Номер 2, страница 301 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Определите, сколько нейтронов и протонов входит в состав изотопов водорода. Подумайте, различаются ли изотопы одного элемента по химическим свойствам.

Определите, сколько нейтронов и протонов входит в состав изотопов водорода.

Дано:

Рассматриваются три основных изотопа водорода: протий ($^1_1H$) с массовым числом $A=1$, дейтерий ($^2_1H$) с массовым числом $A=2$ и тритий ($^3_1H$) с массовым числом $A=3$. Порядковый номер водорода в периодической системе Менделеева $Z=1$.

Найти:

Число протонов ($Z$) и нейтронов ($N$) для каждого изотопа водорода.

Решение:

Число протонов в ядре атома определяется его порядковым номером ($Z$) в периодической системе. Для водорода $Z=1$. Следовательно, в ядре любого изотопа водорода содержится 1 протон.

Число нейтронов ($N$) можно найти, вычтя из массового числа ($A$) число протонов ($Z$): $N = A - Z$.

Рассчитаем число нейтронов для каждого изотопа:

1. Для протия ($^1_1H$): число протонов $Z = 1$, число нейтронов $N = 1 - 1 = 0$.

2. Для дейтерия ($^2_1H$): число протонов $Z = 1$, число нейтронов $N = 2 - 1 = 1$.

3. Для трития ($^3_1H$): число протонов $Z = 1$, число нейтронов $N = 3 - 1 = 2$.

Ответ: В состав протия ($^1_1H$) входит 1 протон и 0 нейтронов; в состав дейтерия ($^2_1H$) — 1 протон и 1 нейтрон; в состав трития ($^3_1H$) — 1 протон и 2 нейтрона.

Подумайте, различаются ли изотопы одного элемента по химическим свойствам.

Химические свойства элемента определяются строением электронной оболочки его атомов, в частности, числом валентных электронов. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов в его ядре.

Поскольку все изотопы одного элемента имеют одинаковое число протонов, они имеют и одинаковое число электронов, а также идентичную электронную конфигурацию. Это означает, что их химические свойства практически одинаковы. Изотопы вступают в одни и те же химические реакции и образуют одинаковые соединения.

Однако из-за разницы в массах ядер изотопов существуют небольшие различия в их физических свойствах (например, плотность, температура кипения и плавления) и в скоростях протекания химических реакций. Это явление называется кинетическим изотопным эффектом. Реакции с участием более тяжелых изотопов протекают, как правило, медленнее. Эти различия наиболее заметны у легких элементов, таких как водород, где относительная разница в массах изотопов максимальна (масса дейтерия вдвое, а трития — втрое больше массы протия).

Ответ: Изотопы одного элемента по химическим свойствам практически не различаются, так как у них одинаковое строение электронных оболочек. Однако существуют незначительные различия в скоростях химических реакций из-за разницы в массах их атомных ядер (изотопный эффект).