- •Основные понятия и законы химии
- •Структура периодической системы элементов
- •Изменение свойств элементов и их соединений в периодах и главных подгруппах
- •Определение степени окисления
- •Расположение электронов по энергетическим уровням
- •Распределение электронов в атоме
- •Химическая связь
- •Гибридизация
- •Молекулы водородных соединений элементов 2-го периода
- •Относительные электроотрицательности элементов
- •Ряд стандартных электродных потенциалов
- •Разложение нитратов при нагревании
- •Тривиальные названия химических соединений
- •Окраска пламени газовой горелки при внесении анализируемого вещества на предварительно прокаленной палочке или проволочке
- •Качественные реакции на катионы и анионы
- •Квантовые числа
- •Литература
- •Ядро атома. Изотопы
- •Литература
Ядро атома. Изотопы
Современные представления о строении атома зародились в начале нашего столетия в результате исследования природы катодных лучей (Дж. Томсон, 1897), открытия радиоактивности (А. Беккерель, М. Склодовская-Кюри, П. Кюри, 1896-1899), расшифровки спектров излучения раскаленных тел, а также опытов Э. Резерфорда (1911) по исследованию прохождения -частиц через металлическую фольгу.
Гипотеза Резерфорда о планетарном строении атома явилась фундаментом, на котором методами квантовой, а позднее волновой механики строятся и уточняются модели атомов. Основная масса атома (более 99,9 %) сосредоточена в его ядре, размер которого порядка 10-15 м и на 5 порядков (105) меньше размера самого атома (10-10 м).
Ядро имеет сложную структуру. Основные ядерные частицы нуклоны это протоны p и нейтроны n. Протон имеет положительный электрический заряд, равный единице, нейтрон электронейтрален, т. е. его заряд равен нулю. Их массы покоя равны соответственно 1,00812 и 1,00893 у. е. Масса нуклона почти в 2000 раз больше массы электрона. Частицы, входящие в состав ядер и промежуточные по массе между нуклонами и электронами, называют мезонами.
Образование прочных атомных ядер из нуклонов объясняется возникновением между ними ядерных сил (ядерных связей) в результате обмена между ними мезонами, т. е. ядерные силы имеют обменную природу. По-видимому, протон может образовывать связи (т. е. обмениваться мезонами) с ограниченным числом нейтронов, поэтому устойчивость ядер зависит от соотношения числа протонов и нейтронов, входящих в их состав.
Число протонов Np определяет заряд ядра Z, от которого зависит число электронов Ne в электронейтральном атоме, т. е. Ne = Z . Химические свойства элементов зависят от количества и от расположения электронов в их атомах. Поэтому заряд ядра атома является его важнейшей характеристикой, предопределяющей химические свойства элемента и показывающей его порядковый номер в периодической системе элементов Д. И. Менделеева.
Масса ядра (или массовое число А), определяемая числом всех протонов и нейтронов, входящих в состав ядра, практически равна массе всего атома, так как на долю общей массы электронов приходится не более 0,1-0,01%. Тогда число нейтронов Ne в ядре рассчитывается как разность между массовым числом и зарядом ядра (порядковым номером элемента), т. е. А Z.
Сумма масс нуклонов всегда превышает массу ядра, образованного ими, на величину, называемую дефектом массы. Эта величина характеризует устойчивость ядра и соответствует энергии (E = mc2), выделяющейся при его образовании из протонов и нейтронов.
Число протонов (заряд ядра атома) и массовое число обозначают числовыми индексами, которые занимают определенное положение относительно символа элемента. Массовое число указывают слева вверху, заряд ядра слева внизу. например, и т.д.
Ядра, содержащие одинаковое число протонов, входят в состав атомов одного и того же элемента. Но они могут содержать различное число нейтронов и, следовательно, иметь разную массу. Разновидности атомов одного и того же химического элемента, отличающиеся своей массой, называются изотопами (от греч. isos равный, topos место).
Почти все химические элементы состоят из нескольких изотопов, поэтому их атомные массы, являющиеся средними арифметическими значениями от масс изотопов, выражаются не целыми, а дробными числами. Для водорода известно три изотопа: протий (легкий или обычный водород), дейтерий или D (тяжелый водород) и тритий или Т (сверхтяжелый водород). Природный кислород состоит также из трех изотопов: , хотя искусственным путем можно получить еще такие изотопы, как .
Наиболее многочисленны изотопы (по 6-10) у элементов с зарядом ядра от 40 до 56, т. е. расположенных в середине периодической системы.
Устойчивых (стабильных) изотопов значительно меньше, чем неустойчивых, т. е. радиоактивных. Например, из 19 изотопов иода лишь 127I является стабильным, входящим в природные соединения иода. Устойчивые изотопы имеют элементы, у которых заряд ядер атомов не превышает 83.