Izotopai. Nuklidai. masės skaičius Klausimai savikontrolei

To paties elemento atomų atmainos, turinčios tą patį branduolio krūvį, bet skirtingą masę, vadinamos izotopais (iš žodžių „isos“ – ta pati, „topos“ – vieta).

Informacija apie izotopus leidžia tiksliai apibrėžti „cheminio elemento“ sąvoką. Cheminis elementas yra atomo tipas, turintis tą patį branduolinį krūvį. Izotopas yra atomo tipas, turintis tą patį branduolio krūvį ir tą pačią masę.

Sužinojome, kad atomai dalijasi ir nėra amžini. Lieka svarstyti klausimą: ar tikrai to paties elemento atomai visais atžvilgiais yra identiški vienas kitam, ypač ar jų masė tikrai tokia pati?

Kadangi bendra elektronų, sudarančių atomą, masė yra nereikšminga, palyginti su jo branduolio mase, elementų atominiai svoriai turi būti protono arba neutrono masės kartotiniai, tai yra vienybės kartotiniai. Kitaip tariant, visų elementų atominiai svoriai turi būti išreikšti sveikaisiais skaičiais (tiksliau, artimi sveikiesiems skaičiams). Kai kuriais aspektais ši išvada yra pagrįsta. Tačiau yra daug elementų, kurių atominis svoris išreiškiamas trupmeniniais skaičiais. Pavyzdžiui, chloro atominė masė yra 35,45. Tiesą sakant, gamtoje nėra nė vieno chloro atomo, kuris turėtų tokią masę. Elementas chloras yra dviejų tipų atomų mišinys: vienų chloro atomų atominė masė yra 35, o kitų 37. Cheminiais metodais nustatyta chloro atominė masė 35,45 yra tik vidutinė jo atomų masė. Chlore yra daugiau lengvesnių atomų nei sunkesnių; Todėl vidutinė chloro atomų masė, 35,45, yra artimesnė lengvosios atmainos – chloro atomų – ​​atominiam svoriui.

Kaip ir chloras, dauguma cheminių elementų yra atomų mišiniai, kurie skiriasi atominiu svoriu, bet turi tą patį branduolinį krūvį.

Cheminis chloro ženklas Cl reiškia natūralų abiejų chloro izotopų mišinį. Kai turime kalbėti apie kiekvieną izotopą atskirai, chloro ženklui priskiriama atitinkamo izotopo atomo masės skaitinė reikšmė 35 Cl, 37 Cl.

Kaip ir chloras, dauguma cheminių elementų yra izotopų mišiniai. Kiekvieno elemento izotopų branduoliuose yra tiek pat protonų, bet skirtingą neutronų skaičių. Taigi izotopų 35 Cl ir 37 Cl branduoliuose yra po 17 protonų (chloro eilės numeris yra 17) ir skirtingas neutronų skaičius: 35 Cl branduoliuose yra 18 neutronų, o 37 Cl branduoliuose - 20 neutronų.

Elemento atominė masė mažesnė, tuo daugiau šviesos izotopų elemente yra. Jei elemento, kurio atominis skaičius yra mažesnis, sudėtį daugiausia sudaro sunkiųjų izotopų atomai, o po jo einančio elemento sudėtyje yra lengvesnių izotopų atomų, tada paaiškėja, kad vidutinė elemento atomo masė su didesnis atominis skaičius bus ne didesnis, o mažesnis už vidutinį atomo elemento svorį su mažesniu serijos numeriu. Tai, pavyzdžiui, pastebėta argono Ar ir kalio K.

Ypatingas to paties elemento izotopų cheminių savybių panašumas, nepaisant skirtingos jų atomų masės, patvirtina anksčiau padarytą išvadą: cheminių elementų savybės priklauso ne tiek nuo atominės masės, kiek nuo atomo branduolio krūvio.

Ir todėl skirtinga atominė masė.

Izotopai žymimi tais pačiais simboliais kaip ir cheminis elementas, simbolio viršuje kairėje pridedant masės skaičių, pavyzdžiui, chloro izotopai žymi: 35 Cl Ir 37 Cl, arba masės numeris po elemento pavadinimo ar simbolio, pvz.: uranas-233 arba Pu-239.

Tam tikro cheminio elemento izotopai turi tą patį atomo branduolio krūvį, tai yra tą patį atominį skaičių, ir užima tą pačią vietą periodinėje lentelėje, turi tiek pat protonų skaičių atomo branduolyje, bet skiriasi vienas nuo kito neutronų skaičius. Taigi, chloro izotopo 35 Cl atominiame branduolyje yra 17 protonų, nes chloro eilės numeris yra 17 ir 18 neutronų (35-17 = 18), o chloro izotopo 37 Cl branduolyje yra 17 protonų ir 20 neutronų. (37-17 = 20) .

Kai kurie cheminiai elementai turi nedaug stabilių izotopų. Taigi, žinomi trys stabilūs deguonies izotopai: 16 O (branduolys susideda iš 8 protonų ir 8 neutronų), 17 O (branduolys susideda iš 8 protonų ir 9 neutronų) ir 18 B (branduolys susideda iš 8 protonų ir 10 neutronų). ). Taip pat žinomi trys vandenilio izotopai: 1 H (branduolis susideda tik iš vieno protono), 2 H (branduolys susideda iš vieno protono ir vieno neutrono), 3 H (branduolys susideda iš vieno protono ir dviejų neutronų). Kai kurie cheminiai elementai susideda iš gana daug izotopų. Pavyzdžiui, ksenonas turi 9 izotopus, alavas – 10 ir t.t.

Didžioji dauguma izotopų neturi specialių pavadinimų, tačiau kai kurių elementų, ypač vandenilio izotopų, izotopai turi specialius pavadinimus ir net specialius simbolius. Taigi vandenilio 1 H izotopas vadinamas protiumu, izotopas 2 H yra deuteris ir žymimas simboliu D o izotopas 3H yra tritis (simbolis T). Kai kurie izotopai yra gana paplitę gamtoje, pavyzdžiui, deguonies izotopas 16 O ir vandenilio izotopas 1 H, o kiti izotopai randami labai nedideliais kiekiais, pavyzdžiui, deguonies izotopai 17 O ir 18 O ir vandenilio izotopai 2 H ir 3 H. .

Pagal chemines savybes visi atskiro elemento izotopai yra labai panašūs, todėl tarp jų vykstančiose cheminėse reakcijose esminio skirtumo nėra. Išimtis yra vandenilio izotopai, kurie savo savybėmis labai skiriasi vienas nuo kito.

Nestabilių izotopų pusinės eliminacijos laikas gali būti labai skirtingas, nuo 1? 10–24 vertėms, viršijančioms Visatos amžių. Pastaruoju atveju tiksliais matavimais galima nustatyti silpną radioaktyvumą, tačiau izotopą galima laikyti praktiškai stabiliu.

APIBRĖŽIMAS

Chloras- septynioliktasis periodinės lentelės elementas. Pavadinimas – Cl iš lotyniško žodžio „chlorum“. Įsikūręs trečiajame periode, VIIA grupėje. Nurodo nemetalus. Branduolinis užtaisas yra 17.

Svarbiausias natūralus chloro junginys yra natrio chloridas (valgomosios druskos) NaCl. Pagrindinė natrio chlorido masė randama jūrų ir vandenynų vandenyje. Daugelio ežerų vandenyse taip pat yra nemažai NaCl. Jis taip pat randamas kieto pavidalo, žemės plutoje vietomis formuojant storus vadinamosios akmens druskos sluoksnius. Gamtoje taip pat paplitę kiti chloro junginiai, pavyzdžiui, kalio chloridas mineralų karnalito KCl × MgCl 2 × 6H 2 O ir silvitas KCl pavidalu.

Įprastomis sąlygomis chloras yra geltonai žalios dujos (1 pav.), kurios gerai tirpsta vandenyje. Atvėsus, iš vandeninių tirpalų išsiskiria kristaliniai hidratai, kurie yra apytikslės sudėties Cl 2 × 6H 2 O ir Cl 2 × 8H 2 O klaratai.

Ryžiai. 1. Chloras skystas. Išvaizda.

Chloro atominė ir molekulinė masė

Santykinė elemento atominė masė yra tam tikro elemento atomo masės ir 1/12 anglies atomo masės santykis. Santykinė atominė masė yra be matmenų ir žymima A r (indeksas „r“ yra anglų kalbos žodžio reliatyvioji raidė, reiškianti „santykinė“). Santykinė atominio chloro masė yra 35,457 amu.

Molekulių masės, kaip ir atomų masės, išreiškiamos atominės masės vienetais. Medžiagos molekulinė masė yra molekulės masė, išreikšta atominės masės vienetais. Santykinė medžiagos molekulinė masė yra tam tikros medžiagos molekulės masės ir 1/12 anglies atomo masės santykis, kurio masė yra 12 amu. Yra žinoma, kad chloro molekulė yra dviatomė - Cl 2. Santykinė chloro molekulės masė bus lygi:

M r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.

Chloro izotopai

Yra žinoma, kad gamtoje chloro galima rasti dviejų stabilių izotopų 35 Cl (75,78%) ir 37 Cl (24,22%) pavidalu. Jų masės skaičiai yra atitinkamai 35 ir 37. Chloro izotopo 35 Cl atomo branduolyje yra septyniolika protonų ir aštuoniolika neutronų, o izotopas 37 Cl – tiek pat protonų ir dvidešimt neutronų.

Yra dirbtinių chloro izotopų, kurių masės skaičius yra nuo 35 iki 43, tarp kurių stabiliausias yra 36 Cl, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 301 tūkst.

Chloro jonai

Išorinis chloro atomo energijos lygis turi septynis elektronus, kurie yra valentiniai elektronai:

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

Dėl cheminės sąveikos chloras gali prarasti valentinius elektronus, t.y. būti jų donoru, ir virsti teigiamai įkrautais jonais arba priimti elektronus iš kito atomo, t.y. būti jų akceptoriumi ir virsti neigiamo krūvio jonais:

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- .

Chloro molekulė ir atomas

Chloro molekulė susideda iš dviejų atomų – ​​Cl2. Štai keletas savybių, apibūdinančių chloro atomą ir molekulę:

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

Daugumą gamtoje randamų elementų sudaro kelių tipų atomai, kurių santykinė atominė masė skiriasi.

Pavyzdys. Chloras gamtoje randamas kaip dviejų tipų atomų mišinys, kurių viename branduolyje yra 18, o kitame 20 neutronų.

Kiekvienas atomo tipas, nepaisant priklausymo konkrečiam elementui, yra vienareikšmiškai apibūdinamas nukleonų skaičiumi (protonų ir neutronų suma). Todėl atomų tipų skaičius viršija elementų skaičių.

Kiekvienas atomo tipas (branduolių tipas) vadinamas nuklidu.

Nuklidas yra atomų ir branduolių tipas, atitinkantis tam tikrą protonų ir neutronų skaičių.

Tam pačiam elementui priklausantys ir vienareikšmiškai identifikuojami nuklidai
protonų skaičius, tačiau skiriasi neutronų skaičiumi, vadinami izotopiniais nuklidais arba tiesiog izotopais.

Elemento izotopai yra nuklidai, turintys vienodą branduolio krūvį (protonų skaičių).

Elemento izotopai skiriasi tik neutronų skaičiumi, taigi ir bendru nukleonų skaičiumi.

Pavyzdžiui: dviejų natūralių chloro izotopų branduoliuose yra 17 protonų, bet 18 ir 20 neutronų, ty atitinkamai 35 ir 37 nukleonai.

Dėl to, kad būtent protonų skaičius branduolyje lemia elektronų skaičių atomo apvalkale ir elemento chemines savybes, iš to išplaukia, kad visų to paties elemento izotopų atomai turi tą patį elektroną. struktūra, o patys izotopai turi panašias chemines savybes, todėl jų negalima atskirti cheminiais metodais.

Gamtoje yra elementų, kurie turi tik vieną izotopą. Tokie elementai vadinami izotopiškai grynais. Šiuolaikinėje periodinėje lentelėje yra 21 izotopiškai grynas elementas (jie išvardyti toliau didėjimo tvarka): Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr , Tb, Ho, Tm, Au, Bi, Th.

Likę natūralūs elementai yra dviejų ar daugiau izotopų mišinys, kurių atomai skiriasi nukleonų skaičiumi. Tokie elementai periodinėje lentelėje vadinami izotropiškai sumaišyti; Tokių elementų santykinių atominių masių vertės atitinka natūralų izotopų mišinį ir yra apskaičiuojamos pagal izotopų kiekį, todėl daugelio elementų Ag reikšmės labai skiriasi nuo sveikųjų skaičių. Netgi anglis, kuri laikoma kitų elementų santykinių atominių masių atskaitos tašku, yra su izotopais sumaišytas elementas (du izotopai, kurių A = 12 ir A = 13), o santykinės atominės masės nustatymo matas yra vienas iš natūralių anglies izotopų, būtent anglis –12. Elementas alavas turi daugiausia izotopų (dešimt).

Nuklidams tikslios santykinių atominių masių reikšmės visada yra artimos sveikosioms reikšmėms, todėl nuklidų mases galima palyginti šiomis A r reikšmėmis, vadinamomis masės skaičiais.

Nuklido masės skaičius yra lygus jame esančių nukleonų skaičiui (protonų ir neutronų sumai).

Konkrečiam nuklidui žymėti naudojami specialūs simboliai Kairėje nuo cheminio elemento simbolio masės skaičius nurodomas viršutiniu indeksu, o branduolio krūvis nurodomas apatiniu indeksu. Pavyzdžiui: 6 12 C, 17 35 Cl ir kt.

Įvadas………………………………………………………………………………………………………………3

1. Elemento simbolis, jo vieta periodinėje elementų lentelėje D.I. Mendelejevas. Atominė masė…………………………………………………………………………………….4

2. Chloro atomo branduolio sandara. Galimi izotopai. Pavyzdžiai…………………………….5

3. Elektroninė atomo formulė: elektronų pasiskirstymas lygiuose, polygiuose, Hundo ląstelėse. Chloro atomo sužadinta būsena……………………………………………………………….6

4. Aliuminio atomo valentingumas nejudančiose ir sužadintose būsenose. Galimos chloro atomo oksidacijos būsenos. Redokso savybės. Elektronų judėjimo schemų pavyzdžiai…………………………………………………………………………………….8

5. Chloro ir jo junginių ekvivalentai. Skaičiavimo pavyzdžiai………………………………..11

6. Chloro ir jo junginių cheminės savybės. Reakcijų pavyzdžiai……………………12

7. Koncentracijų rūšys………………………………………………………………………………….15

8. Elektrolitinė disociacija. Hidroksido disociacijos proceso schema. Disociacijos konstanta…………………………………………………………………………………………17

9. pH, pOH 0,01 m hidroksido arba elemento druskos tirpalo apskaičiavimas………………………21

10. Hidrolizė………………………………………………………………………………..23

11. Kokybinė chloro analizė…………………………………………………………………24

12. Chloro atomo ar jo junginių kiekybinio nustatymo metodai……………27

12.1. Gravimetrinis chloro atomo analizės metodas…………………………………………………………27

13. Išvada………………………………………………………………………………….29

Literatūros sąrašas…………………………………………………………………………………………………………………………………

Įvadas

Junginį su vandeniliu – dujinį vandenilio chloridą – pirmą kartą gavo Josephas Priestley 1772 m. Chlorą 1774 m. gavo švedų chemikas Karlas Wilhelmas Scheele, kuris savo traktate apie piroliusitą aprašė jo išskyrimą reaguojant su piroliusitu ir druskos rūgštimi:

Scheele atkreipė dėmesį į chloro kvapą, panašų į vandens regijos kvapą, jo gebėjimą sąveikauti su auksu ir cinaberu, taip pat jo balinimo savybes. Tačiau Scheele, remdamasis tuo metu chemijoje dominuojančia flogistono teorija, pasiūlė, kad chloras yra deflogistizuota druskos (druskos) rūgštis, o Bertholley ir Lavoisieve rūgščių deguonies teorijos rėmuose pagrindė, kad nauja medžiaga turėtų būti sukurta. būti hipotetinio elemento oksidu Murija. Tačiau bandymai jį izoliuoti buvo nesėkmingi iki Deivio darbo, kuriam elektrolizės būdu pavyko suskaidyti valgomąją druską į natrio chlorą, įrodantį pastarojo elementarumą.

1. Elemento simbolis, jo vieta periodinėje elementų lentelėje D.I. Mendelejevas. Atominė masė

X lor (iš graikų kalbos χλωρός - „žalia“) yra cheminių elementų periodinės lentelės 17-osios grupės elementas (pagal pasenusią klasifikaciją - VII grupės pagrindinio pogrupio elementas), trečiojo periodo, turintis atominį numerį. 17. Žymima simboliu Cl (lot. Chlorum). Chemiškai aktyvus nemetalas. Jis priklauso halogenų grupei (iš pradžių pavadinimą „halogenas“ vokiečių chemikas Schweigeris vartojo chlorui – pažodžiui „halogenas“ verčiamas kaip druskos oksidas – tačiau jis neprigijo ir vėliau tapo įprastas XVII a. ) elementų grupė, kuriai priklauso chloras).

Paprastoji medžiaga chloras (CAS numeris: 7782-50-5) normaliomis sąlygomis yra nuodingos gelsvai žalios spalvos, sunkesnės už orą dujos, turinčios aštrų kvapą. Chloro molekulė yra dviatomė (formulė Cl2).

Atominė masė

(molinė masė)

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

2. Chloro atomo branduolio sandara. Galimi izotopai. Pavyzdžiai

Gamtoje randami 2 stabilūs chloro izotopai: kurių masės skaičius yra 35 ir 37. Jų kiekio proporcijos yra atitinkamai 75,78% ir 24,22%.

3. Elektroninė atomo formulė: elektronų pasiskirstymas lygiuose, polygiuose, Hundo ląstelėse. Chloro atomo sužadinta būsena

Chloras periodinėje cheminių elementų lentelėje yra 3 periodo VII grupėje, pagrindiniame pogrupyje (halogenų pogrupis).

Atomo branduolio krūvis Z = + = + 17

Protonų skaičius N(p+) = 17

Elektronų skaičius N(e-) = 17

Susijaudinusios būsenos:

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

3 nesuporuoti elektronai (2 elektronai 3p polygyje ir 1 elektronas 3d sublygyje), todėl valentingumas yra 3

Junginio pavyzdys: HClO2, Cl2O3

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

5 nesuporuoti elektronai (3 elektronai 3p polygyje ir 2 elektronai 3d polygyje), todėl valentingumas yra 5

Junginio pavyzdys: HClO3, Cl2O5

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

7 nesuporuoti elektronai (1 elektronas 3s polygyje, 3 elektronai 3p polygyje ir 3 elektronai 3d polygyje), vadinasi, valentingumas yra 5

4. Aliuminio atomo valentingumas nejudančiose ir sužadintose būsenose. Galimos chloro atomo oksidacijos būsenos. Redokso savybės. Elektronų judėjimo schemų pavyzdžiai

Valentinių elektronų: 3s2 3p5

Nesužadintoje būsenoje 3 energijos lygio chloro atomas turi vieną nesuporuotą elektroną, todėl nesužadintas chloro atomas gali turėti 1 valentingumą. 1 valentingumas atsiranda šiuose junginiuose:

Chloro dujos Cl2 (arba Cl-Cl)

Natrio chloridas NaCl (arba Na+ Cl-)

Vandenilio chlorido HCl (arba H-Cl)

Hipochloro rūgštis HOCl (arba H-O-Cl)

Redokso savybės.

HCl - chloro oksidacijos būsena -1

HClO3 - chloro oksidacijos laipsnis +5

HClO4 - chloro oksidacijos laipsnis +7

Tarpinė oksidacijos būsena rodo, kad šis elementas gali turėti ir redukuojančių, ir oksiduojančių savybių, tai yra HClO3

Oksidacines savybes turi elementai, kurių oksidacijos būsena yra maksimali (ji lygi grupės, kurioje yra elementas, skaičiui). Tai reiškia, kad HClO4 yra oksidatorius.

Elementas su mažiausiu oksidacijos laipsniu turi redukuojančių savybių, t.y. HCl yra reduktorius.

Chloras yra stiprus oksidatorius. Įvairūs chloro junginiai gali būti naudojami kaip oksidatoriai. Tai yra chloras C12), hipochloro rūgštis HCIO, hipochlorinės rūgšties druskos - natrio hipochloritas NaCIO arba kalcio hipochloritas Ca(CIO)2 ir chloro oksidas CIO2.

Chloravimas naudojamas fenolių, krezolių, cianidų ir vandenilio sulfido pašalinimui iš nuotekų. Siekiant kovoti su biologiniu konstrukcijų užteršimu, jis naudojamas kaip biocidas. Chloras taip pat naudojamas vandeniui dezinfekuoti.

Chloras tiekiamas gamybai skystu pavidalu, kurio kiekis ne mažesnis kaip 99,5%. Chloras yra labai toksiškos dujos, kurios gali kauptis ir susikaupti mažose ertmėse. Su juo gana sunku dirbti. Patekęs į vandenį chloras hidrolizuojasi ir susidaro druskos rūgštis. Su kai kuriomis organinėmis medžiagomis, kurios yra tirpale, C12 gali dalyvauti chlorinimo reakcijose. Dėl to susidaro antriniai organiniai chloro produktai, kurie yra labai toksiški. Todėl jie stengiasi apriboti chloro naudojimą.

Hipochloro rūgštis HCJ turi tokį patį oksidacinį gebėjimą kaip chloras. Tačiau jo oksidacinės savybės pasireiškia tik rūgščioje aplinkoje. Be to, hipochloro rūgštis yra nestabilus produktas – laikui bėgant ir šviesoje suyra.

Plačiai naudojamos hipochlorinės rūgšties druskos. Kalcio hipochloritas Ca(Cl)2 yra trijų klasių, kurių aktyvaus chloro koncentracija yra nuo 32 iki 35%. Praktikoje taip pat naudojama dvibazinė druska Ca(Cl)2-2Ca(OH)g 2H20.

Stabiliausia natrio hipochlorito druska yra NaOCl * 5H20, kuri gaunama cheminei chloro dujų reakcijai su šarmo tirpalu arba valgomosios druskos elektrolizės būdu vonioje be diafragmos.

Chloro oksidasCO2 yra žalsvai gelsvos dujos, gerai tirpios vandenyje, stiprus oksidatorius. Jis gaunamas reaguojant chloritui NaC102 su chloru, druskos rūgštimi arba ozonu. Kai chloro oksidas sąveikauja su vandeniu, chlorinimo reakcijos nevyksta, o tai pašalina organinių chloro medžiagų susidarymą. Pastaruoju metu buvo atlikti platūs tyrimai, siekiant nustatyti sąlygas chlorui pakeisti chloro oksidu kaip oksiduojančiu agentu. Nemažai Rusijos gamyklų įdiegė pažangias technologijas naudojant CO2.