Заряды химических элементов таблица

Заряды химических элементов таблица

Уточненное определение химического элемента

Ядро атома, или нуклид, состоит из некоторого числа протонов и нейтронов. Исключение составляет лишь атом водорода, ядром которого является отдельный протон. Заряд ядра равен числу протонов в нем.

задание5.3. Какой знак имеет заряд ядра?

Атом представляет собой элекронейтральную частицу, так как ядро окружено электронами, число которых равно числу протонов в ядре. Заряд ядра атома — главный отличительный признак каждого химического элемента. Исходя из этого, можно дать следующее определение:

Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

В периодической системе элементов порядковый номер элемента равен заряду ядра атома. Это та переменная величина, в периодической зависимости от которой находятся свойства химических элементов и образуемых ими веществ. Масса атомов возрастает приблизительно синхронно с увеличением заряда ядра, но все же не является определяющей характеристикой химического элемента. Поэтому периодический закон формулируют в настоящее время так.

Свойства химических элементов (атомов) и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер.

задание5.4. Почему Менделеев располагал химические элементы в порядке увеличения массы, а не зарядов ядер?

задание5.5. Сравните новое определение химического элемента с данным ранее (с. 19). В чем их отличие и есть ли противоречие между ними?

пример5.2. Сколько электронов имеет атом магния?

РЕШЕНИЕ.В периодической системе находим, что порядковый номер магния 12. Следовательно, заряд ядра Z = 12 и число электронов также 12.

Все многозарядные нуклиды содержат не только протоны, но и нейтроны. Устойчивы лишь те нуклиды, у которых число протонов и нейтронов приблизительно одинаково. Обе ядерные частицы имеют массы, близкие к 1 а.е.м. Очень легкие электроны суще-

ственного вклада в массу атома не дают. Поэтому масса любого атома весьма близка к целому числу, равному сумме чисел протонов и нейтронов в ядре:

А = Z + N. (5.1)

Сумма числа протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом.

пример5.3. Определите число нейтронов в ядре атома гелия.

решение.Из периодической системы находим длягелия: Z = 2, А = 4. Следовательно, N = А — Z, N = 4-2 = 2.

В периодической таблице и в таблицах атомных масс даются точные значения атомной массы химических элементов. Анализируя эти значения, можно прийти к интересным выводам.

пример5.4. Алюминий в природе представлен одним изотопом с массовым числом 27. Но точное значение его атомной массы Аг= 26,98154. Вычислите недостаток атомной массы алюминия.

решение.Найдем суммарную атомную массу частиц для атома алюминия (данные в табл. 5.2):

На 1 моль (27 г) алюминия, образовавшегося из протонов, нейтронов и электронов, потеря массы составляет более 242 мг! Эта масса теряется за счет выделения энергии связи в образующемся устойчивом атомном ядре. (Вспомним формулу Эйнштейна Е = тс2.) Энергия, выделяющаяся при химических реакциях, на много порядков меньше. Поэтому и действует эмпирический закон сохранения массы в химии. Однако если бы можно было взвесить 665 тыс. т угля с точностью до 0,1 г, сжечь его в соответствующей точно взвешенной массе кислорода и точно взвесит:, образовавшийся углекислый газ, то была бы обнаружена ч акая же убыль массы, как вычислено для 27 г алюминия.

пример5.5. Какое утверждение более верно: 1) число атомов, составляющих исходные вещества, равно числу атомов, составляющих продукты реакции; 2) масса исходных веществ равна массе продуктов реакции?

РЕШЕНИЕ. Первое утверждение, безусловно, правильно. Второе — верно лишь постольку, поскольку нет таких весов, которые позволили бы обнаружить изменение массы при химической реакции.

Атомы, имеющие одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, относятся к одному и тому же химическому элементу, хотя и характеризуются разными массами. Такие атомы называются изотопами.В химическом поведении изотопов нет почти никакого различия, за исключением изотопов самого легкого элемента — водорода. Для обозначения изотопов к символу элемента слева добавляются два индекса: нижний — порядковый номер и верхний — массовое число. Исключение сделано для изотопов водорода (рис. 5.1). У них есть особые символы.

Некоторые химические элементы представлены в природе единственным нуклидом. К ним относятся натрий, алюминий, фосфор и др. Атомные массы этих элементов наиболее близки к целому числу.

Заряд ядра атома

Многие элементы представляют собой смеси изотопов, что проявляется в существенном отклонении их атомных масс от целых чисел. В этих случаях атомные массы представляют собой средние значения для смеси изотопов и зависят как от масс отдельных нуклидов, так и от их относительного содержания. В периодической системе находим для хлора: Аr = 35,453. Установлено, что природный хлор состоит из нуклидов

Рис. 5.1. Изотопы водорода: а — обычный водород протий, р+; б — тяжелый водород дейтерий, р+ + 2n°; в — радиоактивный водород тритий, р’ + 2п°

задание 5.6.Найдите в периодической системе еще несколько элементов, имеющих изотопы.

пример 5.6.Каковы массовые доли изотопов в природном хлоре?

РЕШЕНИЕ. Зная, из каких изотопов состоит природный хлор и табличное значение атомной массы хлора, можно сделать вывод, что в природе преобладает легкий изотоп хлора, так как среднее значение Аr= 35,453 ближе к 35, чем к 37. Представим данные и неизвестные для 1 моль (35,453 г) хлора в форме таблицы:

Своеобразный пример природной смеси нуклидов представляет бром. Он состоит из приблизительно равного числа нуклидов Из-за этого его

атомная масса имеет значение, близкое к 80 (79,9). Бром как бы выглядит нуклидомвообще неиз-

вестным науке.

Искусственно получено много изотопов как существующих, так и не существующих в природе химических элементов. Все искусственно полученные нуклиды радиоактивны, т. е. неустойчивы. Они постепенно, с разными скоростями превращаются в новые нуклиды, являющиеся изотопами других химических элементов. При радиоактивном распаде нуклидов возникают излучения высоких энергий. Возьмем пример одного из ядерных превращений:

Изотоп углерода имеющийся в биосфере в

очень малом количестве, выбрасывает из своего ядра электрон высокой энергии, называемый β-частицей. При этом один нейтрон в ядре превращается в протон, и нуклид приобретает заряд +7.Это уже ядро не углерода, а азота. В получившемся атоме недостает одного электрона. Он присоединится из окружающей среды, и получится обычный атом азота. Приведенная ядерная реакция имеет прикладное значение в археологии. По интенсивности потока β-частиц из археологических находок (ткани, шерсть, кожа) устанавливают их возраст, так как содержание углерода в предметах, находящихся под землей, постепенно убывает. Атомы радиоактивного углерода образуются высоко в атмосфере при столкновении нейтронов космического излучения с ядрами азота:

В связи с данным примером еще раз напомним, что атомы сохраняются при химических реакциях, но есть физические процессы, при которых они подвергаются различным превращениям и распаду.

Вся работа с радиоактивными нуклидами строго контролируется, так как излучения высоких энергий представляют чрезвычайно большую опасность для здоровья.

 
Периодическая таблица
химических элементов

Периодическая система – классификация химических элементов, позволяющая выявить зависимость свойств элементов и их соединений от величины заряда ядра атома (числа протонов в ядре).

Зарядовое число

Периодическая таблица элементов разработана в 1869-1871 г. русским химиком Д. И. Менделеевым, и является графическим выражением открытого им периодического закона.

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H He
 2 Li Be B C N O F Ar
 3 Na Mg Al Si P S Cl Ne
 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
 6 Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
 7 Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
    * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Категории элементов:

Щелочные
металлы

Щелочноземельные
металла

           f-элементы:

Переходные
металлы

Прочие
металлы

Металлоиды

Неметаллы

Галогены

Инертные
газы

Лантаноиды

Актиноиды

 
Существует более четырёхсот способов изображения периодической системы, однако наиболее часто используемые варианты можно разбить на три основных типа: «короткая», «полудлинная» и «длинная» таблицы. Международный союз чистой и прикладной химии (ИЮПАК) в качестве стандартной таблицы предлагает приведённый выше вариант, разбитый на 7 периодов и 18 групп, пронумерованных арабскими цифрами; лантаноиды и актиноиды размещаются под основной таблицей. В русскоязычной химической литературе, однако, обычно используется короткий вариант таблицы Менделеева.

С точки зрения удобства отображения зависимости некоторых количественных характеристик атомов элементов безусловно предпочтителен длинный вариант. На иллюстрациях ниже показан характер изменения атомной массы и атомного радиуса, электроотрицательности и электроположительности, 1-го потенциала ионизации и металлических свойств в одном из вариантов длинной таблицы, в которой водород помещён над и между бором и углеродом (использованы иллюстрации с сайта meta-synthesis.com):

   

   

   

В начало страницы

Уточненное определение химического элемента

Ядро атома, или нуклид, состоит из некоторого числа протонов и нейтронов. Исключение составляет лишь атом водорода, ядром которого является отдельный протон. Заряд ядра равен числу протонов в нем.

задание5.3. Какой знак имеет заряд ядра?

Атом представляет собой элекронейтральную частицу, так как ядро окружено электронами, число которых равно числу протонов в ядре. Заряд ядра атома — главный отличительный признак каждого химического элемента. Исходя из этого, можно дать следующее определение:

Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

В периодической системе элементов порядковый номер элемента равен заряду ядра атома. Это та переменная величина, в периодической зависимости от которой находятся свойства химических элементов и образуемых ими веществ. Масса атомов возрастает приблизительно синхронно с увеличением заряда ядра, но все же не является определяющей характеристикой химического элемента. Поэтому периодический закон формулируют в настоящее время так.

Свойства химических элементов (атомов) и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер.

задание5.4. Почему Менделеев располагал химические элементы в порядке увеличения массы, а не зарядов ядер?

задание5.5. Сравните новое определение химического элемента с данным ранее (с. 19). В чем их отличие и есть ли противоречие между ними?

пример5.2. Сколько электронов имеет атом магния?

РЕШЕНИЕ.В периодической системе находим, что порядковый номер магния 12. Следовательно, заряд ядра Z = 12 и число электронов также 12.

Все многозарядные нуклиды содержат не только протоны, но и нейтроны. Устойчивы лишь те нуклиды, у которых число протонов и нейтронов приблизительно одинаково. Обе ядерные частицы имеют массы, близкие к 1 а.е.м. Очень легкие электроны суще-

ственного вклада в массу атома не дают. Поэтому масса любого атома весьма близка к целому числу, равному сумме чисел протонов и нейтронов в ядре:

А = Z + N. (5.1)

Сумма числа протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом.

пример5.3. Определите число нейтронов в ядре атома гелия.

решение.Из периодической системы находим длягелия: Z = 2, А = 4. Следовательно, N = А — Z, N = 4-2 = 2.

В периодической таблице и в таблицах атомных масс даются точные значения атомной массы химических элементов. Анализируя эти значения, можно прийти к интересным выводам.

пример5.4.

Уточненное определение химического элемента

Алюминий в природе представлен одним изотопом с массовым числом 27. Но точное значение его атомной массы Аг= 26,98154. Вычислите недостаток атомной массы алюминия.

решение.Найдем суммарную атомную массу частиц для атома алюминия (данные в табл. 5.2):

На 1 моль (27 г) алюминия, образовавшегося из протонов, нейтронов и электронов, потеря массы составляет более 242 мг! Эта масса теряется за счет выделения энергии связи в образующемся устойчивом атомном ядре. (Вспомним формулу Эйнштейна Е = тс2.) Энергия, выделяющаяся при химических реакциях, на много порядков меньше. Поэтому и действует эмпирический закон сохранения массы в химии. Однако если бы можно было взвесить 665 тыс. т угля с точностью до 0,1 г, сжечь его в соответствующей точно взвешенной массе кислорода и точно взвесит:, образовавшийся углекислый газ, то была бы обнаружена ч акая же убыль массы, как вычислено для 27 г алюминия.

пример5.5. Какое утверждение более верно: 1) число атомов, составляющих исходные вещества, равно числу атомов, составляющих продукты реакции; 2) масса исходных веществ равна массе продуктов реакции?

РЕШЕНИЕ. Первое утверждение, безусловно, правильно. Второе — верно лишь постольку, поскольку нет таких весов, которые позволили бы обнаружить изменение массы при химической реакции.

Атомы, имеющие одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, относятся к одному и тому же химическому элементу, хотя и характеризуются разными массами. Такие атомы называются изотопами.В химическом поведении изотопов нет почти никакого различия, за исключением изотопов самого легкого элемента — водорода. Для обозначения изотопов к символу элемента слева добавляются два индекса: нижний — порядковый номер и верхний — массовое число. Исключение сделано для изотопов водорода (рис. 5.1). У них есть особые символы.

Некоторые химические элементы представлены в природе единственным нуклидом. К ним относятся натрий, алюминий, фосфор и др. Атомные массы этих элементов наиболее близки к целому числу. Многие элементы представляют собой смеси изотопов, что проявляется в существенном отклонении их атомных масс от целых чисел. В этих случаях атомные массы представляют собой средние значения для смеси изотопов и зависят как от масс отдельных нуклидов, так и от их относительного содержания. В периодической системе находим для хлора: Аr = 35,453. Установлено, что природный хлор состоит из нуклидов

Рис. 5.1. Изотопы водорода: а — обычный водород протий, р+; б — тяжелый водород дейтерий, р+ + 2n°; в — радиоактивный водород тритий, р’ + 2п°

задание 5.6.Найдите в периодической системе еще несколько элементов, имеющих изотопы.

пример 5.6.Каковы массовые доли изотопов в природном хлоре?

РЕШЕНИЕ. Зная, из каких изотопов состоит природный хлор и табличное значение атомной массы хлора, можно сделать вывод, что в природе преобладает легкий изотоп хлора, так как среднее значение Аr= 35,453 ближе к 35, чем к 37. Представим данные и неизвестные для 1 моль (35,453 г) хлора в форме таблицы:

Своеобразный пример природной смеси нуклидов представляет бром. Он состоит из приблизительно равного числа нуклидов Из-за этого его

атомная масса имеет значение, близкое к 80 (79,9). Бром как бы выглядит нуклидомвообще неиз-

вестным науке.

Искусственно получено много изотопов как существующих, так и не существующих в природе химических элементов. Все искусственно полученные нуклиды радиоактивны, т. е. неустойчивы. Они постепенно, с разными скоростями превращаются в новые нуклиды, являющиеся изотопами других химических элементов. При радиоактивном распаде нуклидов возникают излучения высоких энергий. Возьмем пример одного из ядерных превращений:

Изотоп углерода имеющийся в биосфере в

очень малом количестве, выбрасывает из своего ядра электрон высокой энергии, называемый β-частицей. При этом один нейтрон в ядре превращается в протон, и нуклид приобретает заряд +7.Это уже ядро не углерода, а азота. В получившемся атоме недостает одного электрона. Он присоединится из окружающей среды, и получится обычный атом азота. Приведенная ядерная реакция имеет прикладное значение в археологии. По интенсивности потока β-частиц из археологических находок (ткани, шерсть, кожа) устанавливают их возраст, так как содержание углерода в предметах, находящихся под землей, постепенно убывает. Атомы радиоактивного углерода образуются высоко в атмосфере при столкновении нейтронов космического излучения с ядрами азота:

В связи с данным примером еще раз напомним, что атомы сохраняются при химических реакциях, но есть физические процессы, при которых они подвергаются различным превращениям и распаду.

Вся работа с радиоактивными нуклидами строго контролируется, так как излучения высоких энергий представляют чрезвычайно большую опасность для здоровья.

Атом (от греч. atomos — неделимый), — частица вещества микроскопических размеров и очень малой массы (микрочастица), наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Каждому химическому элементу соответствует определённый род атомов, обозначаемых символом элемента (например, атом водорода Н, атом железа Fe, атом ртути Hg, атом урана U).

Атомы могут существовать как в свободном состоянии, в газе, так и в связанном. Соединяясь химически с атомами того же элемента или атомами других элементов, они образуют более сложные микрочастицы — молекулы, всё огромное многообразие химических соединений обусловлено различными сочетаниями атомов в молекулах. Связываясь друг с другом непосредственно или в составе молекул, атомы образуют жидкости, твёрдые тела и кристаллы.

Свойства макроскопических тел — газообразных, жидких и твёрдых, и свойства отдельных молекул зависят от свойств входящих в их состав атомов. Все свойства атома, физические и химические, определяются его строением как системы, состоящей из ядра и электронов, и подчиняются характерным для микроскопических явлений квантовым законам.

Атом состоит из тяжёлого ядра, обладающего положительным электрическим зарядом, и окружающих его лёгких электронов с отрицательными электрическими зарядами, образующих электронные оболочки атома. Размеры атома в целом определяются размерами его электронной оболочки и велики по сравнению с размерами ядра атома.

Характерные порядки размеров:

  • Линейные размеры:10-8см.
  • Площадь(Поперечное сечение):10-16 см2
  • Объем:10-24 см3
  • Линейные размеры:10-12см.
  • Площадь(Поперечное сечение):10-24 см2
  • Объем:10-36 см3

Электронные оболочки атомов не имеют строго определённой границы; значения размеров атомов ("атомные радиусы") в большей или меньшей степени зависят от способов их определения и весьма разнообразны.

Заряд ядра — основная характеристика атома, обусловливающая его принадлежность определённому химическому элементу. Заряд ядра всегда является целым кратным элементарного положительного электрического заряда е, равного по абсолютному значению заряду электрона -е.
Заряд ядра равен +Ze, где Z — порядковый номер (атомный номер). Z = 1, 2, 3, 4,…

ЗАРЯД ЯДРА

для атомов последовательных элементов в периодической системе элементов Менделеева, т. е. для атомов Н, Не, Li, Be и тд. В нейтральном атоме ядро с зарядом +Ze удерживает Z электронов с общим зарядом -Ze и полный заряд атома равен нулю; в положительном ионе-атоме., потерявшем k электронов (ионизованном атоме), остаётся Z-k электронов (k = 1, 2, 3, … — кратность ионизации) и его заряд равен +ke, в отрицательном ионе -атоме, присоединившем k электронов,- содержится Z + k электронов, и его заряд равен -ke. Для положительного иона максимальное значение k = Z (такой ион потерял все свои электроны и состоит из "голого" ядра); для отрицательного свободного иона k = 1, для связанных атомов возможно образование отрицательных ионов с k > 1 (в растворах, комплексных соединениях и ионных кристаллах).

Говоря об атомах определённого элемента, подразумевают как нейтральные атомы, так и ионы этого элемента. Но иногда под "атомом" понимают нейтральный атом, в противоположность ионам. Положительные и отрицательные ионы при написании отличают от нейтрального атома индексом k+ и k-, например О обозначает нейтральный атом кислорода (Z = 8), О+, О2+(или O++), O3+,…, O8+ — его положительные ионы, О-, O2- (или О- — его отрицательные ионы). Совокупность нейтрального атома и ионов других элементов с тем же числом электронов образует изоэлектронный ряд. Простейший такой ряд начинается с атома водорода: H, He+, Li2+, Be3+ и тд.; члены этого ряда состоят из ядра и одного электрона.

Порядок значений зарядов ядер различных атомов был определён английским физиком Э.Резерфордом в его первоначальных опытах по рассеянию альфа-частиц (1911). Значения Z были надёжно установлены английским физиком Г. Мозли (1913-14) на основе изучения рентгеновских спектров последовательных элементов в периодической системе. Кратность заряда ядра атома элементарному заряду е получила объяснение, исходя из представлений о строении ядра: Z равно числу протонов в ядре, протон имеет заряд +е, и полный заряд ядра равен сумме зарядов всех Z протонов, т. е. +Ze.

Масса атома возрастает с увеличением Z. Масса ядра атома приближённо пропорциональна массовому числу атома — общему числу протонов и нейтронов в ядре. Масса электрона (0,91 10-27 г.) значительно меньше (примерно в 1840 раз) массы протона или нейтрона (1,67×10-24 г.), и поэтому масса атома в целом определяется в основном массой его ядра.

Атомы данного элемента могут отличаться массой ядра (число протонов Z постоянно, число нейтронов А-Z может меняться); такие разновидности атомов одного и того же элемента называются изотопами. Различие массы ядра почти не сказывается на строении их электронных оболочек, зависящем от заряда ядра Z. Химические и большинство физических свойств (оптические, электрические, магнитные), определяемые строением электронных оболочек, одинаковы или очень близки для всех изотопов данного элемента. Наибольшие отличия в свойствах (изотонические эффекты) получаются для изотопов водорода (Z = 1) из-за большой разницы в массах обычного лёгкого атома водорода (А = 1), атома дейтерия (А = 2) и атома трития (А = 3).

за основу взят текст статьи в БСЭ

admin