Чем могут отличаться атомы одного и того же химического элемента
Чем отличаются изотопы одного элемента друг от друга
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».
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.
Методы разделения изотопов
Для изучения свойств изотопов и особенно для их применения в научных и прикладных целях требуется их получение в более или менее заметных количествах. В обычных масс-спектрометрах достигается практически полное разделение изотопов, однако количество их ничтожно мало. Поэтому усилия ученых и инженеров были направлены на поиски других возможных методов разделения изотопов. В первую очередь были освоены физико-химические методы разделения, основанные на различиях в таких свойствах изотопов одного итого же элемента, как скорости испарения, константы равновесия, скорости химических реакций и т.п. Наиболее эффективными среди них оказались методы ректификации и изотопного обмена, которые нашли широкое применение в промышленном производстве изотопов легких элементов: водорода, лития, бора, углерода, кислорода и азота.
Определение
Изотопы – это разновидность атомов какого-либо химического элемента. Электронов и протонов в любом атоме всегда равное количество. Поскольку они обладают противоположными зарядами (электроны – отрицательным, а протоны – положительным), атом всегда нейтрален (эта элементарная частица не несет заряда, он равен у нее нулю). При потере или захвате электрона атом теряет нейтральность, становясь либо отрицательным, либо положительным ионом.
Нейтроны не имеют заряда, зато их количество в атомном ядре одного и того же элемента может быть разным. Это никак не сказывается на нейтральности атома, однако влияет на его массу и свойства. Например, в любом изотопе атома водорода есть по одному электрону и протону. А количество нейтронов разное. В протии имеется всего лишь 1 нейтрон, в дейтерии – 2 нейтрона и в тритии – 3 нейтрона. Эти три изотопа заметно отличаются друг от друга по свойствам.
Особенности изотопов
Различные изотопы элементов отличаются количеством нейтронов в ядре.
Сейчас известно, что некоторые элементы (водород, бор, кадмий и т.д.) имеют свойство захватывать нейтроны и образовывать изотопы. Например, легкий водород (11Н), захватывая один нейтрон, образует тяжелый водород – дейтерий (21D), а когда захватывает еще один нейтрон – тритий (31Т).
Изотопы водорода и гелия имеют важное значение в физических исследованиях ядра. В оболочке атома водорода только один электрон, атома гелия – два электрона. Поэтому их можно сравнительно легко «сорвать», получив ядра этих элементов. Тяжелые изотопы водорода играют существенную роль в осуществлении ядерных реакций синтеза и деления. Следует отметить, что хотя молекулярные свойства вещества определяются вообще не ядром, а строением электронной оболочки, все же физические свойства тяжелых изотопов и обычного водорода заметно различаются. Например:
Важные свойства имеет тяжелая вода, то есть вода, в молекулах которой вместо атомов легкого водорода содержится дейтерий.
Однако заметные изменения свойств изотопов наблюдаются только у легких элементов. Объясняется это тем, что у тяжелых элементов отношение массы ядра к массе нейтрона гораздо больше.
Знаете ли вы химию?
Я – учитель химии высшей категории, имею большой опыт работы. Хочется поделиться им, особенно с начинающими педагогами. Посылаю вам разработанный мной методический материал, который можно использовать в декадах, днях химии, на классных часах, вечерах.
Цели. Повысить интерес к предмету «Химия», развивать и стимулировать любознательность учащихся, воспитывать культуру поведения на внеклассных мероприятиях.
Оборудование. Кодоскоп, кодопозитивы, сигнальные карточки, оформленная доска.
Конкурс «Кто быстрее?»
Командам предлагаются вопросы. Отвечает та команда, которая быстрее найдет ответ. Оценивается по 1 баллу за каждый правильный ответ.
• Один из ученых-химиков был талантливым музыкантом, он даже написал оперу. Кто этот ученый?
(Александр Порфирьевич Бородин,
опера «Князь Игорь».)
• Прославлен всеми
письменами
Металл, испытанный огнем,
Манил к себе людей веками,
Алхимик жил мечтой о нем.
Но, как кумир, он свержен
был,
Уж блеск его не манит.
Ведь хорошо мы знаем с вами:
Не все то ценно, что блестит.
• Он всем известен в обиходе,
Возгонкой-свойством очень
мил.
Его названье в переводе
Обозначает цвет чернил.
В медицине применяем
Его настой спиртовый век.
При недостатке в пище, знаем,
Болеет зобом человек.
• Твердое химически чистое вещество, занесенное с мороза в теплую комнату, плавится. Полученная прозрачная жидкость бурно реагирует со щелочными металлами, взаимодействует со многими оксидами. При взаимодействии с кислотами и щелочами новых веществ не образует. Ни расплав вещества, ни его раствор в воде не проводят электрический ток.
• Среди металлов самый
славный,
Важнейший древний элемент.
В тяжелой индустрии главный,
Знаком с ним школьник
и студент.
Родится в огненной стихии,
Расплав его течет рекой.
Важнее нет в металлургии,
Он нужен всей стране родной.
• О каких двух русских химиках идет речь, если число букв в их фамилиях одинаково, но в фамилии одного, кроме согласных, все четыре гласные «о», а у другого такое же количество гласных «е»?
• Бесцветный газ без запаха
и вкуса
Людьми широко применен.
Для разных дел, различных
целей,
В войне и мире нужен он.
Он не поддерживает жизнь,
Так говорит о нем наука,
А без него любая жизнь
Ведь невозможна – вот так
штука!
• Она родилась в самой волшебной стране – Химической лаборатории. Ее папа – Оксид азота(IV) – был мужчиной злого нрава и носил прозвище Лисий хвост. Ее мама была простой, спокойной женщиной, звали ее Вода. Она появилась маленькой, бесцветной. Но, когда к ней прибавили раствор фиолетового лакмуса, все сразу поняли, что родилась девочка. Назовите ее.
• Известен с древности он
людям,
Тяжелый, жидкий до поры.
А если греть его мы будем,
Даст ядовитые пары.
Основой всех металлов он
У алхимиков считается.
И, как сейчас, из киновари
Он разложеньем получается.
• Какой русский химик закончил свою жизнь на царской виселице?
(Н.И.Кибальчич – повешен в 1881 г.
за покушение на царя.)
• Хранят обычно в керосине,
И бегает он по воде.
В природе, помните отныне,
Свободным нет его нигде.
В солях его открыть возможно,
Желтеет пламя от него,
И получить из соли можно,
Как Дэви получил его.
• Давно известна человеку,
Она тягуча и красна.
Еще по бронзовому веку
Знакома в сплавах всем она.
С горячей серной кислотою
Дает нам синий купорос,
Белеет иногда, порою.
Что за металл? Ответьте
на вопрос.
Конкурс знатоков
Командам дается кроссворд. Они должны отгадать как можно больше слов. Время – 8 мин. За каждый правильный ответ дается 1 балл.
По вертикали: 1. Определенный вид атомов.
Ответы на кроссворд
По горизонтали: 1. Хлор. 2. Кислота. 3. Менделевий. 4. Калий. 5. Щелочь. 6. Сера.
7. Масса. 8. Электроотрицательность. 9. Ионы. 10. Нейтроны. 11. Экасилиций.
12. Металлы. 13. Электроны. 14. Атомная. 15. Селен. 16. Ионная. 17. Изотопы.
По вертикали: 1. Химический элемент.
Конкурс болельщиков «Составь слово»
Пока работают команды, болельщики должны составить наиболее длинное слово из слова «валентность». Победитель получает приз.
Необходимо выбрать правильный ответ из предложенных и поднять табличку с соответствующим номером. За каждый правильный ответ команда получает 1 балл.
1. Оксид углерода – это ядовитый газ, который:
1) пахнет, как горящая резина;
2) имеет запах клевера;
2. В ртути не тонет:
1) золото; 2) осмий; 3) платина; 4) медь; 5) вольфрам.
3. Металлический натрий хранят в:
1) воде; 2) керосине; 3) бензине; 4) серной кислоте.
4. В группу галогенов входит:
1) медь; 2) калий; 3) галлий; 4) йод.
5. В самородном виде в природе встречается:
1) сера; 2) алюминий; 3) радий; 4) железо; 5) кальций.
6. Впервые был обнаружен в спектре Солнца, а затем найден на Земле:
1) водород; 2) кальций; 3) плутоний; 4) гелий; 5) цирконий.
1) лак для покрытия деревянных изделий;
3) отходы цинкового производства.
1) химический элемент;
Ответы на задания конкурса
1 – 3, 2 – 4, 3 – 2, 4 – 4, 5 – 1, 6 – 4, 7 – 2, 8 – 3.
Конкурс «Что здесь написано?»
Командам предлагается ряд веществ, изображенных химическими формулами. Они должны по первым буквам названий этих веществ составить крылатую фразу:
Время на ответ – 3 мин.
Конкурс болельщиков «Кот в мешке»
Ребятам дается описание различных веществ, хорошо им известных. Тот, кто отгадает вещество, получает его в подарок.
Это вещество вы постоянно видите, например, в школе в руках учителя. Им нередко пользуются в своих играх дети. По химическому составу оно находится в родстве с мрамором и известняком. Это – соль угольной кислоты.
Команды должны выбрать правильный ответ из предложенных под именами Олег, Аркадий и Семен. За каждый правильный ответ – 1 балл.
• В банку ввели равные количества газообразных хлора и водорода, закрыли ее притертой пробкой и поместили на окно, освещенное ярким солнечным светом. Спрашивается, что произойдет?
Олег: «Водород, как более легкий газ, соберется наверху, а хлор останется внизу».
Аркадий: «Часа через три газы перемешаются».
Семен: «Отойдем, она сейчас взорвется».
1) Олег; 2) Аркадий; 3) Семен; 4) никто; 5) все.
(Ответ. 3. Реакция между газообразным хлором и водородом
на ярком солнечном свету протекает мгновенно, со взрывом.)
• На банке, в которой хранился белый порошок, была приклеена этикетка с формулой СаО. Вот что сказали об этом веществе ребята.
Олег: «Это – воздушная известь».
Аркадий: «Известь-то известь, но только она называется обожженной».
Семен: «Это негашеная известь».
1) Олег; 2) Аркадий; 3) Семен; 4) все.
• В банку с керосином бросили кусок металлического калия. Что произойдет? Вот какие есть мнения.
Олег: «Калий – очень активный металл. Попав в керосин, он воспламенится. Будет пожар!»
Аркадий: «Калий самовоспламеняется на воздухе. Поэтому до банки его не донесут, он весь сгорит».
Семен: «Металл упадет на дно и останется лежать там неизмененным».
1) Олег; 2) Аркадий; 3) Семен; 4) никто.
(Ответ. 3. Металлический калий
хранят в банке с керосином.)
Конкурс «Кто они?»
Из следующего списка профессий: шофер, электромонтер, летчик, радист, токарь, печатник, сварщик (на кодопленке) – командам необходимо выбрать ту, о которой идет речь в каждом конкретном случае. За каждый правильный ответ – 1 балл.
В купе ехали восемь человек. Стук поезда смешивался с голосами беседующих, и до слуха пассажира, лежавшего на верхней полке, долетали только отдельные фразы. Однако даже по этим обрывкам он догадался о профессии каждого из остальных пассажиров.
Попробуйте и вы по приведенным ниже фразам определить профессии пассажиров.
Возьмите лист бумаги с названием конкурса «Кто они?» и напротив слов из рассказа каждого пассажира напишите название его профессии.
1) Он все твердил мне, что это хлам и старье. А я ему говорю: «Предположим, что до капитального она пройдет еще тысяч двадцать. »
2) Оказалось, что в спешке я вместо треугольника соединил звездой.
3) Погода просто собачья, потолок только сто метров, радиокомпас ни влево, ни вправо. А тут еще и дождь.
4) На звуке я ничего не мог понять, так что крикнул: «Давай ключом!» – и тотчас же ясно слышу: «SOS!»
5) Сначала снял пять соток. Мало. Снял еще две сотки. И в конце концов подогнал палец.
6) Я ему говорю как человеку: «Налаживай первый лист в третью машину». А он все мудрит.
7) Не было кислорода, пришлось током. А лист тонкий, так что у меня ничего не получилось, и я выбросил неудавшееся изделие.
Ответы передаются для проверки в жюри, а ученики смотрят правильные ответы.
Жюри подсчитывает баллы каждой команды, происходит награждение команд.