Страница 118 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

7. Напишите изотопы следующих элементов:

a) $\text{Cl}$

__________

__________

б) $\text{K}$

__________

__________

в) $\text{Ar}$

__________

__________

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, которые имеют одинаковое число протонов в ядре (и, следовательно, одинаковый атомный номер $Z$), но отличаются числом нейтронов ($N$). Из-за этого у изотопов одинаковые химические свойства, но разное массовое число ($A = Z + N$).

а) Хлор (Cl) имеет атомный номер $Z=17$. Это означает, что в ядре любого атома хлора содержится 17 протонов. Наиболее распространенными в природе стабильными изотопами хлора являются хлор-35 и хлор-37.
• Изотоп хлор-35, обозначаемый как $ ^{35}_{17}Cl $, имеет массовое число $A=35$. Число нейтронов в его ядре составляет $N = A - Z = 35 - 17 = 18$.
• Изотоп хлор-37, обозначаемый как $ ^{37}_{17}Cl $, имеет массовое число $A=37$. Число нейтронов в его ядре составляет $N = A - Z = 37 - 17 = 20$.
Ответ: $ ^{35}_{17}Cl $ и $ ^{37}_{17}Cl $.

б) Калий (K) имеет атомный номер $Z=19$, то есть в ядре каждого атома калия находится 19 протонов. В природе существуют три изотопа калия, два из которых стабильны: калий-39 и калий-41.
• Изотоп калий-39 ($ ^{39}_{19}K $) имеет массовое число $A=39$. Число нейтронов в его ядре: $N = 39 - 19 = 20$.
• Изотоп калий-41 ($ ^{41}_{19}K $) имеет массовое число $A=41$. Число нейтронов в его ядре: $N = 41 - 19 = 22$.
Ответ: $ ^{39}_{19}K $ и $ ^{41}_{19}K $.

в) Аргон (Ar) — это химический элемент с атомным номером $Z=18$. Соответственно, ядро любого атома аргона содержит 18 протонов. Наиболее распространенными изотопами аргона, встречающимися в земной атмосфере, являются аргон-40 и аргон-36.
• Изотоп аргон-40 ($ ^{40}_{18}Ar $) имеет массовое число $A=40$. Число нейтронов в ядре: $N = 40 - 18 = 22$.
• Изотоп аргон-36 ($ ^{36}_{18}Ar $) имеет массовое число $A=36$. Число нейтронов в ядре: $N = 36 - 18 = 18$.
Ответ: $ ^{40}_{18}Ar $ и $ ^{36}_{18}Ar $.

1. Напишите знаки изотопов водорода и их названия (используйте различные источники информации).

1) ________

2) ________

3) ________

Как вы думаете, почему, в отличие от изотопов других элементов, изотопам водорода даны названия?

1) Знак: $_1^1H$, название: протий.

2) Знак: $_1^2H$ (или D), название: дейтерий.

3) Знак: $_1^3H$ (или T), название: тритий.

Ответ: Знаки и названия изотопов водорода: 1) $_1^1H$ — протий; 2) $_1^2H$ (D) — дейтерий; 3) $_1^3H$ (T) — тритий.

Как вы думаете, почему, в отличие от изотопов других элементов, изотопам водорода даны названия?

Изотопам водорода даны собственные названия (протий, дейтерий, тритий) в отличие от изотопов других элементов, которые обычно именуются с указанием массового числа (например, уран-235). Это обусловлено уникально большой относительной разницей в массах изотопов водорода.

Масса атома дейтерия (массовое число $A=2$) почти в два раза, а трития (массовое число $A=3$) — почти в три раза превышает массу атома протия (массовое число $A=1$). Относительное различие в массе между протием и дейтерием составляет $\frac{2-1}{1} \cdot 100\% = 100\%$. Для сравнения, разница масс между изотопами урана-235 и урана-238 составляет лишь около 1,3%.

Такая существенная разница в массах приводит к заметным различиям в физических и химических свойствах — так называемому изотопному эффекту. Например, «тяжёлая вода» ($D_2O$), образованная дейтерием, имеет более высокие температуры кипения (101,4 °C) и плавления (3,82 °C) по сравнению с обычной водой ($H_2O$). Скорости химических реакций с участием разных изотопов водорода также значительно отличаются.

Эти свойства были обнаружены на ранних этапах развития химии и физики и имели большое научное и практическое значение (например, в ядерной энергетике). Поэтому исторически сложилось так, что этим изотопам присвоили уникальные имена и даже отдельные химические символы (D и T) для удобства их различения.

Ответ: Изотопам водорода даны собственные названия из-за того, что их массы различаются в 2 и 3 раза — это самая большая относительная разница масс среди изотопов всех химических элементов. Это приводит к существенным и легко наблюдаемым различиям в их физических и химических свойствах (изотопный эффект), что исторически обусловило необходимость и удобство использования для них уникальных имен и символов.

2. Заполните таблицу.

Изотопы некоторых химических элементов

Элемент

Изотопы

Нуклоны

$ _1^1p $

$ _0^1n $

1)

2)

17

18

17

20

Аргон

1)

2)

1)

2)

19

Для заполнения таблицы необходимо использовать основные определения, связанные со строением атомного ядра.

Атомный номер (зарядовое число) $Z$ — это количество протонов ($^{1}_{1}p$) в ядре атома. Он определяет, к какому химическому элементу относится атом.

Массовое число $A$ — это общее количество нуклонов (протонов и нейтронов $^{1}_{0}n$) в ядре. Массовое число вычисляется по формуле $A = Z + N$, где $N$ — число нейтронов.

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, которые имеют одинаковое число протонов ($Z$), но разное число нейтронов ($N$). Следовательно, изотопы имеют одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. Стандартное обозначение изотопа: $^{A}X$, где $X$ — символ элемента, а $A$ — его массовое число.

Заполнение первой строки таблицы

Дано:

Изотоп 1: число протонов $Z_1 = 17$, число нейтронов $N_1 = 18$.

Изотоп 2: число протонов $Z_2 = 17$, число нейтронов $N_2 = 20$.

Найти:

Название химического элемента и обозначения его изотопов.

Решение:

1. Химический элемент определяется числом протонов в ядре. Так как в обоих случаях число протонов $Z = 17$, обратимся к периодической таблице элементов. Элемент с атомным номером 17 — это Хлор (Cl).

2. Найдём массовые числа для каждого изотопа по формуле $A = Z + N$.

3. Для первого изотопа массовое число $A_1 = 17 + 18 = 35$. Обозначение этого изотопа — $^{35}Cl$.

4. Для второго изотопа массовое число $A_2 = 17 + 20 = 37$. Обозначение этого изотопа — $^{37}Cl$.

Ответ: Элемент — Хлор. Изотоп 1) $^{35}Cl$, Изотоп 2) $^{37}Cl$.

Заполнение второй строки таблицы

Дано:

Химический элемент — Аргон (Ar).

Найти:

Обозначения двух различных изотопов аргона, а также число протонов и нейтронов в их ядрах.

Решение:

1. Находим Аргон (Ar) в периодической таблице. Его атомный номер $Z = 18$. Это означает, что в ядре любого изотопа аргона содержится 18 протонов.

2. Для заполнения таблицы необходимо выбрать два любых существующих изотопа аргона. Возьмем для примера распространенные изотопы: аргон-38 и аргон-40.

3. Для первого изотопа, аргона-38 ($^{38}Ar$):

- Обозначение изотопа: $^{38}Ar$.

- Число протонов $Z = 18$.

- Массовое число $A = 38$.

- Число нейтронов вычисляем как $N = A - Z = 38 - 18 = 20$.

4. Для второго изотопа, аргона-40 ($^{40}Ar$):

- Обозначение изотопа: $^{40}Ar$.

- Число протонов $Z = 18$.

- Массовое число $A = 40$.

- Число нейтронов вычисляем как $N = A - Z = 40 - 18 = 22$.

Ответ: Изотоп 1) $^{38}Ar$, нуклоны: 18 протонов, 20 нейтронов. Изотоп 2) $^{40}Ar$, нуклоны: 18 протонов, 22 нейтрона.

Заполнение третьей строки таблицы

Дано:

Число протонов в ядре атома $Z = 19$.

Найти:

Название химического элемента, обозначения двух его изотопов, число протонов (для второго изотопа) и число нейтронов для обоих изотопов.

Решение:

1. Элемент с атомным номером $Z = 19$ в периодической таблице — это Калий (K).

2. Поскольку оба изотопа относятся к одному элементу, у второго изотопа также будет 19 протонов.

3. Выберем два стабильных изотопа калия для примера: калий-39 и калий-41.

4. Для первого изотопа, калия-39 ($^{39}K$):

- Обозначение изотопа: $^{39}K$.

- Число протонов $Z = 19$.

- Массовое число $A = 39$.

- Число нейтронов $N = A - Z = 39 - 19 = 20$.

5. Для второго изотопа, калия-41 ($^{41}K$):

- Обозначение изотопа: $^{41}K$.

- Число протонов $Z = 19$.

- Массовое число $A = 41$.

- Число нейтронов $N = A - Z = 41 - 19 = 22$.

Ответ: Элемент — Калий. Изотоп 1) $^{39}K$, нуклоны: 19 протонов, 20 нейтронов. Изотоп 2) $^{41}K$, нуклоны: 19 протонов, 22 нейтрона.

Итоговая заполненная таблица:

3. Приведите знаки трёх пар химических элементов, которые расположены в периодической таблице с нарушением порядка увеличения их атомных масс.

1) _______

2) _______

3) _______

Аргументируйте объективность такого порядка.

1) Аргон ($Ar$) и Калий ($K$)

Аргон (порядковый номер $Z=18$) имеет относительную атомную массу $A_r(Ar) \approx 39,948$ а.е.м., а следующий за ним в таблице Калий (порядковый номер $Z=19$) имеет меньшую атомную массу $A_r(K) \approx 39,098$ а.е.м. Таким образом, аргон расположен перед калием с нарушением порядка возрастания атомных масс.

Ответ: $Ar$ и $K$.

2) Кобальт ($Co$) и Никель ($Ni$)

Кобальт ($Z=27$) имеет относительную атомную массу $A_r(Co) \approx 58,933$ а.е.м., в то время как Никель ($Z=28$) имеет атомную массу $A_r(Ni) \approx 58,693$ а.е.м. Элемент с меньшим порядковым номером (кобальт) оказывается тяжелее, чем следующий за ним (никель).

Ответ: $Co$ и $Ni$.

3) Теллур ($Te$) и Йод ($I$)

Теллур ($Z=52$) имеет относительную атомную массу $A_r(Te) \approx 127,60$ а.е.м., а Йод ($Z=53$) - $A_r(I) \approx 126,90$ а.е.м. Теллур, находясь в таблице перед йодом, обладает большей атомной массой.

Ответ: $Te$ и $I$.

Аргументируйте объективность такого порядка.

Современная формулировка периодического закона, предложенная Генри Мозли, гласит, что свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда их атомных ядер (то есть от порядкового номера элемента), а не от их атомной массы, как считалось изначально. Порядковый номер элемента соответствует количеству протонов в ядре и однозначно определяет элемент.

Указанные "аномалии" в расположении элементов возникают из-за особенностей природного изотопного состава. Относительная атомная масса элемента — это средняя масса его атомов с учётом распространенности природных изотопов. Например, в природе преобладает более тяжелый изотоп аргона ($^{40}Ar$), в то время как у калия основной изотоп легче ($^{39}K$). Это приводит к тому, что средняя атомная масса аргона оказывается больше, чем у калия.

Размещение элементов в таблице строго по возрастанию порядкового номера (заряда ядра) является объективным и единственно верным, так как оно отражает фундаментальную закономерность — периодичность изменения строения электронных оболочек атомов. Именно строение внешнего электронного слоя определяет химические свойства элемента. Такой порядок обеспечивает расположение элементов со сходными химическими свойствами в одних и тех же группах (например, щелочной металл калий находится под натрием, а инертный газ аргон — под неоном). Если бы элементы располагались по атомной массе, эта важнейшая химическая периодичность была бы нарушена.

Ответ: Объективность такого порядка расположения элементов обусловлена тем, что фундаментальной характеристикой элемента, определяющей его химические свойства и место в периодической системе, является заряд ядра (порядковый номер), а не относительная атомная масса, которая зависит от изотопного состава элемента в природе.