Номер 72.3, страница 247 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 72. Состав ядра атома. Глава 10. Квантовые явления - номер 72.3, страница 247.

72.3 [н] Задолго до открытия электрона, строения атома и атомного ядра Д. И. Менделеев в своей знаменитой таблице расположил элементы в порядке возрастания массы атомов с учётом их химических свойств. Почему в современной формулировке периодического закона говорится не о массе атома, а о зарядовом числе ядра?

Решение

Д. И. Менделеев, открывая в 1869 году периодический закон, основывался на самой фундаментальной и измеримой на тот момент характеристике атома — его массе. Он расположил известные элементы в порядке возрастания атомных масс и обнаружил, что их химические свойства периодически повторяются. Однако его гениальность проявилась в том, что в нескольких случаях он был вынужден нарушить строгий порядок расположения по массе, чтобы сохранить логику химических свойств в группах. Например, он поменял местами теллур (Te, атомная масса ≈ 127,6) и иод (I, атомная масса ≈ 126,9), поставив иод после теллура, так как иод по своим свойствам был похож на хлор и бром. Менделеев предположил, что атомные массы этих элементов были определены с погрешностью.

Причина, по которой современная формулировка периодического закона основана на зарядовом числе ядра ($Z$), а не на атомной массе, кроется в фундаментальных открытиях в области физики и химии, сделанных уже после Менделеева.

Во-первых, после открытия электрона и строения атома стало ясно, что химические свойства элемента определяются не его массой, а строением его электронной оболочки, в частности, числом валентных электронов. В свою очередь, число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов в его ядре.

Во-вторых, в 1913 году английский физик Генри Мозли экспериментально установил, что фундаментальной характеристикой атома, определяющей его свойства, является именно заряд его ядра. Этот заряд, равный числу протонов, был назван зарядовым числом ($Z$) или атомным номером. Оказалось, что порядковый номер элемента в таблице Менделеева численно совпадает с зарядом ядра его атомов.

В-третьих, открытие изотопов окончательно объяснило "несоответствия" в таблице Менделеева. Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента (с одинаковым числом протонов $Z$), но имеющие разное число нейтронов в ядре и, следовательно, разную массу. Атомная масса, приводимая в периодической таблице, — это средневзвешенное значение масс всех природных изотопов данного элемента. Именно из-за разного изотопного состава у некоторых пар элементов (аргон-калий, кобальт-никель, теллур-иод) элемент с меньшим порядковым номером ($Z$) имеет большую среднюю атомную массу.

Таким образом, расположение элементов в порядке возрастания заряда ядра ($Z$) является более фундаментальным и точным. Оно строго соответствует периодическому изменению строения электронных оболочек и, как следствие, химических свойств, не имея никаких исключений.

Ответ: В современной формулировке периодического закона говорится о зарядовом числе ядра, а не о массе атома, потому что именно заряд ядра (число протонов) является основной характеристикой химического элемента. Заряд ядра определяет число электронов в атоме, а строение электронной оболочки, в свою очередь, определяет все химические свойства элемента. Этот подход, в отличие от расположения по массе, создает абсолютно последовательную систему без исключений, так как он напрямую связан с причиной периодичности свойств, а не с её следствием (массой), которое может варьироваться из-за существования изотопов.