Страница 49 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

6. Найдите в периодической таблице:

а) элемент, атомная масса которого примерно равна порядковому номеру;

б) три элемента, относительные атомные массы которых в 2 раза больше их порядкового номера;

в) два элемента, названные в честь великих учёных — химиков или физиков;

г) два элемента, названные в честь небесных тел;

д) два элемента, названные в честь стран;

е) элемент, названный в честь мифологического персонажа;

ж) пять элементов, названия которых связаны с Россией.

а) элемент, атомная масса которого примерно равна порядковому номеру;

Порядковый номер элемента ($Z$) равен числу протонов в ядре атома. Атомная масса ($A$) складывается из массы протонов и нейтронов. Условие, что атомная масса примерно равна порядковому номеру ($A \approx Z$), означает, что число нейтронов в ядре близко к нулю. Таким элементом является Водород (H). Его порядковый номер $Z = 1$, а относительная атомная масса $A_r \approx 1,008$. Основной изотоп водорода, протий ($^1H$), вообще не имеет нейтронов.

Ответ: Водород (H).

б) три элемента, относительные атомные массы которых в 2 раза больше их порядкового номера;

Условие означает, что относительная атомная масса $A_r$ и порядковый номер $Z$ связаны соотношением $A_r \approx 2 \cdot Z$. Поскольку $A_r$ примерно равна сумме протонов ($Z$) и нейтронов ($N$), то $Z + N \approx 2 \cdot Z$, что означает, что число нейтронов примерно равно числу протонов ($N \approx Z$). Это характерно для многих легких и средних стабильных элементов. В качестве примера можно привести Углерод (C), Кислород (O) и Кальций (Ca).

Дано:

Для Углерода (C): Порядковый номер $Z = 6$, относительная атомная масса $A_r(C) \approx 12,011$.
Для Кислорода (O): Порядковый номер $Z = 8$, относительная атомная масса $A_r(O) \approx 15,999$.
Для Кальция (Ca): Порядковый номер $Z = 20$, относительная атомная масса $A_r(Ca) \approx 40,078$.

Найти:

Проверить для данных элементов выполнение соотношения $A_r \approx 2 \cdot Z$.

Решение:

1. Проверка для Углерода (C):
$2 \cdot Z(C) = 2 \cdot 6 = 12$.
Относительная атомная масса $A_r(C) \approx 12,011$.
Сравнивая значения, видим, что $12,011 \approx 12$. Условие выполняется.

2. Проверка для Кислорода (O):
$2 \cdot Z(O) = 2 \cdot 8 = 16$.
Относительная атомная масса $A_r(O) \approx 15,999$.
Сравнивая значения, видим, что $15,999 \approx 16$. Условие выполняется.

3. Проверка для Кальция (Ca):
$2 \cdot Z(Ca) = 2 \cdot 20 = 40$.
Относительная атомная масса $A_r(Ca) \approx 40,078$.
Сравнивая значения, видим, что $40,078 \approx 40$. Условие выполняется.

Ответ: Углерод (C), Кислород (O), Кальций (Ca). (Можно также привести Гелий (He), Азот (N), Неон (Ne), Магний (Mg) и др.)

в) два элемента, названные в честь великих учёных — химиков или физиков;

Многие химические элементы, особенно трансурановые, были названы в честь выдающихся ученых. Например:

• Менделевий (Md) — элемент с атомным номером 101, назван в честь великого русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева, автора периодической системы элементов.
• Эйнштейний (Es) — элемент с атомным номером 99, назван в честь физика-теоретика Альберта Эйнштейна.

Другие примеры: Кюрий (Cm) в честь Марии и Пьера Кюри, Резерфордий (Rf) в честь Эрнеста Резерфорда, Борий (Bh) в честь Нильса Бора.

Ответ: Менделевий (Md), Эйнштейний (Es).

г) два элемента, названные в честь небесных тел;

Традиция называть новые элементы в честь небесных тел зародилась вскоре после открытия Урана и первых астероидов. Например:

• Уран (U) — элемент с атомным номером 92, назван в 1789 году в честь планеты Уран, открытой незадолго до этого, в 1781 году.
• Плутоний (Pu) — элемент с атомным номером 94, назван в честь карликовой планеты Плутон, следуя за Ураном (U) и Нептунием (Np).

Другие примеры: Гелий (He) от греческого "Гелиос" — Солнце, Селен (Se) от греческого "Селена" — Луна, Теллур (Te) от латинского "Tellus" — Земля.

Ответ: Уран (U), Плутоний (Pu).

д) два элемента, названные в честь стран;

Некоторые химические элементы носят названия в честь стран или географических регионов, где они были открыты или в честь родины их первооткрывателей. Например:

• Полоний (Po) — элемент с атомным номером 84, назван Марией Склодовской-Кюри в 1898 году в честь её родины — Польши (лат. Polonia).
• Германий (Ge) — элемент с атомным номером 32, открыт в 1886 году немецким химиком Клеменсом Винклером и назван в честь его родины — Германии.

Другие примеры: Галлий (Ga) в честь Галлии (Франция), Франций (Fr) в честь Франции, Америций (Am) в честь Америки, Рутений (Ru) в честь Рутении (Россия).

Ответ: Полоний (Po), Германий (Ge).

е) элемент, названный в честь мифологического персонажа;

Ряд химических элементов получил свои названия из мифологии разных народов, чаще всего древнегреческой и скандинавской. Например:

• Прометий (Pm) — элемент с атомным номером 61, назван в честь титана Прометея из древнегреческой мифологии, который похитил огонь у богов и дал его людям. Это название символизирует как опасности, так и потенциальные блага ядерной энергии.

Другие примеры: Торий (Th) в честь скандинавского бога Тора, Тантал (Ta) в честь мифического царя Тантала, Титан (Ti) в честь титанов из греческой мифологии.

Ответ: Прометий (Pm).

ж) пять элементов, названия которых связаны с Россией.

Несколько химических элементов связаны с Россией через своих первооткрывателей, место открытия или название. Вот пять из них:

1. Рутений (Ru) — элемент с атомным номером 44, открыт в 1844 году в Казанском университете профессором Карлом Клаусом и назван в честь России (Ruthenia — латинское название Руси).
2. Менделевий (Md) — элемент с атомным номером 101, назван в честь великого русского учёного Дмитрия Ивановича Менделеева.
3. Дубний (Db) — элемент с атомным номером 105, назван в честь наукограда Дубна в Московской области, где находится Объединённый институт ядерных исследований (ОИЯИ), в котором элемент был синтезирован.
4. Московий (Mc) — элемент с атомным номером 115, назван в честь Московской области, где расположен ОИЯИ.
5. Оганесон (Og) — элемент с атомным номером 118, назван в честь академика Юрия Цолаковича Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций в ОИЯИ.

Также можно упомянуть Самарий (Sm), названный в честь русского горного инженера В. Е. Самарского-Быховца, и Флеровий (Fl), названный в честь Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова в Дубне.

Ответ: Рутений (Ru), Менделевий (Md), Дубний (Db), Московий (Mc), Оганесон (Og).

7. Составьте из обозначений химических элементов слова на английском языке:

a) Moscow;

б) carbon;

в) water.

а) Moscow

Английское слово "Moscow" (Москва) можно составить, последовательно соединив обозначения следующих химических элементов из Периодической таблицы Д. И. Менделеева:
Mo – Молибден (Molybdenum), химический элемент с атомным номером 42.
S – Сера (Sulfur), химический элемент с атомным номером 16.
C – Углерод (Carbon), химический элемент с атомным номером 6.
O – Кислород (Oxygen), химический элемент с атомным номером 8.
W – Вольфрам (Tungsten), химический элемент с атомным номером 74.
Ответ: Mo - S - C - O - W.

б) carbon

Английское слово "carbon" (углерод) можно составить, последовательно соединив обозначения следующих химических элементов:
C – Углерод (Carbon), химический элемент с атомным номером 6.
Ar – Аргон (Argon), химический элемент с атомным номером 18.
B – Бор (Boron), химический элемент с атомным номером 5.
O – Кислород (Oxygen), химический элемент с атомным номером 8.
N – Азот (Nitrogen), химический элемент с атомным номером 7.
Ответ: C - Ar - B - O - N.

в) water

Английское слово "water" (вода) можно составить, последовательно соединив обозначения следующих химических элементов:
W – Вольфрам (Tungsten), химический элемент с атомным номером 74.
At – Астат (Astatine), химический элемент с атомным номером 85.
Er – Эрбий (Erbium), химический элемент с атомным номером 68.
Ответ: W - At - Er.

8. Как вы думаете, появится ли когда-нибудь в периодической таблице восьмой период? Приведите свои соображения.

Вопрос о существовании восьмого периода периодической таблицы является одним из самых интригующих в современной химии и ядерной физике. На сегодняшний день седьмой период таблицы полностью завершен элементом с атомным номером 118 — оганесоном (Og). Соответственно, гипотетические элементы 119 и 120, если они будут синтезированы, должны будут начать восьмой период.

С точки зрения квантовой механики и принципа Ауфбау (правила Клечковского), структура восьмого периода предсказывается достаточно четко. После заполнения 7p-подуровня у оганесона, электроны у следующих элементов должны начать заполнять новые энергетические уровни и подуровни в следующей последовательности:

• 8s-подуровень (элементы 119 и 120, аналоги щелочных и щелочноземельных металлов);

• 5g-подуровень (появление нового g-блока из 18 элементов, с 121 по 138);

• 6f-подуровень (аналоги лантаноидов и актиноидов, 14 элементов);

• 7d-подуровень (переходные металлы, 10 элементов);

• 8p-подуровень (постпереходные металлы, металлоиды и благородный газ, 6 элементов).

Таким образом, теоретически восьмой период может содержать $2 + 18 + 14 + 10 + 6 = 50$ элементов. Модели расширенной периодической таблицы, включающие g-блок, были предложены еще Гленном Сиборгом.

Однако, несмотря на теоретическую возможность, на пути к открытию элементов восьмого периода стоят колоссальные трудности.

Основная проблема — это ядерная нестабильность. С ростом числа протонов (атомного номера $Z$) в ядре резко возрастает сила электростатического отталкивания между ними. Сильное ядерное взаимодействие, которое удерживает нуклоны вместе, является короткодействующим и не может бесконечно компенсировать это отталкивание. В результате сверхтяжелые ядра становятся чрезвычайно нестабильными и распадаются за ничтожно малые доли секунды (микро- или наносекунды).

Надежда ученых связана с концепцией "острова стабильности". Теория предсказывает, что ядра с определенным ("магическим") числом протонов и нейтронов могут обладать значительно большим временем жизни. Один из таких островов предсказывался в районе элемента 114, и действительно, синтезированные изотопы оказались несколько стабильнее своих соседей. Следующий предполагаемый "остров" может находиться в районе $Z=120$ или $Z=126$ и "магического" числа нейтронов $N=184$, но достичь его экспериментально — сверхсложная задача.

Другим важным фактором являются релятивистские эффекты. В атомах с очень большим зарядом ядра ($Z > 100$) электроны движутся со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Это сильно изменяет электронную структуру: s- и p-орбитали сжимаются, а d- и f-орбитали расширяются. В результате может нарушиться привычный порядок заполнения оболочек, а химические свойства перестанут четко следовать периодическим закономерностям.

Наконец, существуют огромные трудности синтеза. Новые элементы получают в ускорителях путем слияния ядер. Вероятность такой реакции крайне мала и падает с ростом заряда синтезируемого ядра. Для создания элементов 8-го периода требуются пучки ионов и мишени, которые сами по себе являются редкими, дорогими и радиоактивными.

Научные группы по всему миру (в Дубне, Дармштадте, Японии) ведут активную работу по синтезу 119-го и 120-го элементов. Их успешный синтез и подтверждение официально откроют восьмой период. Таким образом, появление восьмого периода в таблице — это, скорее всего, вопрос времени и технологического прогресса. Однако на первых порах это может быть чисто формальное добавление, так как из-за чрезвычайно малого времени жизни этих элементов изучить их химические свойства (что и является основой их положения в таблице) будет практически невозможно.

Ответ: Да, весьма вероятно, что восьмой период появится в периодической таблице, так как ученые целенаправленно работают над синтезом элементов 119 и 120, которые должны его начать. Теоретические модели предсказывают его структуру, включающую новый g-блок. Главным препятствием является крайняя нестабильность ядер сверхтяжелых элементов, из-за которой их время жизни может быть чрезвычайно малым (доли секунды). Это делает их синтез и, в особенности, изучение химических свойств, невероятно сложной задачей. Поэтому, даже если восьмой период будет открыт, его элементы могут еще долго оставаться неизученными в химическом плане.

✓ Что такое молекула?

Молекула — это наименьшая электронейтральная частица вещества, которая способна к самостоятельному существованию и сохраняет его химические свойства. Молекулы являются фундаментальными строительными блоками для большинства веществ, которые нас окружают (кроме веществ с немолекулярным строением, таких как металлы или ионные кристаллы, например, поваренная соль).

Основные характеристики молекулы:

• Состав: Молекулы состоят из двух или более атомов, которые могут быть как одинаковыми, так и разными. Атомы в молекуле соединены прочными химическими связями (чаще всего ковалентными). Например, молекула воды ($H_2O$) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Молекула кислорода ($O_2$) состоит из двух одинаковых атомов кислорода.
• Химические свойства: Именно состав и структура молекулы определяют уникальные химические свойства вещества. При химических реакциях молекулы разрушаются, а из их атомов образуются новые молекулы.
• Физические свойства: Молекулы находятся в постоянном хаотическом движении. Характер этого движения определяет агрегатное состояние вещества: в газах молекулы движутся свободно и почти не взаимодействуют, в жидкостях — колеблются и перемещаются друг относительно друга, а в твёрдых телах — лишь колеблются около фиксированных положений в кристаллической решётке.

Таким образом, молекула представляет собой сложную систему, состоящую из атомных ядер и электронов, и является носителем химической информации о веществе.

Ответ: Молекула — это наименьшая частица вещества, состоящая из атомов, соединенных химическими связями, и обладающая всеми химическими свойствами этого вещества.

✓ Чем молекулы отличаются от атомов?

Атом и молекула — это фундаментальные понятия в химии и физике, описывающие строение вещества. Несмотря на то, что оба являются мельчайшими частицами, между ними существуют ключевые различия.

1. Состав и определение
Атом — это наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его свойств. Атом состоит из ядра (содержащего протоны и нейтроны) и вращающихся вокруг него электронов. Атом является химически неделимым, то есть его нельзя разложить на более простые составные части с помощью химических реакций.
Молекула — это наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства и способная к самостоятельному существованию. Молекула состоит из двух или более атомов, которые могут быть как атомами одного элемента (например, молекула кислорода `$O_2$`), так и атомами разных элементов (например, молекула воды `$H_2O$`). Атомы в молекуле соединены между собой химическими связями.

2. Химические связи
Это основное структурное различие. В атоме нет химических связей между его частями в том смысле, как они существуют в молекуле. В молекуле же атомы прочно удерживаются вместе благодаря химическим связям (например, ковалентным или ионным). Именно наличие этих связей объединяет атомы в единую, стабильную структуру.

3. Способность к самостоятельному существованию
Большинство атомов (за исключением инертных газов, таких как гелий или неон) очень активны и не могут долго существовать в свободном, изолированном состоянии. Они стремятся соединиться с другими атомами, чтобы образовать более стабильные молекулы. Молекулы же, напротив, являются стабильными частицами и могут существовать самостоятельно.

4. Делимость
Молекулу можно разделить на составляющие ее атомы в результате химической реакции. Например, молекулу метана `$CH_4$` можно разложить на один атом углерода и четыре атома водорода. Атом же можно разделить только в ходе ядерной реакции, но при этом он перестает быть атомом исходного химического элемента.

Обобщение:

• Атом — это "кирпичик" для элемента.
• Молекула — это "кирпичик" для вещества (соединения или простого вещества).
• Атом — простая частица, молекула — сложная (состоит из атомов).

Ответ: Главное отличие заключается в том, что молекула состоит из двух или более атомов, соединенных химическими связями, и является наименьшей частицей вещества. Атом же — это наименьшая, химически неделимая частица элемента, из которой строятся молекулы.