl (o Na+ Cl-)

Cloruro di idrogeno HCl (o H-Cl)

Acido ipocloroso HOCl (o HO-Cl)

Proprietà redox.

HCl - stato di ossidazione del cloro -1

HClO3 - stato di ossidazione del cloro +5

HClO4 - stato di ossidazione del cloro +7

Uno stato di ossidazione intermedio indica che questo elemento può presentare proprietà sia riducenti che ossidanti, questo è HClO3

Le proprietà ossidanti sono esibite da elementi che hanno uno stato di ossidazione massimo (è uguale al numero del gruppo in cui si trova l'elemento). Ciò significa che HClO4 è un agente ossidante.

L'elemento con il grado di ossidazione più basso ha proprietà riducenti, cioè L'HCl è un agente riducente.

Il cloro è un forte agente ossidante. Vari composti del cloro possono essere utilizzati come agenti ossidanti. Questo è cloro C12), acido ipocloroso HCIO, sali dell'acido ipocloroso - ipoclorito di sodio NaCIO o ipoclorito di calcio Ca(CIO)2 e ossido di cloro CIO2.

La clorazione viene utilizzata per rimuovere fenoli, cresoli, cianuri e idrogeno solforato dalle acque reflue. Per combattere l'incrostazione biologica delle strutture, viene utilizzato come biocida. Il cloro viene utilizzato anche per disinfettare l'acqua.

Il cloro viene fornito alla produzione in forma liquida con un contenuto pari ad almeno il 99,5%. Il cloro è un gas altamente tossico e ha la capacità di accumularsi e concentrarsi in piccole cavità. È abbastanza difficile lavorare con lui. Quando entra in acqua, il cloro si idrolizza per formare acido cloridrico. Con alcune sostanze organiche presenti in soluzione, il C12 può entrare in reazioni di clorurazione. Di conseguenza, si formano prodotti organoclorurati secondari, che sono altamente tossici. Pertanto, si sforzano di limitare l'uso del cloro.

L'acido ipocloroso HCJ ha la stessa capacità ossidante del cloro. Tuttavia, le sue proprietà ossidanti compaiono solo in un ambiente acido. Inoltre, l'acido ipocloroso è un prodotto instabile: si decompone nel tempo e alla luce.

I sali dell'acido ipocloroso sono ampiamente utilizzati. L'ipoclorito di calcio Ca(Cl)2 è disponibile in tre gradi con concentrazioni di cloro attivo dal 32 al 35%. In pratica viene utilizzato anche il sale bibasico Ca(Cl)2- 2Ca(OH)g 2H20.

Il sale di ipoclorito di sodio più stabile è NaOCl * 5H20, che si ottiene dalla reazione chimica del cloro gassoso con una soluzione alcalina o dall'elettrolisi del sale da cucina in un bagno senza diaframma.

L'ossido di cloroCO2 è un gas giallo-verdastro, altamente solubile in acqua, un forte agente ossidante. Si ottiene facendo reagire il clorito NaC102 con cloro, acido cloridrico o ozono. Quando l'ossido di cloro interagisce con l'acqua, non si verificano reazioni di clorazione, che eliminano la formazione di sostanze organoclorurate. Recentemente sono state condotte ricerche approfondite per determinare le condizioni per la sostituzione del cloro con ossido di cloro come agente ossidante. Numerose fabbriche russe hanno introdotto tecnologie avanzate che utilizzano la CO2.