Изотопы: элемент сохраняется
Выбирай атом и наблюдай счётчики частиц. Цвета различают протоны, нейтроны и электроны.
Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.
Изотопы одного элемента
Изотопы — атомы одного элемента с одинаковым Z и разным числом нейтронов. Углерод-12, углерод-13 и углерод-14 имеют по шесть протонов, но 6, 7 и 8 нейтронов. Их массовые числа различаются.
У нейтральных атомов изотопов одинаковое число электронов и очень сходные химические свойства. Разница масс может влиять на скорости процессов, поэтому говорить о полной тождественности всех свойств было бы слишком строго.
| Изотоп | Протоны | Нейтроны | A |
|---|---|---|---|
| C-12 | 6 | 6 | 12 |
| C-13 | 6 | 7 | 13 |
| C-14 | 6 | 8 | 14 |
Изотопы различаются числом нейтронов при одинаковом Z. Их электронное строение и химические свойства очень сходны.
Почему средняя масса бывает дробной
Природный элемент может содержать несколько изотопов. Средняя масса зависит от массы каждого и его доли. В условной смеси 75 % атомов массой 35 u и 25 % массой 37 u среднее равно 35,5 u.
Это модель расчёта, а не точное описание всех природных образцов хлора. Среднее значение характеризует большую совокупность атомов. Отдельный атом не обязан иметь массу, равную среднему значению смеси.
Первый вклад
35 · 0,75 = 26,25
Второй вклад
37 · 0,25 = 9,25
Среднее
26,25 + 9,25 = 35,5
Средняя атомная масса зависит от изотопного состава. Дробное среднее не означает дробного числа нуклонов в ядре.
Периодическая система химических элементов
В периодической системе находят символы элементов и значения относительных атомных масс.
Cepheus · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Электронные уровни натрия
Натрий: распределение электронов 2, 8, 1. Круги условно обозначают уровни и не являются траекториями электронов.
Pumbaa; исходная работа Greg Robson · Wikimedia Commons · CC BY-SA 2.0 UK. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Радиоактивность меняет ядро
Некоторые ядра неустойчивы и самопроизвольно превращаются с испусканием излучения. Это радиоактивность. При таких превращениях может измениться состав ядра, а значит и химический элемент; обычная химическая реакция ядра не перестраивает.
Не все изотопы радиоактивны: C-12 и C-13 стабильны, C-14 радиоактивен. Слово «изотоп» описывает соотношение Z и N, а слово «радиоактивный» — устойчивость ядра. Эти понятия нельзя заменять друг другом.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Химическая реакция | Меняются связи и электронное окружение | Ядра сохраняются |
| Радиоактивное превращение | Меняется ядро | Возможно появление другого элемента |
Радиоактивность связана с неустойчивостью ядер. Наличие изотопов не означает обязательную радиоактивность элемента.
Период полураспада — свойство совокупности
За один период полураспада в большой совокупности остаётся примерно половина исходных радиоактивных ядер. За два — четверть, за три — восьмая часть. Это статистическая закономерность, а не расписание распада каждого отдельного атома.
Изотопы применяют как метки и для исследования возраста материалов. Метод выбирают по свойствам конкретного изотопа и объекта. Измерение распада требует профессиональных приборов и не сводится к наблюдению цвета или запаха вещества.
Начало
100 % исходных ядер.
Один период
Около 50 %.
Два периода
Около 25 %.
Три периода
Около 12,5 %.
Период полураспада описывает изменение большого числа ядер. Момент распада отдельного ядра заранее не задаётся.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 8 класс», § 35. Материал переработан для объяснения; источник: 8 класс. Химия — § 35. Изотопы. Явление радиоактивности.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах