Что значит масса изотопа

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 M_я – масса ядра, Z – число протонов в ядре, N – число нейтронов в ядре, m_p – масса протона, m_n – масса нейтрона.

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

Какое массовое число изотопа

Какое массовое число изотопа? Этот вопрос долгое время интересовал многих ученых, было проведено большое количество испытаний, прежде, чем число было получено. В начале прошлого века к изотопам стали проявлять особый интерес, что было вызвано развитием промышленности — данный элемент применяется, к примеру, в производстве оружия. Сегодня мы поговорим о том, какое массовое число имеет изотоп и какое количество изотопов было открыто к 1940 году. Читайте следующую статью на страницах kakogo-chisla.ru.

Какое массовое число изотопа

Изотопы – это нуклиды с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом и числом нейтронов. Массовое число представляет собой целое число равное сумме числа протонов и нейтронов атомного ядра. Другими словами, это сумма числа нуклонов в атоме. Массовое число часто обозначается с помощью прописной буквы А.

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).

Массовое число представляет собой целое число равное сумме числа протонов и нейтронов атомного ядра

Поскольку дефект массы при образовании атома очень мал, массовое число обычно совпадает с атомной массой изотопа, округленной до ближайшего целого числа.

Какое количество изотопов было открыто к 1940 году

Первые экспериментальные данные о существовании изотопов были получены в 1906-10 гг. при изучении свойств радиоактивных превращений атомов тяжелых элементов. После того как изотопы были обнаружены у тяжелых радиоактивных элементов, начались поиски изотопов у стабильных элементов.

В результате последующего использования и усовершенствования масс-спектрометров усилиями многих исследователей была составлена почти полная таблица изотопных составов. В 1932 г. был открыт нейтрон — частица, не имеющая заряда, с массой, близкой к массе ядра атома водорода — протона, и создана протонно-нейтронная модель ядра.

В результате в науке установилось окончательное определение понятия изотопов: изотопы — это вещества, ядра атомов которых состоят из одинакового числа протонов и отличаются лишь числом нейтронов в ядре. Примерно к 1940 г. изотопный анализ был проведен для всех известных к тому времени химических элементов.

При изучении радиоактивности было открыто около 40 природных радиоактивных веществ

При изучении радиоактивности было открыто около 40 природных радиоактивных веществ. Они были объединены в радиоактивные семейства, родоначальниками которых являются изотопы тория и урана. К природным относятся все стабильные разновидности атомов (их около 280) и все естественно радиоактивные, входящие в состав радиоактивных семейств (их 46). Все остальные изотопы получены в результате ядерных реакций.

В настоящее время известно более 1900 изотопов 107 химических элементов. Они могут быть подразделены на две группы: природные и искусственно синтезирован н ы е. К природным относятся все стабильные разновидности атомов (их примерно 280) и все естественно радиоактивные, входящие в состав радиоактивных семейств (46).

Все остальные изотопы получены в результате различных ядерных реакций. Среди искусственных радиоизотопов более 150 принадлежат трансурановым элементам, не встречающимся на Земле. Пока еще неизвестно общее количество изотопов, которое удастся синтезировать в будущем.

Изотоп какого элемента имеет массовое число

Изотоп — разновидность атома какого-либо химического элемента, которая имеет одинаковый с ним атомный номер, но разные массовые числа. Например, изотоп водорода Н — дейтерий 2 Н, который применяется при создании термоядерного оружия.

Исследованиями начала XX веке было установлено, что атомы одного и того же элемента могут иметь разные массы. Это объясняется тем, что в их ядрах при одном и том же числе протонов может находиться разное число нейтронов. Общее число протонов (Z) и нейтронов (N) в ядре называется массовым числом атома (А): A = Z + N «> A = Z + N A=Z+N

Массовое число практически определяет массу ядра, а следовательно, и массу всего атома, так как масса электронов составляет ничтожную часть общей массы атома. Т.е. массовое число приблизительно равно относительной атомной массе элемента.

Изотопы — разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие разное суммарное количество протонов и нейтронов. Массовое число изотопов, то есть количество нуклонов, указано в их названии, например уран-238.

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.

Источник

Атомный вес: что это такое, как рассчитывается и примеры

Содержание:

В атомный вес — средняя масса атомов данного химического элемента. Он известен как атомная масса и используется как взаимозаменяемый, хотя буквально значение каждого из них разное.

Термин «вес» в физике означает силу, действующую на гравитационное поле, выраженную в единицах силы, таких как ньютон. Однако с 1908 года используется термин «атомная масса», который сегодня более известен как относительная атомная масса; то есть они синонимы.

Атомы настолько малы, многочисленны и различаются даже для одного и того же элемента, что непросто присвоить им физическую величину, например массу. Точно со временем выбор единицы, представляющей вес или атомную массу химического элемента, изменился.

Первоначально в качестве атомной единицы массы была выбрана масса самого маленького атома — атома водорода (H). Позже его заменили на атомную единицу массы природного кислорода 1/16, а затем на его более легкий изотоп, 16 ИЛИ.

С 1961 года из-за большого значения атома углерода (C) было решено относить атомный вес к его изотопу C-12. Кроме того, атом C является центральным или ключевым химическим элементом органической химии и биохимии.

Что такое атомный вес?

Атомный вес (AP) — это средний вес масс природных изотопов, составляющих химический элемент. Термин относится к относительной атомной массе, которой обладают атомы каждого из химических элементов.

Как упоминалось в первом разделе, термин атомная масса традиционно используется, но на самом деле это атомная масса. С 1961 года на основе атома углерода-12 его значение 12 было принято за шкалу относительных атомных весов.

Но какова же тогда масса атома? Это сумма протонов и нейтронов, которые есть в атоме, при этом масса, вносимая электронами, незначительна. Атомная масса водорода (H), например, составляет 1,00974 Да, а магния (Mg) — 24,3050 Да.

При сравнении это означает, что атомы Mg тяжелее атомов H: в 24 раза точнее. Когда требуются значения веса или атомной массы какого-либо химического элемента, их можно получить, обратившись к таблице Менделеева.

Единицы

Одна из первых единиц атомного веса, а.е.м., была выражена как 1/16 (0,0625) веса атома кислорода.

Эта единица изменилась с открытием существования природных изотопов элемента в 1912 году; поэтому изотопы больше нельзя было игнорировать.

В настоящее время стандартная единица атомной массы или дальтон составляет 1/12 веса атома изотопа 12 C. Это более стабильно и обильнее, чем 13 C и 14 С.

Стандартизированная атомная единица массы — это масса нуклона (протона или нейтрона), равная 1 г / моль. Эта унификация или стандартизация была проведена с атомом C-12, которому присвоены 12 атомных единиц массы.

Таким образом, относительный атомный вес или атомная масса в настоящее время может быть выражена в граммах на один моль атомов.

Как рассчитывается атомный вес?

Чтобы определить атомный вес, сначала необходимо вычислить атомную массу изотопа, которая является суммой количества протонов и нейтронов, имеющихся у определенного атома.

Количество электронов в нем не учитывается, так как его масса ничтожна по сравнению с массой нейтронов и протонов.

То же самое делается с каждым изотопом одного и того же элемента. Затем, зная их естественное содержание, рассчитывается средневзвешенная атомная масса всех изотопов путем сложения произведения m ∙ A (m = атомная масса, а A — содержание, деленное на 100).

Например, предположим, что у вас есть кластер атомов железа, 93% из которых 56 Вера, а 5% — 54 Fe и оставшиеся 2% 57 Вера.Атомные массы уже отмечены в верхнем левом углу химических символов. Затем вычисляем:

56 (0,93) + 54 (0,05) + 57 (0,02) = 55,92 г / моль атомов Fe

В этом кластере железо имеет атомный вес 55,92. Но как насчет остальной части всей планеты Земля или остальной Вселенной? В кластере всего три изотопа, содержание которых меняется с учетом Земли, где изотопов будет больше и расчеты усложняются.

Соображения

Чтобы рассчитать атомный вес элементов, указанных в периодической таблице, необходимо принять во внимание следующее:

-Изотопы, существующие в природе одного и того же химического элемента. Атомы одного и того же химического элемента с разным числом нейтронов являются изотопами этого химического элемента.

-В образцах, полученных от каждого изотопа, учитывается атомная масса каждого из них.

-Относительное содержание каждого из изотопов определенного элемента в образцах, встречающихся в природе, также имеет значение.

-Можно найти значение атомной массы отдельного атома или присутствующего в естественном образце элемента. Или группы атомов в случае изотопов одного и того же элемента, определяя стандартный или средний атомный вес.

-Для определения стандартной атомной массы химических элементов были рассмотрены один или несколько изотопов одного и того же элемента.

-Есть некоторые химические элементы, такие как франций (Fr), которые не имеют стабильных изотопов и еще не имеют стандартизованного атомного веса.

Примеры

Посмотрев на периодическую таблицу химических элементов, можно узнать атомный вес химического элемента; то есть те, которые были рассчитаны с учетом всех стабильных изотопов (и по этой причине они обычно имеют много десятичных знаков).

Там наблюдается, что атомный номер водорода (H) равен 1, что соответствует его числу протонов. Атомный вес H — наименьший из всех элементов, имеющий значение 1,00794 ± 0,00001 ед.

Для бора его атомный вес был определен на основе двух изотопов, полученных в природе, и его значение находится в диапазоне от 10,806 до 10821.

Не существует стандартного атомного веса для неприродных или синтетических элементов, не имеющих изотопов в природе; такие как вышеупомянутый случай франция (Fr), полония (Po), радона (Ra), среди других химических элементов.

В этих случаях атомный вес ограничивается суммой количества протонов и нейтронов этого элемента.

Значение атомного веса указано в скобках, что означает, что это не стандартизованный атомный вес. Даже значение стандартного атомного веса может измениться, если будет обнаружено больше изотопов определенного элемента.

Источник