Страница 195 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Какие сведения о строении атома химического элемента можно получить на основании его положения в периодической таблице Д. И. Менделеева?

Положение химического элемента в периодической таблице Д. И. Менделеева позволяет получить ключевые сведения о строении его атома. Эта информация заложена в его "координатах": порядковом номере, номере периода и номере группы.

Порядковый номер элемента ($Z$) численно равен заряду ядра атома, то есть количеству протонов ($p^+$) в нем. Поскольку атом в целом электронейтрален, число протонов равно общему числу электронов ($e^−$) в электронной оболочке. Таким образом, порядковый номер напрямую указывает на состав атома.

Номер периода, в котором расположен элемент, соответствует количеству энергетических уровней (электронных слоев), на которых располагаются электроны в атоме. Например, у всех элементов 3-го периода электроны распределены по трем энергетическим уровням.

Номер группы для элементов главных подгрупп (А-групп) указывает на количество электронов на внешнем энергетическом уровне. Эти электроны называются валентными, и именно они определяют химические свойства элемента, его валентность и характерные степени окисления. Например, у углерода (C), элемента IV группы главной подгруппы, на внешнем уровне находится 4 валентных электрона. Для элементов побочных подгрупп (Б-групп) номер группы чаще всего соответствует их высшей степени окисления.

Таким образом, комплексный анализ положения элемента в таблице позволяет не только определить состав атома (число протонов и электронов) и распределение электронов по энергетическим уровням, но и спрогнозировать его химическое поведение.

Ответ: На основании положения химического элемента в периодической таблице можно определить: заряд ядра, общее число протонов и электронов в атоме (соответствует порядковому номеру); количество энергетических уровней в электронной оболочке (соответствует номеру периода); число электронов на внешнем энергетическом уровне, или валентных электронов (для элементов главных подгрупп соответствует номеру группы), а также предсказать его высшую валентность и характерные химические свойства.

2. Число каких частиц в ядре атома химического элемента можно узнать по его порядковому номеру?

Решение

Атом любого химического элемента состоит из атомного ядра и вращающихся вокруг него электронов. Атомное ядро, в свою очередь, состоит из двух типов частиц: протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный электрический заряд, а нейтроны электрически нейтральны. Совокупность протонов и нейтронов называют нуклонами.

Ключевой характеристикой химического элемента является его порядковый номер в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Этот номер также называют атомным номером или зарядовым числом ядра и обычно обозначают буквой $Z$.

По определению, порядковый номер элемента численно равен количеству протонов в ядре его атома. Именно число протонов определяет, к какому химическому элементу относится атом.

Например, у водорода (H) порядковый номер $Z=1$, значит в ядре его атома находится 1 протон. У гелия (He) $Z=2$, значит в ядре 2 протона. У кислорода (O) $Z=8$, значит в ядре 8 протонов.

Число нейтронов ($N$) в ядре по одному лишь порядковому номеру определить невозможно. Атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов — такие разновидности атомов называются изотопами. Чтобы найти число нейтронов, нужно знать массовое число атома ($A$), которое равно сумме числа протонов и нейтронов: $A = Z + N$. Тогда число нейтронов можно вычислить как $N = A - Z$.

Таким образом, зная порядковый номер химического элемента, можно однозначно определить только число протонов в ядре его атома.

Ответ: По порядковому номеру химического элемента можно узнать число протонов в ядре его атома.

3. Какое из чисел, приведённых в периодической таблице, указывает на число электронов в электронной оболочке атома данного элемента?

Решение

Атом любого химического элемента состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые движутся вокруг него, образуя электронную оболочку. Ядро, в свою очередь, состоит из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (нейтральных частиц).

Атом в своем нормальном состоянии является электронейтральным. Это означает, что суммарный положительный заряд ядра равен суммарному отрицательному заряду всех электронов. Заряд одного протона по абсолютной величине равен заряду одного электрона. Следовательно, для сохранения электронейтральности число протонов в ядре должно быть равно числу электронов в электронной оболочке атома.

В периодической таблице химических элементов Д.И. Менделеева каждый элемент имеет свой уникальный порядковый номер (также называемый атомным номером или зарядовым числом, обозначается буквой $Z$). Этот номер как раз и определяет количество протонов в ядре атома данного элемента.

Таким образом, порядковый номер элемента в периодической таблице показывает:

• Количество протонов в ядре атома.
• Заряд ядра атома (в единицах элементарного заряда).
• Количество электронов в электронной оболочке нейтрального атома.

Например, элемент кислород (O) имеет порядковый номер 8. Это значит, что в ядре его атома содержится 8 протонов, и, следовательно, в его электронной оболочке находится 8 электронов.

Ответ:

Число, указывающее на количество электронов в электронной оболочке атома данного элемента, — это его порядковый (атомный) номер в периодической таблице.

1. Изотопы одного и того же химического элемента различаются

1) числом электронов

2) числом протонов

3) числом нейтронов

4) зарядом ядра

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента. По определению, атомы одного химического элемента имеют одинаковое количество протонов в ядре. Это количество протонов (зарядовое число $Z$) определяет порядковый номер элемента в периодической системе Д. И. Менделеева.

Массовое число атома $A$ представляет собой сумму числа протонов $Z$ и числа нейтронов $N$ в ядре: $A = Z + N$.

Изотопы одного и того же элемента имеют одинаковое число протонов ($Z = \text{const}$), но разное массовое число $A$, так как они содержат в своих ядрах разное число нейтронов $N$.

Проанализируем предложенные варианты:

1) числом электронов
В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов. Атомы, различающиеся числом электронов, являются ионами, а не изотопами. Поэтому этот вариант неверен.

2) числом протонов
Число протонов определяет сам химический элемент. Если бы атомы различались числом протонов, они бы принадлежали к разным химическим элементам. В условии же говорится об изотопах одного и того же элемента. Следовательно, этот вариант неверен.

4) зарядом ядра
Заряд ядра определяется числом протонов. Поскольку у изотопов одного элемента число протонов одинаково, то и заряд их ядер также одинаков. Этот вариант неверен.

3) числом нейтронов
Так как у изотопов одинаковое число протонов ($Z$), но разное массовое число ($A$), то они должны различаться именно числом нейтронов ($N = A - Z$). Например, изотопы водорода — протий ($_{1}^{1}\text{H}$), дейтерий ($_{1}^{2}\text{H}$) и тритий ($_{1}^{3}\text{H}$) — все имеют по одному протону, но содержат 0, 1 и 2 нейтрона соответственно. Этот вариант является правильным.

Ответ: 3) числом нейтронов.

2. Ядро атома $_\text{13}^\text{27}\text{Al}$ содержит

1) 27 протонов и 13 нейтронов

2) 13 протонов и 14 нейтронов

3) 14 протонов и 13 нейтронов

4) 13 протонов и 27 нейтронов

Дано:

Ядро атома алюминия $_{13}^{27}\textrm{Al}$.

Найти:

Количество протонов ($p$) и нейтронов ($N$) в ядре.

Решение:

Для обозначения ядра химического элемента используется стандартная запись $_{Z}^{A}X$. В этой записи $A$ — это массовое число, равное общему числу протонов и нейтронов (нуклонов) в ядре, а $Z$ — это зарядовое число (атомный номер), равное числу протонов в ядре. Число протонов однозначно определяет химический элемент.

В нашем случае мы имеем атом алюминия $_{13}^{27}\textrm{Al}$.

Из этой записи мы можем определить, что массовое число $A = 27$, а зарядовое число $Z = 13$.

Количество протонов ($p$) в ядре равно зарядовому числу $Z$.

$p = Z = 13$.

Количество нейтронов ($N$) можно вычислить как разность между массовым числом $A$ и числом протонов $Z$. Формула для вычисления числа нейтронов:

$N = A - Z$

Подставляем значения для алюминия:

$N = 27 - 13 = 14$.

Таким образом, ядро атома $_{13}^{27}\textrm{Al}$ содержит 13 протонов и 14 нейтронов. Этот результат соответствует варианту ответа под номером 2.

Ответ: 13 протонов и 14 нейтронов.

Используя ресурсы Интернета, ознакомьтесь с биографиями Анри Беккереля, Эрнеста Резерфорда и Марии Склодовской-Кюри.

Анри Беккерель

Антуан Анри Беккерель (1852–1908) — французский физик, чье имя неразрывно связано с одним из величайших открытий в истории науки. Он родился в Париже в династии ученых: его дед, отец и сын также были известными физиками. Сам Анри пошел по их стопам, став профессором физики в Политехнической школе и в Музее естественной истории в Париже.

Ключевое открытие Беккереля произошло в 1896 году. Заинтересовавшись рентгеновскими лучами, открытыми незадолго до этого Вильгельмом Рентгеном, Беккерель решил проверить, не сопровождается ли явление фосфоресценции (свечения некоторых веществ после облучения светом) испусканием подобных лучей. Он использовал соли урана, известные своими фосфоресцентными свойствами. В ходе одного из экспериментов из-за пасмурной погоды он не смог облучить соль урана солнечным светом и убрал ее в ящик стола, положив на фотопластинку, завернутую в плотную черную бумагу. Проявив пластинку через несколько дней, он, к своему удивлению, обнаружил на ней четкое изображение кристалла соли. Это означало, что уран испускает невидимое проникающее излучение самостоятельно, без какого-либо внешнего воздействия, такого как солнечный свет.

Это явление, позже названное Марией Кюри "радиоактивностью", открыло новую эру в физике. За свое открытие спонтанной радиоактивности Анри Беккерель в 1903 году был удостоен Нобелевской премии по физике, разделив ее с Пьером и Марией Кюри. В его честь названа единица измерения активности радиоактивного источника в системе СИ — беккерель (Бк).

Ответ: Анри Беккерель — французский физик, открывший явление спонтанной радиоактивности, за что был удостоен Нобелевской премии по физике в 1903 году.

Эрнест Резерфорд

Эрнест Резерфорд (1871–1937) — британский физик новозеландского происхождения, по праву считающийся "отцом ядерной физики". Его работы заложили основу для понимания строения атома и природы радиоактивности. После окончания университета в Новой Зеландии он переехал в Англию, где работал в Кавендишской лаборатории под руководством Дж. Дж. Томсона, а затем в Канаде и Манчестере, прежде чем вернуться в Кембридж в качестве директора Кавендишской лаборатории.

Резерфорд внес огромный вклад в изучение радиоактивности. Он классифицировал излучение на альфа- и бета-лучи, доказал, что альфа-частицы являются ядрами атомов гелия, и ввел понятие периода полураспада. Его самый известный эксперимент, проведенный в 1909 году его учениками Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом, заключался в бомбардировке тонкой золотой фольги альфа-частицами. Наблюдая за тем, как некоторые частицы отклоняются на большие углы, а некоторые даже отскакивают назад, Резерфорд в 1911 году пришел к выводу, что атом не является однородным. Он предложил планетарную модель атома: в центре находится очень маленькое, плотное, положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, а вокруг него по орбитам вращаются легкие отрицательно заряженные электроны.

В 1908 году Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии "за исследования в области распада элементов и химии радиоактивных веществ". В 1919 году он осуществил первую в истории искусственную ядерную реакцию, превратив атомы азота в атомы кислорода при бомбардировке их альфа-частицами, и в ходе этих экспериментов открыл протон.

Ответ: Эрнест Резерфорд — "отец ядерной физики", создатель планетарной модели атома, открывший протон и осуществивший первую искусственную ядерную реакцию; лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года.

Мария Склодовская-Кюри

Мария Склодовская-Кюри (1867–1934) — выдающаяся ученая польского и французского происхождения, чья жизнь была посвящена науке. Родившись в Варшаве, входившей тогда в состав Российской империи, она столкнулась с ограничениями на получение высшего образования для женщин и переехала в Париж, где поступила в Сорбонну. Она стала первой женщиной-преподавателем в истории этого университета.

Вдохновленная открытием Беккереля, Мария Кюри решила сделать исследование "лучей урана" темой своей докторской диссертации. К ней присоединился ее муж, Пьер Кюри. Они обнаружили, что урановая руда (уранинит) излучает значительно сильнее, чем чистый уран. Это навело их на мысль о существовании в руде неизвестных, гораздо более радиоактивных элементов. В результате титанической работы по переработке тонн руды в примитивных лабораторных условиях в 1898 году они объявили об открытии двух новых элементов: полония, названного в честь родины Марии — Польши, и радия, названного так из-за его чрезвычайно высокой радиоактивности. Именно Мария ввела в науку термин "радиоактивность".

Мария Склодовская-Кюри стала иконой науки. Она — первая женщина, получившая Нобелевскую премию, и первый человек в истории, удостоенный этой награды дважды в разных научных областях. В 1903 году она разделила Нобелевскую премию по физике с Анри Беккерелем и Пьером Кюри за совместные исследования явления радиации. В 1911 году она получила единоличную Нобелевскую премию по химии за открытие радия и полония и выделение чистого радия. Во время Первой мировой войны она организовала мобильные рентгеновские пункты, "маленькие Кюри", которые помогли спасти жизни множества солдат. Ее работа с радиоактивными веществами без должных мер предосторожности подорвала ее здоровье, и она умерла от апластической анемии.

Ответ: Мария Склодовская-Кюри — выдающийся физик и химик, пионер в исследовании радиоактивности, первооткрывательница элементов полония и радия, первая женщина — нобелевский лауреат и единственный человек, получивший Нобелевскую премию в двух разных научных дисциплинах (физика в 1903 г. и химия в 1911 г.).