Как определить массовое число изотопа олова

Урок 2. Изотопы элементов

В уроке 2 «Изотопы элементов» из курса «Химия для чайников» рассмотрим что такое изотопы элементов и как правильно их обозначают; кроме того мы научимся определять массовое число, дефект массы и энергию связи ядра. Данный урок полностью опирается на основы химии, изложенные в первом уроке, в котором мы рассмотрели строение атома и атомного ядра, поэтому настоятельно вам рекомендую его изучить от корки до корки.

Что такое изотоп?

Хотя все атомы одного элемента имеют одинаковое число протонов, эти атомы могут отличаться числом имеющихся у них нейтронов. Такие различные атомы одного и того же элемента называются изотопами. Количество протонов, а также количество электронов у изотопа и исходного элемента совпадает. По этой причине в природе существует гораздо больше химических элементов, чем указано в таблице Менделеева, которая систематизирует элементы по числу протонов (порядковый номер).

Например, все атомы Li имеют 3 протона, но в природе существуют изотопы, содержащие от 3 до 5 нейтронов. Для обозначения изотопа, слева от символа элемента подписывают нижним индексом его порядковый номер, а верхним — массовое число. Массовое число — это суммарное число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре, численно близкое к атомной массе элемента. Нижний индекс, обозначающий порядковый номер элемента, указывать не обязательно, так как все атомы лития имеют в своем ядре по 3 протона. Также, обсуждая эти изотопы, можно пользоваться записью «литий-6» и «литий-8».

На рисунке выше изображен состав четырех изотопов гелия (Не). Все атомы гелия содержат два протона (и, следовательно, два электрона), но число нейтронов у них может быть разным. В природе большинство атомов гелия имеет два нейтрона (гелий-4) и реже одного раза на миллион встречаются атомы гелия с одним нейтроном (гелий-3). Другие изотопы гелия — гелий-5 , гелий-6 и гелий-8 (не показанный на рисунке) — неустойчивы и обнаруживаются лишь на очень непродолжительное время в ядерных реакциях (подробнее об этом будем говорить еще не скоро). Размеры ядер на рисунке очень сильно увеличены. Если бы они были такими, как это показано на рисунке, диаметр атома должен был достигать примерно 0,5 км.

Пример 1. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в атоме урана-238? Запишите символ этого изотопа.

Решение: Порядковый номер урана (см. таблицу Менделеева) равен 92, а массовое число изотопа равно 238 (по условию). Следовательно, он содержит 92 протона, 92 электрона и 238 — 92 = 146 нейтронов. Его символ 238 U.

Дефект массы и энергия связи ядра

Затронув тему изотопов, нельзя пройти мимо феномена дефект массы ядра. Когда из отдельных нуклонов образуется атомное ядро, часть их массы превращается в энергию. Другими словами, вот взяли вы щепотку протонов и нейтронов, хорошенько их смяли вместе, и получили ядро, но его масса будет меньше массы исходных компонентов. Это и есть дефект масс. Формула для расчета дефекта массы ядра:

где Mя – масса ядра, Z – число протонов в ядре, N – число нейтронов в ядре, mp – масса протона, mn – масса нейтрона.

Читайте также:  Железа гиперфункция которой может вызвать акромегалию

Если к атому подвести энергию (которая эквивалентна дефекту масс), то можно разделить его ядро обратно на нуклоны. Эта энергия носит название энергия связи ядра. Формула для расчета энергии связи ядра:

где с — скорость света, ∆m — дефект массы ядра

Проверьте себя, как вы усвоили понятия дефект массы и энергия связи ядра, самостоятельно решив задачу пользуясь формулами выше.

Пример 2. Если образовать атом углерода-12 из субатомных частиц, какое значение будет иметь дефект масс?

Ответ: 0,0990 а.е.м.

Теперь нам известно, что каждый изотоп элемента характеризуется порядковым номером (суммарным числом протонов), массовым числом (суммарным числом протонов и нейтронов) и атомной массой (массой атома, выраженной в атомных единицах массы). Поскольку дефект массы при образовании атома очень мал, массовое число обычно совпадает с атомной массой изотопа, округленной до ближайшего целого числа. (Например, атомная масса хлора-37 равна 36,966, что после округления дает 37.) Если в природе встречается несколько изотопов одного элемента, то экспериментально наблюдаемая атомная масса (естественная атомная масса) равна средневзвешенному значению атомных масс отдельных изотопов. Это средневзвешенное значение определяется соответственно относительному содержанию изотопов в природе. Хлор существует в природе в виде смеси из 75,53% хлора-35 (атомная масса 34,97 а.е.м.) и 24,47% хлора-37 (36,97 а.е.м.), поэтому средневзвешенное значение масс этих изотопов равно

Атомные массы, указанные в таблице Менделеева представляют собой во всех случаях средневзвешенные значения атомных масс изотопов, встречающихся в природе, и именно этими значениями мы будем пользоваться в дальнейшем, за исключением тех случаев, когда будет обсуждаться какой-нибудь конкретный изотоп. Все изотопы одного элемента в химическом отношении ведут себя практически одинаково. На рисунке ниже изображены состав и свойства некоторые атомов, ионов и изотопов элементов.

Пример 3. Магний (Mg) в основном состоит из трех естественных изотопов: 78,70% всех атомов магния имеют атомную массу 23,985 а.е.м., 10,13% — 24,986 а.е.м. и 11,17% — 25,983 а.е.м. Сколько протонов и нейтронов содержится в каждом из этих трех изотопов? Чему равно средневзвешенное значение их атомных масс?

Решение: Все изотопы магния содержат по 12 протонов. Изотоп с атомной массой 23,985 а.е.м. имеет массовое число 24 (суммарное число протонов и нейтронов), следовательно, он имеет 24 — 12 = 12 нейтронов. Символ этого изотопа 24 Mg. Аналогично находим, что изотоп с атомным весом 24,986 а.е.м. имеет массовое число 25, содержит 13 нейтронов и имеет символ 25 Mg. Третий изотоп (25,983 а.е.м.) имеет массовое число 26, содержит 14 нейтронов и имеет символ 26 Mg. Средняя атомная масса магния находится следующим образом:

  • (0,7870·23,985 а.е.м.) + (0,1013·24,986 а.е.м.) + (0,1117·25,983 а.е.м.) = 24,31 а.е.м.

Надеюсь урок 2 «Изотопы элементов» помог вам понять что из себя представляют изотопы. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

Изотопы олова

Олово занимает, пожалуй, один из лидирующих постов, среди элементов с немалым числом разновидностей изотопов. Как Вы уже, возможно, знаете, изотопы являются различными атомами или ядрами, одного вещества, и носят сходный атомный номер, но не повторяющиеся массовые числа. Металл олово имеет порядка двадцати пяти изотопов, некоторые из которых образовались естественным образом, а кое какие выведены искусственно.

Все изотопы олова, имеют разные массовые числа, например 114, 122, 124, 132 и.т.д. Это, пожалуй, является их основным различием. Под воздействием различных внешних условий, могут образовываться оловянные соединения, имеющие разные изотопы.

Читайте также:  Как отличить чугун от черного металла

У этого металла различают десять природообразных изотопов, некоторые из них (120-й например), встречаются очень часто, а другие наоборот, значительно реже. С момента развития современной науки, в лабораториях, искусственным путем, было разработано пятнадцать изотопов олова. Главным их отличием, можно считать время распада вещества, так если 123-й номер имеет время полураспада 136 дней, то 132-й всего две с половиной минуты.

Выявление природных изотопов и разработка новых видов, искусственным путем, необходимы для проведения сложнейших химических слияний. Изотопы с измененными числами имеют разные свойства, это с успехом применяется научными работниками и химиками, для придания нужных свойств еденному элементу. Изотопы олова используются в самых разных отраслях производства.

Олово включает в себя два основных состояния, определяющиеся как белое олово и серое. Суть в том, что под действием отрицательной температуры, олово может из одного твердого состояния, преобразоваться в серый порошок, так званная «оловянная чума». Все эти превращения, также коренным образом оказывают влияние на разнообразие изотопов олова, увеличивая количество последних.

Источник

Массовое число: что это такое и как получить (с примерами)

Видео: Массовое число: что это такое и как получить (с примерами)

  • Видео: Массовое число, зарядовое число для ЕГЭ-ОГЭ

    Содержание:

    В массовое число Массовое число атома — это сумма количества протонов и количества нейтронов в ядре. Эти частицы взаимозаменяемо обозначаются именем нуклоны, поэтому массовое число представляет их количество.

    Пусть N — количество присутствующих нейтронов, а Z — количество протонов, если мы назовем A массовым числом, тогда:

    Примеры массовых чисел

    Вот несколько примеров массовых чисел для хорошо известных элементов:

    Водород

    Самый стабильный и многочисленный атом водорода также самый простой: 1 протон и один электрон. Поскольку ядро ​​водорода не имеет нейтронов, верно, что A = Z = 1.

    Кислород

    В ядре кислорода 8 нейтронов и 8 протонов, поэтому A = 16.

    Углерод

    Жизнь на Земле основана на химии углерода, легкого атома с 6 протонами в ядре плюс 6 нейтронов, поэтому A = 6 + 6 = 12.

    Уран

    Этот элемент, намного тяжелее предыдущих, хорошо известен своими радиоактивными свойствами. В ядре урана 92 протона и 146 нейтронов. Тогда его массовое число A = 92 + 146 = 238.

    Как получить массовое число?

    Как упоминалось ранее, массовое число A элемента всегда соответствует сумме числа протонов и числа нейтронов, содержащихся в его ядре. Это тоже целое число, но . есть ли какое-нибудь правило относительно соотношения между двумя величинами?

    Посмотрим: все перечисленные элементы легкие, кроме урана. Атом водорода, как мы уже сказали, самый простой. В нем нет нейтронов, по крайней мере, в его наиболее распространенной версии, а в кислороде и углероде есть равное количество протонов и нейтронов.

    То же самое происходит и с другими легкими элементами, такими как азот, еще один очень важный для жизни газ, который имеет 7 протонов и 7 нейтронов. Однако по мере того, как ядро ​​становится более сложным, а атомы становятся тяжелее, количество нейтронов увеличивается с другой скоростью.

    В отличие от легких элементов, уран с 92 протонами имеет примерно в 1 ½ раза больше нейтронов: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

    Как видите, это довольно близко к 146 — количеству нейтронов, которое он имеет.

    Все это становится очевидным на кривой на рисунке 2. Это график зависимости N от Z, известный каккривая ядерной устойчивости. Там вы можете увидеть, как легкие атомы имеют такое же количество протонов, что и нейтроны, и как с Z = 20 количество нейтронов увеличивается.

    Таким образом, большой атом становится более стабильным, так как избыток нейтронов уменьшает электростатическое отталкивание между протонами.

    Читайте также:  Как безутешно дождь рыдал когда к другой ты уплывал на золотом кораблике любви

    Обозначения для атомов

    Очень полезная запись, которая быстро описывает тип атома, следующая: символ элемента и соответствующие атомные и массовые числа записываются, как показано ниже на этой диаграмме:

    В этих обозначениях атомы в предыдущих примерах будут:

    Иногда используются другие более удобные обозначения, в которых для обозначения атома используются только символ элемента и массовое число, без атомного номера. Таким образом, 12 6C просто записывается как углерод-12, 16 8Или кислород — 16 и так далее для любого элемента.

    Изотопы

    Число протонов в ядре определяет природу элемента. Например, каждый атом, ядро ​​которого содержит 29 протонов, является атомом меди, несмотря ни на что.

    Предположим, атом меди по какой-то причине теряет электрон, это все равно медь. Однако теперь это ионизированный атом.

    Атомному ядру сложнее получить или потерять протон, но в природе это может происходить. Например, внутри звезд более тяжелые элементы непрерывно образуются из легких элементов, поскольку звездное ядро ​​ведет себя как термоядерный реактор.

    И прямо здесь, на Земле, есть феномен радиоактивный распад, в котором некоторые нестабильные атомы изгоняют нуклоны и излучают энергию, превращаясь в другие элементы.

    Наконец, существует вероятность того, что атом определенного элемента имеет другое массовое число, в данном случае это изотоп.

    Хороший пример — всем известный углерод-14 или радиоуглерод, который используется для датировки археологических объектов и как биохимический индикатор. Это тот же углерод с идентичными химическими свойствами, но с двумя дополнительными нейтронами.

    Углерод-14 менее распространен, чем углерод-12, стабильный изотоп, а также радиоактивен. Это означает, что со временем он распадается, выделяя энергию и частицы, пока не станет стабильным элементом, которым в его случае является азот.

    Изотопы углерода

    Углерод существует в природе как смесь нескольких изотопов, наиболее распространенными из которых являются уже упомянутые 12 6С или углерод-12. А кроме углерода-14 есть 13 6C с дополнительным нейтроном.

    Это обычное явление в природе, например, известно 10 стабильных изотопов олова. С другой стороны, из бериллия и натрия известен только один изотоп.

    Каждый изотоп, природный или искусственный, имеет разную скорость превращения. Таким же образом можно создавать искусственные изотопы в лаборатории, которые, как правило, нестабильны и радиоактивно распадаются за очень короткий период долей секунды, в то время как для других требуется гораздо больше времени, равное возрасту Земли или больше.

    Таблица природных изотопов углерода

    Изотопы углерода Атомный номер Z Массовое число A Изобилие%
    12 6 C 6 12 98.89
    13 6 C 6 13 1.11
    14 6 C 6 14 Следы

    Примеры работы

    — Пример 1

    В чем разница между 13 7 N и 14 7 N?

    Ответить

    Оба являются атомами азота, так как их атомный номер равен 7. Однако один из изотопов с A = 13 имеет на один нейтрон меньше, а 14 7 N — самый распространенный изотоп.

    — Пример 2

    Сколько нейтронов находится в ядре атома ртути, обозначаемого как 201 80 Hg?

    Ответить

    Поскольку A = 201 и Z = 80, а также зная, что:

    N = А — Я = 201 — 80 = 121

    И делается вывод, что в атоме ртути 121 нейтрон.

    Ссылки

    1. Коннор, Н. Что такое нуклон — Структура атомного ядра — Определение. Получено с: period-table.org.
    2. Найт, р. 2017. Физика для ученых и инженерии: стратегический подход. Пирсон.
    3. Сирс, Земанский. 2016. Университетская физика с современной физикой. 14-го. Ред. Том 2.
    4. Типпенс, П. 2011. Физика: концепции и приложения. 7-е издание. Макгроу Хилл.
    5. Википедия. Массовое число. Получено с: en.wikipedia.org.

    Развитая нотация: что это такое, примеры и упражнения

    Источник

  • Поделиться с друзьями
    Металл и камни