Скільки протонів містить ядро ізотопу заліза 56 26 Fe
Приклади ізотопів і ядерних символів
Як знайти кількість протонів і нейтронів в атомі ізотопу
Як знайти кількість протонів і нейтронів в атомі ізотопу. АЛЬФРЕД ПАСІЄКА / Getty Images
- Хімія
- основи
- Хімічні закони
- Молекули
- Періодична таблиця
- Проекти та експерименти
- Науковий метод
- Біохімія
- Фізична хімія
- Медична хімія
- Хімія в повсякденному житті
- Відомі хіміки
- Діяльність для дітей
- Скорочення та акроніми
Ця розроблена задача демонструє, як визначити кількість протонів і нейтронів у ядрі ізотопу.
Пошук протонів і нейтронів в ізотопній задачі
Одним із шкідливих видів ядерних опадів є радіоактивний ізотоп стронцію 90 38 Sr (припустимо, що верхній і нижній індекси вирівнюються). Скільки протонів і нейтронів міститься в ядрі стронцію-90?
Розв’язання
Символ ядра вказує на склад ядра. Атомний номер (кількість протонів) є нижнім індексом у нижньому лівому куті символу елемента. Масове число (сума протонів і нейтронів) є верхнім індексом у верхньому лівому куті символу елемента. Наприклад, ядерні символи елемента водню:
Уявіть, що верхні та нижні індекси розташовані один над одним – вони повинні бути так у ваших домашніх завданнях, хоча це не так у моєму комп’ютерному прикладі 😉
Кількість протонів подається в ядерному символі як атомний номер або нижній лівий індекс 38.
Отримайте кількість нейтронів, віднімаючи кількість протонів від масового числа або верхнього лівого індексу:
кількість нейтронів = 90 – 38
кількість нейтронів = 52Відповідь
90 38 Sr має 38 протонів і 52 нейтрони
1.7: Ізотопи та атомні маси
Резерфордська ядерна модель атома допомогла пояснити, чому атоми різних елементів проявляють різну хімічну поведінку. Ідентичність елемента визначається його атомним номером (Z), кількістю протонів в ядрі атома елемента. Тому атомний номер різний для кожного елемента. Відомі елементи розташовані в порядку збільшення Z в таблиці Менделєєва (рис. \(\PageIndex\) ), Ми пояснимо обгрунтування своєрідного формату періодичної таблиці в главі 7. в якій кожному елементу присвоюється унікальний одно-, дво-, або три- буква символ. Назви елементів перераховані в таблиці Менделєєва разом з їх символами, атомними номерами, атомними масами. Хімія кожного елемента визначається його кількістю протонів і електронів. У нейтральному атомі кількість електронів дорівнює кількості протонів.
\(\PageIndex\) Рисунок Періодична таблиця, що показує елементи в порядку збільшення Z
Як описано в розділі 1.8, метали знаходяться в нижній лівій частині таблиці Менделєєва, а неметали – вгорі праворуч. Напівметали лежать уздовж діагональної лінії, що розділяє метали і неметали.
У більшості випадків символи елементів походять безпосередньо від назви кожного елемента, наприклад C для вуглецю, U для урану, Ca для кальцію та Po для полонію. Елементи також були названі за їх властивості [такі як радій (Ra) за його радіоактивність], для рідної країни вченого (s), який їх відкрив [полоній (Po) для Польщі], для іменитих вчених [курій (Cm) для Кюрі], для богів і богинь [селен (Se) для грецької богині Місяця, Селена], і з інших поетичних чи історичних причин. Деякі символи, що використовуються для елементів, які були відомі з античності, походять від історичних назв, які більше не використовуються; лише символи залишаються нагадувати нам про їх походження. Прикладами є Fe для заліза, від латинського ferrum; Na для натрію, від латинського natrium; і W для вольфраму, від німецького вольфраму. Приклади наведені в табл \(\PageIndex\) . Коли ви працюєте над цим текстом, ви будете стикатися з іменами та символами елементів неодноразово, і настільки, як ви ознайомитеся з персонажами в п’єсі чи фільмі, їх імена та символи стануть знайомими.
Символи \(\PageIndex\) елементів таблиці на основі імен більше не використовуються
Елемент Символ деривація Значення сурму Сб стібіум Латинська означає «mark» мідь Cu мідь від Cyprium, латинська назва острова Кіпр, основного джерела мідної руди в Римській імперії золото Au аурум Латинська означає «золото» залізо Fe залізо Латинська означає «залізо» свинець Пб схил Латинська означає «важкий» ртуті Hg водраргирум Латинська означає «рідке срібло» калій К калій від арабської al-qili, «луг» срібло Ag Argentum Латинська означає «срібло» натрію Na натрій Латинська означає «натрій» олово Сн олова Латинська означає «олово» вольфраму Ш вольфрам Німецьким для «вовчого каменю», оскільки він заважав виплавці олова і вважалося пожирати олово. Нагадаємо з розділу 1.6, що ядра більшості атомів містять нейтрони, а також протони. На відміну від протонів, кількість нейтронів не є абсолютно фіксованим для більшості елементів. Атоми, які мають однакову кількість протонів, а значить і однаковий атомний номер, але різну кількість нейтронів, називаються ізотопами. Всі ізотопи елемента мають однакову кількість протонів і електронів, а значить, вони демонструють однакову хімію. Ізотопи елемента відрізняються тільки своєю атомною масою, яка задається числом маси (А), сумою чисел протонів і нейтронів.
Елемент вуглець (С) має атомний номер 6, а це означає, що всі нейтральні атоми вуглецю містять 6 протонів і 6 електронів. У типовому зразку вуглецевмісного матеріалу 98,89% атомів вуглецю також містять 6 нейтронів, тому кожен має масове число 12. Ізотоп будь-якого елемента може бути однозначно представлений у вигляді XZA, де X – атомний символ елемента. Таким чином, ізотоп вуглецю, який має 6 нейтронів, є C612. Індекс, що вказує на атомний номер, насправді надлишковий, оскільки атомний символ вже однозначно визначає Z. Отже, С612 частіше пишеться як 12 С, що читається як «вуглець-12». Тим не менш, значення Z зазвичай включається в позначення ядерних реакцій, оскільки ці реакції включають зміни в Z, як описано в главі 20.
Крім 12 С, типовий зразок вуглецю містить 1,11% С613 ( 13 С), з 7 нейтронами і 6 протонами, і слід С614 ( 14 С), з 8 нейтронами і 6 протонами. Однак ядро 14 С не є стабільним, але зазнає повільного радіоактивного розпаду, що є основою методики датування вуглецево-14, використовуваної в археології (див. Главу 14). Багато елементів, крім вуглецю, мають більше одного стабільного ізотопу; олово, наприклад, має 10 ізотопів. Властивості деяких поширених ізотопів наведені в табл \(\PageIndex\) .
\(\PageIndex\) Властивості таблиці вибраних ізотопів
Елемент Символ Атомна маса (amu) Ізотоп Масовий номер Ізотопні маси (аму) Відсоток достатку (%) водню Ч 1.0079 1 1,007825 99.9855 2 2.014102 0.0115 бор Б 10.81 10 10.012937 19.91 11 11.009305 80.09 вуглець C 12.011 12 12 (визначено) 99.89 13 13.00355 1.11 кисень O 15.9994 16 15.99 4915 99.757 17 16.999132 0,0378 18 17.999161 0,205 залізо Fe 55.845 54 53 939611 5.82 56 55.934938 91.66 57 56.935394 2.19 58 57,933 276 0,33 уран У 238.03 234 234.040952 0,0054 235 235.043930 0,7204 238 238.050788 99.274 Джерела ізотопних даних: G. Audi et al., Ядерна фізика A 729 (2003): 337—676; J. C. Kotz і K.F. Purcell, Хімія та хімічна реакційна здатність, 2-е видання, 1991.
Приклад \(\PageIndex\)
Задано: кількість протонів і нейтронів
Запитано: елемент і атомний символ
Стратегія:
A Зверніться до таблиці Менделєєва (див. Розділ 32) і використовуйте кількість протонів для ідентифікації елемента.
B Обчисліть масове число кожного ізотопу, склавши разом числа протонів і нейтронів.
C Дайте символ кожного ізотопу з масовим числом у вигляді верхнього індексу та кількістю протонів як індекс, обидва записані зліва від символу елемента.
Рішення
A Елемент з 82 протонами (атомний номер 82) – свинець: Pb.
B Для першого ізотопу A = 82 протони+124 нейтрони = 206. Аналогічно, А = 82 + 125 = 207 і А = 82 + 126 = 208 для другого і третього ізотопів відповідно. Символами для цих ізотопів є P82206b, P82207b і P82208b, які зазвичай скорочені як 206 Pb, 207 Pb і 208 Pb.
Вправа \(\PageIndex\)
Визначте елемент з 35 протонами і напишіть символи для його ізотопів з 44 і 46 нейтронами.
Відповідь
Відповідь: 35 79 Б і 3581 Б або, частіше, 79 Бр і 81 Бр.
Хоча маси електрона, протона і нейтрона відомі з високим ступенем точності (табл. 1.3), маса будь-якого даного атома – це не просто сума мас його електронів, протонів і нейтронів. Наприклад, співвідношення мас 1 Н (водень) і 2 Н (дейтерій) насправді становить 0,500384, а не 0,49979, як передбачається з чисел нейтронів і протонів присутніх. Хоча різниця в масі невелика, вона надзвичайно важлива, оскільки є джерелом величезної кількості енергії, що виділяється в ядерних реакціях (Глава 20).
Оскільки атоми занадто малі для вимірювання окремо і не мають заряду, немає зручного способу точного вимірювання абсолютних атомних мас. Вчені можуть дуже точно виміряти відносні атомні маси, однак, використовуючи прилад, званий мас-спектрометром. Методика концептуально схожа на ту, яку Томсон використовував для визначення відношення маси до заряду електрона. По-перше, електрони видаляються або додаються до атомів або молекул, утворюючи таким чином заряджені частинки, які називаються іонами. При застосуванні електричного поля іони прискорюються в окрему камеру, де вони відхиляються від початкової траєкторії магнітним полем, як електрони в експерименті Томсона. Ступінь прогину залежить від відношення маси до заряду іона. Вимірюючи відносне відхилення іонів, які мають однаковий заряд, вчені можуть визначити їх відносні маси (рис. 1.25). Таким чином, неможливо точно розрахувати абсолютні атомні маси, просто склавши разом маси електронів, протонів і нейтронів, і абсолютні атомні маси не можуть бути виміряні, але відносні маси можна виміряти дуже точно. Насправді в хімії досить часто зустрічається величина, величину якої можна виміряти лише відносно якоїсь іншої величини, а не абсолютно. Ми зіткнемося з багатьма іншими прикладами пізніше в цьому тексті. У таких випадках хіміки зазвичай визначають стандарт, довільно привласнюючи числове значення одній з величин, що дозволяє обчислити числові значення для інших.
Рисунок 1.25 Визначення відносних атомних мас за допомогою мас-спектрометра
Хлор складається з двох ізотопів, 35 Cl і 37 Cl, приблизно в співвідношенні 3:1. (а) Коли зразок елементарного хлору вводиться в мас-спектрометр, електрична енергія використовується для дисоціації молекул Cl 2 в атоми хлору та перетворення атомів хлору в іони Cl + . Потім іони прискорюються в магнітне поле. Те, наскільки іони відхиляються магнітним полем, залежить від їх відносного співвідношення маси до заряду. Зверніть увагу, що легші іони 35 Cl + відхиляються більше, ніж важчі 37 іонів Cl + . Вимірюючи відносні відхилення іонів, хіміки можуть визначити їх співвідношення маси до заряду і, таким чином, їх маси. (b) Кожен пік в масовому спектрі відповідає іону з певним співвідношенням маси до заряду. Велика кількість двох ізотопів можна визначити по висотах вершин.
Довільним стандартом, який був встановлений для опису атомної маси, є одиниця атомної маси (amu), визначена як одна дванадцята маси одного атома 12 С. Оскільки маси всіх інших атомів обчислюються щодо стандарту 12 С, 12 С – це тільки атом, перерахований в табл. \(\PageIndex\) “, точна атомна маса якого дорівнює числу маси. Експерименти показали, що 1 аму = 1,66 × 10 −24 г.
Мас-спектрометричні експерименти дають значення 0,167842 для відношення маси 2 Н до маси 12 С, тому абсолютна маса 2 Н дорівнює
маса Н2маса С12 × маса С12 = 0,167842 × 12 аму = 2,104104 аму
Маси інших елементів визначаються аналогічним чином.
У таблиці Менделєєва перераховані атомні маси всіх елементів. Якщо порівняти ці значення з тими, що наведені для деяких ізотопів у таблиці \(\PageIndex\) , ви можете побачити, що атомні маси, наведені в періодичній таблиці, ніколи не відповідають точно таким, як у будь-якого з ізотопів. Оскільки більшість елементів існують у вигляді сумішей декількох стабільних ізотопів, атомна маса елемента визначається як середньозважена маса ізотопів. Наприклад, природний вуглець в значній мірі являє собою суміш двох ізотопів: 98,89% 12 С (маса = 12 аму за визначенням) і 1,11% 13 С (маса = 13,003355 аму). Відсоток достатку 14 С настільки низький, що його можна проігнорувати в цьому розрахунку. Середня атомна маса вуглецю потім обчислюється як
\( (0.9889 × 12 amu) + (0.0111 × 13.003355 amu) = 12.01 amu \)
Вуглець переважно становить 12 С, тому його середня атомна маса повинна бути близька до 12 аму, що узгоджується з нашим розрахунком.
Значення 12.01 показано під символом C в таблиці Менделєєва, хоча і без абревіатури amu, яку прийнято опускати. Таким чином, таблична атомна маса вуглецю або будь-якого іншого елемента є середньозваженим масами природних ізотопів.
Приклад \(\PageIndex\)
Природний бром складається з двох ізотопів, перерахованих в наступній таблиці:
Ізотоп Точна маса (аму) Відсоток достатку (%) 79 Бр 78.9183 50.69 81 Бар 80.9163 49.31 Обчисліть атомну масу брому.
Дано: точна маса і відсоток достатку
Запитано: атомна маса
Стратегія:
A Перетворіть відсотки достатку в десяткову форму, щоб отримати масову частку кожного ізотопу.
B Помножте точну масу кожного ізотопу на відповідну йому масову частку (відсоток чисельності ÷ 100), щоб отримати його зважену масу.
C Скласти разом зважені маси для отримання атомної маси елемента.
D Перевірте, щоб переконатися, що ваша відповідь має сенс.
Рішення
А Атомна маса – це середньозважене значення мас ізотопів. Загалом, ми можемо написати
атомна маса елемента = [(маса ізотопу 1 в аму) (масова частка ізотопу 1)] + [(маса ізотопу 2) (масова частка ізотопу 2)] +.
Бром має всього два ізотопи. Перетворення відсотків достатку в масові частки дає
Б79р: 50.69100 = 0.5069 Б81р: 49.31100 = 0,4931
B Множення точної маси кожного ізотопу на відповідну масову частку дає зважену масу ізотопу:
79 Бр: 79.9183 днів × 0,5069 = 40.00 ранку 18 Бр: 80.9163 днів × 0,4931 = 39,90 днів
C Сума зважених мас атомна маса брому дорівнює
40.00 гривень + 39,90 амуні = 79.90 суми
D Це значення приблизно на півдорозі між масами двох ізотопів, що очікується, оскільки відсоток достатку кожного становить приблизно 50%.
Вправа \(\PageIndex\)
Магній має три ізотопи, перераховані в наступній таблиці:
Ізотоп Точна маса (аму) Відсоток достатку (%) 24 Мг 23.98504 78.70 25 мг 24.98584 10.13 26 Мг 25.98259 11.17 Використовуйте ці дані для розрахунку атомної маси магнію.
Відповідь
Резюме
Кожен атом елемента містить однакову кількість протонів, що є атомним номером (Z). Нейтральні атоми мають однакову кількість електронів і протонів. Атоми елемента, що містять різну кількість нейтронів, називаються ізотопами. Кожен ізотоп даного елемента має однаковий атомний номер, але різне масове число (A), яке є сумою чисел протонів і нейтронів. Відносні маси атомів повідомляються за допомогою атомної одиниці маси (amu), яка визначається як одна дванадцята маси одного атома вуглецю-12, з 6 протонами, 6 нейтронами та 6 електронами. Атомна маса елемента – це середньозважена маса природних ізотопів. Коли один або кілька електронів додаються або видаляються з атома або молекули, виробляється заряджена частинка, яка називається іоном, заряд якої позначається верхнім індексом після символу.
КЛЮЧ ВИНОС
- Маса атома – це середньозважений показник, який багато в чому визначається кількістю його протонів і нейтронів, тоді як кількість протонів і електронів визначає його заряд.
КОНЦЕПТУАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ
- Заповніть наступну таблицю для відсутніх елементів, символів та номерів електронів.
Елемент Символ Кількість електронів молібден 19 титан Б 53 См гелій 14 Елемент Символ Кількість електронів лантан Ір алюміній 80 натрію СІ 9 Бути - берилію
- рутеній
- фосфор
- алюміній
- цезій
- празеодим
- кобальт
- ітрій
- миш’яку
- фтору
- гелій
- тербій
- йоду
- золото
- скандій
- натрію
- ніобій
- марганцю
- X2655
- X3374
- X1224
- Х53127
- Х1840
- Х63152
ЧИСЛОВІ ЗАДАЧІ
Будь ласка, переконайтеся, що ви знайомі з темами, обговорюваними в основних навичках 1 (розділ 1.9), перш ніж перейти до числових задач.
- Ізотопи 131 I і 60 Co зазвичай використовуються в медицині. Визначте кількість нейтронів, протонів і електронів в нейтральному атомі кожного.
- Визначте кількість протонів, нейтронів і електронів в нейтральному атомі кожного ізотопу:
- 97 Тк
- 113 У
- 36 Ніт
- 55 Лт
- 207 Пб
- 16 О
- 40 Кб
- 137 шт
- 40 квіт .
Ізотоп Відсоток достатку (%) Атомна маса (amu) 63 у.о. 69.09 62.9298 65 у.о. 30.92 64.9278 Ізотоп Відсоток достатку (%) Атомна маса (amu) 28 Сі 92.18 27.976926 29 Сі 4.71 28.976495 30 Сі 3.12 29.973770 Ізотоп Відсоток достатку (%) Атомна маса (amu) 20 Нео 90.92 19.99 244 21 Нео 0,257 20.99395 22 Нео Ізотоп Кількість протонів Кількість нейтронів Кількість електронів 238 Х 95 238 U 75 112 Ізотоп Кількість протонів Кількість нейтронів Кількість електронів 57 лют 40 Х 20 36 С