Izotopy. Nuklidy. liczba masowa Pytania do samokontroli

Odmiany atomów tego samego pierwiastka, mające ten sam ładunek jądrowy, ale różne masy, nazywane są izotopami (od słów „isos” - to samo, „topos” - miejsce).

Informacje o izotopach pozwalają na precyzyjne zdefiniowanie pojęcia „pierwiastka chemicznego”. Pierwiastek chemiczny to rodzaj atomu o tym samym ładunku jądrowym. Izotop to rodzaj atomu o tym samym ładunku jądrowym i tej samej masie.

Dowiedzieliśmy się, że atomy są podzielne i nie są wieczne. Pozostaje do rozważenia pytanie: czy atomy tego samego pierwiastka są rzeczywiście identyczne pod każdym względem, a w szczególności czy rzeczywiście mają tę samą masę?

Ponieważ całkowita masa elektronów tworzących atom jest niewielka w porównaniu z masą jego jądra, masy atomowe pierwiastków muszą być wielokrotnościami masy protonu lub neutronu, to znaczy wielokrotnościami jedności. Innymi słowy, masy atomowe wszystkich pierwiastków muszą być wyrażone w liczbach całkowitych (a dokładniej w liczbach całkowitych). W niektórych elementach wniosek ten jest uzasadniony. Istnieje jednak wiele pierwiastków, których masy atomowe wyrażane są w liczbach ułamkowych. Na przykład masa atomowa chloru wynosi 35,45. Tak naprawdę w przyrodzie nie ma ani jednego atomu chloru o takiej masie. Pierwiastek chlor jest mieszaniną dwóch rodzajów atomów: niektóre atomy chloru mają masę atomową 35, a inne 37. Masa atomowa chloru, 35,45, stwierdzona metodami chemicznymi, jest jedynie średnią masą jego atomów. W chlorze jest więcej lżejszych atomów niż cięższych; Dlatego średnia masa atomów chloru, wynosząca 35,45, jest bliższa masie atomowej lekkiej odmiany - atomów chloru.

Podobnie jak chlor, większość pierwiastków chemicznych to mieszaniny atomów różniących się masą atomową, ale mających ten sam ładunek jądrowy.

Znak chemiczny chloru, Cl, odnosi się do naturalnej mieszaniny obu izotopów chloru. Kiedy musimy mówić o każdym izotopie z osobna, wartość liczbowa masy danego atomu izotopu jest przypisana do znaku chloru, 35 Cl, 37 Cl.

Podobnie jak chlor, większość pierwiastków chemicznych to mieszaniny izotopów. Jądra izotopowe każdego pierwiastka zawierają tę samą liczbę protonów, ale inną liczbę neutronów. Zatem jądra izotopów 35 Cl i 37 Cl zawierają po 17 protonów (numer seryjny chloru wynosi 17) i różną liczbę neutronów: jądra 35 Cl zawierają 18 neutronów, a jądra 37 Cl - 20 neutronów.

Masa atomowa pierwiastka jest tym mniejsza, im więcej zawiera on izotopów światła. Jeżeli w składzie pierwiastka o mniejszej liczbie atomowej przeważają atomy jego ciężkich izotopów, a w składzie następnego pierwiastka znajdują się atomy jego lżejszych izotopów, to okazuje się, że średnia masa atomu pierwiastka o wyższa liczba atomowa nie będzie większa, ale mniejsza niż średnia masa pierwiastka atomowego o niższym numerze seryjnym. Obserwuje się to na przykład w przypadku argonu Ar i potasu K.

Skrajne podobieństwo właściwości chemicznych izotopów tego samego pierwiastka, pomimo różnych mas ich atomów, potwierdza wcześniej wysunięty wniosek: właściwości pierwiastków chemicznych zależą nie tyle od masy atomowej, ile od ładunku jądra atomowego.

A zatem inna masa atomowa.

Izotopy są oznaczane tymi samymi symbolami, co pierwiastek chemiczny, dodając liczbę masową w lewym górnym rogu symbolu, na przykład izotopy chloru oznaczają: 35 kl I 37 Cl, lub liczba masowa następuje po nazwie lub symbolu pierwiastka, na przykład: uran-233 lub Pu-239.

Izotopy danego pierwiastka chemicznego mają ten sam ładunek w jądrze atomowym, czyli tę samą liczbę atomową, zajmują to samo miejsce w układzie okresowym, mają tę samą liczbę protonów w jądrze atomowym, ale różnią się między sobą liczba neutronów. Zatem jądro atomowe izotopu chloru 35 Cl zawiera 17 protonów, ponieważ numer seryjny chloru wynosi 17 i 18 neutronów (35-17 = 18), a jądro izotopu chloru 37 Cl zawiera 17 protonów i 20 neutronów (37-17 = 20) .

Niektóre pierwiastki chemiczne mają niewielką liczbę stabilnych izotopów. Zatem znane są trzy stabilne izotopy tlenu: 16 O (jądro składa się z 8 protonów i 8 neutronów), 17 O (jądro składa się z 8 protonów i 9 neutronów) i 18 B (jądro składa się z 8 protonów i 10 neutronów ). Znane są również trzy izotopy wodoru: 1 H (jądro składa się tylko z jednego protonu), 2 H (jądro składa się z jednego protonu i jednego neutronu), 3 H (jądro składa się z jednego protonu i dwóch neutronów). Niektóre pierwiastki chemiczne składają się z dość dużej liczby izotopów. Na przykład ksenon ma 9 izotopów, cyna ma 10 itd.

Zdecydowana większość izotopów nie ma specjalnych nazw, ale izotopy niektórych pierwiastków, zwłaszcza izotopy wodoru, mają specjalne nazwy, a nawet specjalne symbole. Zatem izotop wodoru 1H nazywany jest protem, izotop 2H to deuter i jest oznaczony symbolem D a izotopem 3H jest tryt (symbol T). Niektóre izotopy są dość powszechne w przyrodzie, np. izotop tlenu 16 O i izotop wodoru 1 H, podczas gdy inne izotopy występują w bardzo małych ilościach, np. izotopy tlenu 17 O i 18 O oraz izotopy wodoru 2 H i 3 H .

Pod względem właściwości chemicznych wszystkie izotopy danego pierwiastka są bardzo podobne, zatem nie ma istotnej różnicy w reakcjach chemicznych między nimi. Wyjątkiem są izotopy wodoru, które znacznie różnią się od siebie właściwościami.

Okres półtrwania niestabilnych izotopów może być bardzo różny, od 1? 10 -24 do wartości przekraczających wiek Wszechświata. W tym drugim przypadku słabą radioaktywność można wykryć za pomocą precyzyjnych pomiarów, ale izotop można uznać za praktycznie stabilny.

DEFINICJA

Chlor- siedemnasty element układu okresowego. Oznaczenie - Cl od łacińskiego „chloru”. Znajduje się w trzecim okresie, grupie VIIA. Odnosi się do niemetali. Ładunek jądrowy wynosi 17.

Najważniejszym naturalnym związkiem chloru jest chlorek sodu (sól kuchenna) NaCl. Główna masa chlorku sodu znajduje się w wodach mórz i oceanów. Wody wielu jezior zawierają również znaczne ilości NaCl. Występuje także w postaci stałej, tworząc miejscami w skorupie ziemskiej grube warstwy tzw. soli kamiennej. Inne związki chloru są również powszechne w przyrodzie, na przykład chlorek potasu w postaci minerałów karnalit KCl × MgCl 2 × 6H 2 O i sylwin KCl.

W normalnych warunkach chlor jest żółto-zielonym gazem (ryc. 1), który jest dobrze rozpuszczalny w wodzie. Po ochłodzeniu z roztworów wodnych wydzielają się krystaliczne hydraty, którymi są klarany o przybliżonym składzie Cl 2 × 6H 2 O i Cl 2 × 8H 2 O.

Ryż. 1. Chlor w stanie ciekłym. Wygląd.

Masa atomowa i cząsteczkowa chloru

Względna masa atomowa pierwiastka to stosunek masy atomu danego pierwiastka do 1/12 masy atomu węgla. Względna masa atomowa jest bezwymiarowa i jest oznaczona przez Ar (indeks „r” to pierwsza litera angielskiego słowa względnego, co oznacza „względny”). Względna masa atomowa chloru atomowego wynosi 35,457 amu.

Masy cząsteczek, a także masy atomów wyrażane są w atomowych jednostkach masy. Masa cząsteczkowa substancji to masa cząsteczki wyrażona w atomowych jednostkach masy. Względna masa cząsteczkowa substancji to stosunek masy cząsteczki danej substancji do 1/12 masy atomu węgla, którego masa wynosi 12 amu. Wiadomo, że cząsteczka chloru jest dwuatomowa - Cl2. Względna masa cząsteczkowa cząsteczki chloru będzie równa:

M r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.

Izotopy chloru

Wiadomo, że w przyrodzie chlor występuje w postaci dwóch stabilnych izotopów 35 Cl (75,78%) i 37 Cl (24,22%). Ich liczby masowe wynoszą odpowiednio 35 i 37. Jądro atomu izotopu chloru 35 Cl zawiera siedemnaście protonów i osiemnaście neutronów, a izotop 37 Cl zawiera tę samą liczbę protonów i dwadzieścia neutronów.

Istnieją sztuczne izotopy chloru o liczbach masowych od 35 do 43, spośród których najbardziej stabilny jest 36 Cl z okresem półtrwania wynoszącym 301 tysięcy lat.

Jony chloru

Zewnętrzny poziom energii atomu chloru ma siedem elektronów, które są elektronami walencyjnymi:

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

W wyniku interakcji chemicznych chlor może utracić swoje elektrony walencyjne, tj. być ich dawcą i zamieniać się w dodatnio naładowane jony lub przyjmować elektrony z innego atomu, tj. być ich akceptorem i zamieniać się w ujemnie naładowane jony:

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- .

Cząsteczka i atom chloru

Cząsteczka chloru składa się z dwóch atomów - Cl 2. Oto niektóre właściwości charakteryzujące atom i cząsteczkę chloru:

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Większość pierwiastków występujących w przyrodzie składa się z kilku rodzajów atomów, różniących się względną masą atomową.

Przykład. Chlor występuje w przyrodzie jako mieszanina dwóch rodzajów atomów, z których jeden zawiera 18, a drugi 20 neutronów w jądrze.

Każdy rodzaj atomu, niezależnie od przynależności do określonego pierwiastka, jest jednoznacznie opisany liczbą nukleonów (suma protonów i neutronów). Dlatego liczba rodzajów atomów przewyższa liczbę pierwiastków.

Każdy typ atomu (rodzaj jądra) nazywany jest nuklidem.

Nuklid to rodzaj atomów i jąder odpowiadających określonej liczbie protonów i neutronów.

Nuklidy należące do tego samego pierwiastka i jednoznacznie identyfikowalne
liczbę protonów, ale różnią się liczbą neutronów, nazywane są nuklidami izotopowymi lub po prostu izotopami.

Izotopy pierwiastka to nuklidy, które mają równy ładunek jądrowy (liczbę protonów).

Izotopy pierwiastka różnią się jedynie liczbą neutronów, a zatem całkowitą liczbą nukleonów.

Na przykład: Jądra dwóch naturalnych izotopów chloru zawierają 17 protonów, ale 18 i 20 neutronów, czyli odpowiednio 35 i 37 nukleonów.

Z tego, że to liczba protonów w jądrze decyduje o liczbie elektronów w powłoce atomu i o właściwościach chemicznych pierwiastka, wynika z tego, że atomy wszystkich izotopów tego samego pierwiastka mają tę samą elektronikę strukturę, a same izotopy mają podobne właściwości chemiczne, dlatego nie można ich rozdzielić metodami chemicznymi.

W przyrodzie są pierwiastki, które mają tylko jeden izotop. Takie pierwiastki nazywane są izotopowo czystymi. We współczesnym układzie okresowym występuje 21 pierwiastków czystych izotopowo (wymieniono je poniżej w kolejności rosnącej): Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr , Tb, Ho, Tm, Au, Bi, Th.

Pozostałe pierwiastki naturalne są mieszaniną dwóch lub więcej izotopów, których atomy różnią się liczbą nukleonów. Takie pierwiastki nazywane są mieszanymi izotropowo; stanowią one większość w układzie okresowym. Wartości względnych mas atomowych takich pierwiastków odpowiadają naturalnej mieszaninie izotopów i są uśredniane względem zawartości izotopów, dlatego wartości Ag dla wielu pierwiastków znacznie odbiegają od wartości całkowitych. Nawet węgiel, który przyjmuje się za punkt odniesienia dla względnych mas atomowych innych pierwiastków, jest pierwiastkiem mieszanym izotopowo (dwa izotopy z A, = 12 i A, = 13), a miarą określania względnej masy atomowej jest jeden z naturalnych izotopów węgla, czyli węgiel –12. Największą liczbę izotopów (dziesięć) ma pierwiastek cyna.

W przypadku nuklidów dokładne wartości względnych mas atomowych są zawsze zbliżone do wartości całkowitych, więc masy nuklidów można porównać za pomocą tych wartości Ar, zwanych liczbami masowymi.

Liczba masowa nuklidu jest równa liczbie zawartych w nim nukleonów (suma protonów i neutronów).

Aby oznaczyć konkretny nuklid, stosuje się specjalne symbole po lewej stronie symbolu pierwiastka chemicznego, liczba masowa jest oznaczona indeksem górnym, a ładunek jądra jest oznaczony dolnym indeksem. Na przykład: 6 12 C, 17 35 Cl itd.

Wprowadzenie………………………………………………………………………………………………………3

1. Symbol pierwiastka, jego pozycja w układzie okresowym pierwiastków D.I. Mendelejew. Masa atomowa………………………………………………………………………………….4

2. Budowa jądra atomu chloru. Możliwe izotopy. Przykłady……………………….5

3. Elektronowa formuła atomu: rozkład elektronów na poziomach, podpoziomach, komórkach Hunda. Stan wzbudzony atomu chloru…………………………………………………………….6

4. Wartościowość atomu glinu w stanie stacjonarnym i wzbudzonym. Możliwe stopnie utlenienia atomu chloru. Właściwości redoksowe. Przykładowe schematy ruchu elektronów………………………………………………………………………………….8

5. Odpowiedniki chloru i jego związków. Przykłady obliczeń……………………………..11

6. Właściwości chemiczne chloru i jego związków. Przykłady reakcji…………………12

7. Rodzaje koncentracji………………………………………………………………………………….15

8. Dysocjacja elektrolityczna. Schemat procesu dysocjacji wodorotlenków. Stała dysocjacji………………………………………………………………………………………17

9. Obliczanie pH, pOH 0,01 m roztworu wodorotlenku lub soli pierwiastka…………………21

10. Hydroliza……………………………………………………………………………..23

11. Analiza jakościowa chloru……………………………………………………………24

12. Metody ilościowego oznaczania atomu chloru lub jego związków……………27

12.1. Wagometryczna metoda analizy atomu chloru………………………………………………………...27

13. Zakończenie…………………………………………………………………………….29

Referencje……………………………………………………………………………32

Wstęp

Związek z wodorem – gazowy chlorowodór – po raz pierwszy otrzymał Joseph Priestley w 1772 r. Chlor otrzymał w 1774 r. szwedzki chemik Karl Wilhelm Scheele, który w swoim traktacie o piroluzycie opisał jego wyodrębnianie podczas reakcji z piroluzytem i kwasem solnym:

Scheele zauważył zapach chloru, podobny do zapachu wody królewskiej, jego zdolność do interakcji ze złotem i cynobrem, a także właściwości wybielające. Jednakże Scheele, zgodnie z dominującą wówczas w chemii teorią flogistonu, zasugerował, że chlor jest odflogizowanym kwasem murynowym (chlorowodorowym). Bertholley i Lavoisieve w ramach tlenowej teorii kwasów uzasadnili, że nowa substancja powinna być stosowana. być tlenkiem hipotetycznego pierwiastka Murii. Jednak próby jej wyizolowania zakończyły się niepowodzeniem aż do prac Davy'ego, któremu metodą elektrolizy udało się rozłożyć sól kuchenną na chlor sodu, udowadniając elementarny charakter tego ostatniego.

1. Symbol pierwiastka, jego pozycja w układzie okresowym pierwiastków D.I. Mendelejew. Masa atomowa

X lor (z greckiego χλωρός - „zielony”) jest elementem 17. grupy układu okresowego pierwiastków chemicznych (zgodnie z przestarzałą klasyfikacją - pierwiastek głównej podgrupy grupy VII), trzeciego okresu o liczbie atomowej 17. Oznaczone symbolem Cl (łac. Chlorum). Chemicznie aktywny niemetal. Należy do grupy halogenów (pierwotnie nazwa „halogen” była używana przez niemieckiego chemika Schweigera w odniesieniu do chloru - dosłownie „halogen” jest tłumaczona jako tlenek soli - ale nie przyjęła się, a później stała się powszechna w XVII wieku (VIIA ) grupa pierwiastków, do której należy chlor).

Prosta substancja chlor (numer CAS: 7782-50-5) w normalnych warunkach jest trującym gazem o żółtawo-zielonym zabarwieniu, cięższym od powietrza i o ostrym zapachu. Cząsteczka chloru jest dwuatomowa (wzór Cl2).

Masa atomowa

(masa cząsteczkowa)

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

2. Budowa jądra atomu chloru. Możliwe izotopy. Przykłady

W przyrodzie występują 2 stabilne izotopy chloru: o liczbie masowej 35 i 37. Proporcje ich zawartości wynoszą odpowiednio 75,78% i 24,22%.

3. Elektronowa formuła atomu: rozkład elektronów na poziomach, podpoziomach, komórkach Hunda. Stan wzbudzony atomu chloru

Chlor w układzie okresowym pierwiastków chemicznych znajduje się w okresie 3, grupie VII, głównej podgrupie (podgrupie halogenowej).

Ładunek jądra atomu Z = + = + 17

Liczba protonów N(p+) = 17

Liczba elektronów N(e-) = 17

W stanie podekscytowania:

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

3 niesparowane elektrony (2 elektrony na podpoziomie 3p i 1 elektron na podpoziomie 3d), zatem wartościowość wynosi 3

Przykład związku: HClO2, Cl2O3

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

5 niesparowanych elektronów (3 elektrony na podpoziomie 3p i 2 elektrony na podpoziomie 3d), zatem wartościowość wynosi 5

Przykład związku: HClO3, Cl2O5

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

7 niesparowanych elektronów (1 elektron w podpoziomie 3s, 3 elektrony w podpoziomie 3p i 3 elektrony w podpoziomie 3d), stąd wartościowość wynosi 5

4. Wartościowość atomu glinu w stanie stacjonarnym i wzbudzonym. Możliwe stopnie utlenienia atomu chloru. Właściwości redoksowe. Przykłady schematów ruchu elektronów

Elektrony walencyjne: 3s2 3p5

W stanie niewzbudzonym atom chloru na poziomie energetycznym 3 ma jeden niesparowany elektron, dlatego niewzbudzony atom chloru może wykazywać wartościowość 1. Wartościowość 1 występuje w następujących związkach:

Chlor gazowy Cl2 (lub Cl-Cl)

Chlorek sodu NaCl (lub Na+ Cl-)

Chlorowodór HCl (lub H-Cl)

Kwas podchlorawy HOCl (lub H-O-Cl)

Właściwości redoksowe.

HCl - stopień utlenienia chloru -1

HClO3 - stopień utlenienia chloru +5

HClO4 - stopień utlenienia chloru +7

Pośredni stopień utlenienia wskazuje, że pierwiastek ten może wykazywać zarówno właściwości redukujące, jak i utleniające, jest to HClO3

Właściwości utleniające wykazują pierwiastki, które posiadają maksymalny stopień utlenienia (jest on równy numerowi grupy, w której dany pierwiastek się znajduje). Oznacza to, że HClO4 jest środkiem utleniającym.

Pierwiastek o najniższym stopniu utlenienia ma właściwości redukujące, tj. HCl jest środkiem redukującym.

Chlor jest silnym utleniaczem. Jako środki utleniające można stosować różne związki chloru. Jest to chlor C12), kwas podchlorawy HCIO, sole kwasu podchlorawego – podchloryn sodu NaCIO lub podchloryn wapnia Ca(CIO)2 i tlenek chloru CIO2.

Chlorowanie służy do usuwania fenoli, krezoli, cyjanków i siarkowodoru ze ścieków. W celu zwalczania biologicznego zanieczyszczania konstrukcji stosuje się go jako środek biobójczy. Chlor służy również do dezynfekcji wody.

Chlor dostarczany jest do produkcji w postaci płynnej o zawartości co najmniej 99,5%. Chlor jest bardzo toksycznym gazem, który ma zdolność gromadzenia się i koncentracji w małych jamach. Dość trudno się z nim pracuje. Kiedy chlor dostanie się do wody, hydrolizuje, tworząc kwas solny. W przypadku niektórych substancji organicznych obecnych w roztworze C12 może wchodzić w reakcje chlorowania. W rezultacie tworzą się wtórne produkty chloroorganiczne, które są wysoce toksyczne. Dlatego dążą do ograniczenia stosowania chloru.

Kwas podchlorawy HCJ ma taką samą zdolność utleniającą jak chlor. Jednak jego właściwości utleniające pojawiają się dopiero w środowisku kwaśnym. Ponadto kwas podchlorawy jest produktem niestabilnym - rozkłada się z czasem i pod wpływem światła.

Sole kwasu podchlorawego są szeroko stosowane. Podchloryn wapnia Ca(Cl)2 dostępny jest w trzech klasach o stężeniu aktywnego chloru od 32 do 35%. W praktyce stosuje się także sól dwuzasadową Ca(Cl)2-2Ca(OH)g 2H2O.

Najbardziej stabilną solą podchlorynu sodu jest NaOCl*5H20, który otrzymuje się w wyniku reakcji chemicznej gazowego chloru z roztworem alkalicznym lub poprzez elektrolizę soli kuchennej w kąpieli bez przepony.

Tlenek chloruCO2 to zielonkawo-żółty gaz, dobrze rozpuszczalny w wodzie, silny utleniacz. Otrzymuje się go w reakcji chlorynu NaC102 z chlorem, kwasem solnym lub ozonem. Kiedy tlenek chloru wchodzi w interakcję z wodą, nie zachodzą reakcje chlorowania, co eliminuje powstawanie substancji chloroorganicznych. Ostatnio przeprowadzono szeroko zakrojone badania mające na celu określenie warunków zastąpienia chloru tlenkiem chloru jako środkiem utleniającym. Szereg rosyjskich fabryk wprowadziło zaawansowane technologie wykorzystujące CO2.