Номер 4, страница 18 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 2. Строение атома. Глава 1. Повторение и углубление знаний - номер 4, страница 18.

Условие.

4. Сколько различных молекул воды может быть образовано нуклидами протием, дейтерием, кислородом-16 и кислородом-18?

Решение.

Решение 2.

Дано:

Изотопы водорода: протий ($^1H$) и дейтерий ($^2H$ или $D$).
Изотопы кислорода: кислород-16 ($^{16}O$) и кислород-18 ($^{18}O$).
Химическая формула молекулы воды: $H_2O$.

Найти:

Количество различных молекул воды, которые можно образовать из данных изотопов.

Решение:

Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Различные молекулы будут отличаться своим изотопным составом. Чтобы найти общее количество различных молекул, необходимо определить количество возможных комбинаций изотопов для атомов кислорода и водорода, а затем перемножить эти количества.

1.Выбор атома кислорода.
Согласно условию, для атома кислорода есть два варианта изотопов: $^{16}O$ и $^{18}O$.
Следовательно, количество вариантов для кислорода ($N_O$) равно 2.

2.Выбор двух атомов водорода.
Для каждого из двух атомов водорода в молекуле есть два варианта изотопов: протий ($^1H$) и дейтерий ($^2H$).
Поскольку два атома водорода в молекуле воды химически эквивалентны, порядок их выбора не имеет значения. Нам нужно найти количество уникальных комбинаций. Возможны следующие варианты для пары атомов водорода:
а) оба атома — протий ($^1H_2$);
б) оба атома — дейтерий ($^2H_2$);
в) один атом — протий, а другой — дейтерий ($^1H^2H$).
Таким образом, существует 3 различных варианта для изотопного состава водородной части молекулы. Количество вариантов для водородной пары ($N_H$) равно 3.

3.Общее количество различных молекул.
Общее количество различных молекул воды ($N_{total}$) равно произведению числа вариантов для атома кислорода и числа вариантов для пары атомов водорода.
$N_{total} = N_O \times N_H = 2 \times 3 = 6$.

Для полной ясности перечислим все 6 возможных различных молекул (изотопологов):
1. $^1H_2{^{16}O}$ (легкая вода)
2. $^1H^2H{^{16}O}$ (полутяжелая вода)
3. $^2H_2{^{16}O}$ (тяжелая вода)
4. $^1H_2{^{18}O}$
5. $^1H^2H{^{18}O}$
6. $^2H_2{^{18}O}$
Все 6 перечисленных молекул имеют уникальный изотопный состав и, следовательно, являются различными.

Ответ: можно образовать 6 различных молекул воды.