Изобары это в химии кратко
Обновлено: 05.07.2024
Окружающий нас мир построен из множества атомов различных элементов. Их размеры очень малы. Диаметр самого легкого атома водорода составляет одну стомиллионную часть сантиметра.
Атом – мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая все его свойства. По своей структуре атом (размер примерно 10 -8 см) представляет сложную систему, состоящую из находящегося в центре атома положительно заряженного ядра (10 -13 см) и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра на различных орбитах. Радиус атома равен радиусу орбиты самого удаленного от ядра электрона [Белов А.Д., 1999]. Отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра, при этом атом в целом электрически нейтрален.
В 1911 году Э. Резерфорд предложил планетарную модель строения атома, которая была развита Н. Бором (1913). Согласно этой модели, в центре атома расположено ядро, имеющее положительный электрический заряд. Вокруг ядра перемещаются по эллиптическим орбитам электроны, образующие электронную оболочку атома.
Любой атом состоит из элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов, которые в свободном состоянии характеризуются такими физическими величинами, как масса, электрический заряд (или его отсутствие), устойчивость, скорость т.д. Массу ядер и элементарных частиц обычно выражают в атомных единицах массы (а.е.м.), за единицу принята 1\12массы атомы углерода ( 12 С).
1 а.е.м. = 1,67*10 -27 кг
Энергия выражается в электрон-вольтах (эВ), один электрон-вольт равен кинетической энергии, которую приобретает электрон (или любая элементарная частица вещества, имеющая заряд) при прохождении электрического поля с разностью потенциалов в один вольт.
1эВ = 1,602*10 -19 Кл
Атомное ядро – центральная часть атома, в которой сосредоточена почти вся масса (99,9%). Атомное ядро состоит из двух типов элементарных частиц – протонов и нейтронов. Общее название их – нуклон. Протон и электрон относятся к так называемым устойчивым и стабильным частицам, нейтрон стабилен, лишь находясь в ядре.
Суммарное число протонов и нейтронов в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А (или М). Так как заряд нейтрона равен нулю, а протон имеет элементарный положительный заряд +1, то заряд ядра равен числу находящихся в нем протонов, которое называется зарядовым числом (Z) или атомным номером. Число нейтронов в ядре равно разности между массовым А числом и атомным номером Z элемента: N = A-Z ( А ZX).
Электрический заряд (q) ядра равен произведению элементарного электрического заряда (е) на атомный номер (Z) химического элемента периодической системы Д.И. Менделеева:
q = Ze
Ядерные силы.
Для ядерных сил характерно свойство насыщения, которое заключается в том, что нуклон оказывается способным к ядерному взаимодействию одновременно только с незначительным числом соседних нуклон, что указывает на возможную природу ядерных сил, как сил обменного типа.
Основные свойства ядерных сил объясняются тем, что нуклоны обмениваются между собой частицами массой немногим более 200 электронных масс (X. Юкава, 1935г), такие частицы обнаружены экспериментально (1947) и названы π-мезонами или пионами (существуют положительные, отрицательные и нейтральные π-мезоны). Мезоны не являются составными частями протонов и нейтронов, а испускаются и поглощаются ими (подобно тому, как атомы испускают и поглощают кванты электромагнитного излучения), при этом протон, испустивший положительный пион, превращается в нейтрон, а нейтрон после захвата пиона превращается в протон. Все эти процессы обеспечивают сильное взаимодействие и тем самым устойчивость ядер.
Протон (р) – элементарная частица, входящая в состав любого атомного ядра, имеющая положительный заряд равный единичному элементарному заряду +1 (1,602*10 -19 Кл). Масса покоя протона составляет 1,00758 а.е.м. или 938,27 МэВ.
Число протонов в ядре (атомный номер) для каждого элемента строго постоянно и соответствует порядковому номеру элемента (Z) таблицы Д.И. Менделеева. Так как каждый протон имеет положительный элементарный заряд электричества, то атомный номер элемента показывает и число положительных элементарных зарядов в ядре любого атома химического элемента. Порядковый номер элемента еще называют зарядовым числом. Число протонов в ядре определяет число электронов в оболочке атома (но не наоборот) и соответственно строение электронных оболочек и химические свойства элементов.
Нейтрон (n) – электрически нейтральная элементарная частица (отсутствует лишь в ядре легкого водорода), масса покоя которой равна 1,00898 а.е.м. или 939,57 МэВ. Масса нейтрона больше массы протона на две электронные массы. В атомном ядре нейтроны являются стабильными, их число (N) в ядре атома одного и того же элемента может колебаться, что дает в основном только физическую характеристику элемента [Белов А.Д., 1999].
Электрон – стабильная элементарная частица, имеющая массу покоя, равной 0,000548 а.е.м., а в абсолютных единицах массы - 9,1*10 -28 кг. Энергетический эквивалент а.е.м. электрона равен 0,511 МэВ и элементарный электрический заряд – 1,602*10 -19 Кл.
Электроны двигаются вокруг ядра по орбиталям определенной формы и радиуса. Орбиты группируются в электронные слои (максимально может быть семь: K, L, M, N, O, P,Q). Наименьшее число электронов, которое может находиться на орбиталях одного слоя, определяется квантовым соотношением:
m=2n 2 ,
где n – главное квантовое число (в данном случае совпадает с номером слоя. Следовательно в К-слое (n=1) может находиться 2 электрона, в L-слое (n=2) – 8 электронов и так далее.
Основную роль во взаимодействии электронов с атомным ядром играют электромагнитные силы (силы кулоновского притяжения разноименных электрических зарядов). Чем ближе к ядру находится электрон, тем больше его потенциальная энергия (энергия связи с ядром) и меньше кинетическая энергия (энергия вращения электрона). Соответственно электроны с внешней орбиты (энергия связи около 1-2 эВ) сорвать легче, чем с внутренней.
Атом, обладающий избытком энергии, называется ВОЗБУЖДЕННЫМ, а переход электронов с одного энергетического уровня на другой, более удаленным, от ядра - процессом ВОЗБУЖДЕНИЯ.
Поскольку в природе всякая система стремится перейти в положение, при котором ее энергия будет наименьшей, то и атом из возбужденного состояния переходит первоначальное.
Возращение атома в обычное состояние сопровождается делением избыточной энергии. Переход электронов из внешних орбит на внутренние сопровождается рентгеновым излучением с длиной волны, характерной для каждого энергетического уровня данного атома (характеристическое рентгеновское излучение).
Переходы электронов в пределах внешних орбит дают оптический спектр, который состоит из ультрафиолетовых, световых и инфракрасных лучей.
При сильных электрических воздействиях электроны вырываются из атома и удаляются за его пределы.
Атом, лишившийся одного или нескольких электронов, превращается в положительный ион, а присоединивший к себе один или несколько электронов - в отрицательный.
Следовательно, на каждый положительный ион образуется один отрицательный ион, т. е. возникает пара ионов.
Процесс образования ионов из нейтральных атомов называется ионизацией. В обычных условиях атом в состоянии иона существует очень короткое время. Свободное место на орбите положительного иона заполняется свободным электроном, и атом вновь становится электрически нейтральной системой. Этот процесс носит название рекомбинации ионов (деионизации) и сопровождается выделением избыточной энергии в виде излучения.
Изотопы, изотоны, изобары.
Большинство элементов в природе представляет собой смесь разновидностей атомов, ядра которых содержат неодинаковое число нейтронов, т.е. различаются по массе.
Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, являются разновидностями одного и того же химического элемента и называются изотопами. Такие элементы имеют одинаковый номер в таблице Д.И. Менделеева, но разное массовое число ( 39 19К, 40 19К, 41 19К).
Различают стабильные и нестабильные (радиоактивные) изотопы. К первым относятся такие изотопы, ядра которых при отсутствии внешних воздействий не претерпевают никаких превращений, ко вторым – изотопы, ядра которых могут самопроизвольно (без внешнего воздействия) распадаться, образуя при этом ядра атомов других элементов. Ядра всех изотопов химических элементов принято называть нуклидами, нестабильные нуклиды называются радионуклидами. Начиная с 83-го элемента т. Менделеева - все изотопы элементов радиоактивны. Известно свыше 1200.
Атомные ядра разных элементов с равным числом нейтронов называют изотонами. Например 13 6С имеет шесть протонов и семь нейтронов, 14 7N имеет семь протонов и тоже семь нейтронов.
Атомные ядра, разных элементов с одинаковым массовым числом, но с разным атомным номером (т.е. состоящие из одинакового числа нуклонов при разном соотношении протонов и нейтронов) называются изобарами.
Лекция 2. ФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АТОМОВ. ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ И РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД ЯДЕР.
1. Строение атома. Элементарные частицы.
2. Виды радиоактивного распада.
3. Закон радиоактивного распада.
Вопрос 1. Строение атома. Элементарные частицы
Окружающий нас мир построен из множества атомов различных элементов. Их размеры очень малы. Диаметр самого легкого атома водорода составляет одну стомиллионную часть сантиметра.
Атом – мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая все его свойства. По своей структуре атом (размер примерно 10 -8 см) представляет сложную систему, состоящую из находящегося в центре атома положительно заряженного ядра (10 -13 см) и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра на различных орбитах. Радиус атома равен радиусу орбиты самого удаленного от ядра электрона [Белов А.Д., 1999]. Отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра, при этом атом в целом электрически нейтрален.
В 1911 году Э. Резерфорд предложил планетарную модель строения атома, которая была развита Н. Бором (1913). Согласно этой модели, в центре атома расположено ядро, имеющее положительный электрический заряд. Вокруг ядра перемещаются по эллиптическим орбитам электроны, образующие электронную оболочку атома.
Любой атом состоит из элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов, которые в свободном состоянии характеризуются такими физическими величинами, как масса, электрический заряд (или его отсутствие), устойчивость, скорость т.д. Массу ядер и элементарных частиц обычно выражают в атомных единицах массы (а.е.м.), за единицу принята 1\12массы атомы углерода ( 12 С).
1 а.е.м. = 1,67*10 -27 кг
Энергия выражается в электрон-вольтах (эВ), один электрон-вольт равен кинетической энергии, которую приобретает электрон (или любая элементарная частица вещества, имеющая заряд) при прохождении электрического поля с разностью потенциалов в один вольт.
1эВ = 1,602*10 -19 Кл
Атомное ядро – центральная часть атома, в которой сосредоточена почти вся масса (99,9%). Атомное ядро состоит из двух типов элементарных частиц – протонов и нейтронов. Общее название их – нуклон. Протон и электрон относятся к так называемым устойчивым и стабильным частицам, нейтрон стабилен, лишь находясь в ядре.
Суммарное число протонов и нейтронов в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А (или М). Так как заряд нейтрона равен нулю, а протон имеет элементарный положительный заряд +1, то заряд ядра равен числу находящихся в нем протонов, которое называется зарядовым числом (Z) или атомным номером. Число нейтронов в ядре равно разности между массовым А числом и атомным номером Z элемента: N = A-Z ( А ZX).
Электрический заряд (q) ядра равен произведению элементарного электрического заряда (е) на атомный номер (Z) химического элемента периодической системы Д.И. Менделеева:
q = Ze
Ядерные силы.
Для ядерных сил характерно свойство насыщения, которое заключается в том, что нуклон оказывается способным к ядерному взаимодействию одновременно только с незначительным числом соседних нуклон, что указывает на возможную природу ядерных сил, как сил обменного типа.
Основные свойства ядерных сил объясняются тем, что нуклоны обмениваются между собой частицами массой немногим более 200 электронных масс (X. Юкава, 1935г), такие частицы обнаружены экспериментально (1947) и названы π-мезонами или пионами (существуют положительные, отрицательные и нейтральные π-мезоны). Мезоны не являются составными частями протонов и нейтронов, а испускаются и поглощаются ими (подобно тому, как атомы испускают и поглощают кванты электромагнитного излучения), при этом протон, испустивший положительный пион, превращается в нейтрон, а нейтрон после захвата пиона превращается в протон. Все эти процессы обеспечивают сильное взаимодействие и тем самым устойчивость ядер.
Протон (р) – элементарная частица, входящая в состав любого атомного ядра, имеющая положительный заряд равный единичному элементарному заряду +1 (1,602*10 -19 Кл). Масса покоя протона составляет 1,00758 а.е.м. или 938,27 МэВ.
Число протонов в ядре (атомный номер) для каждого элемента строго постоянно и соответствует порядковому номеру элемента (Z) таблицы Д.И. Менделеева. Так как каждый протон имеет положительный элементарный заряд электричества, то атомный номер элемента показывает и число положительных элементарных зарядов в ядре любого атома химического элемента. Порядковый номер элемента еще называют зарядовым числом. Число протонов в ядре определяет число электронов в оболочке атома (но не наоборот) и соответственно строение электронных оболочек и химические свойства элементов.
Нейтрон (n) – электрически нейтральная элементарная частица (отсутствует лишь в ядре легкого водорода), масса покоя которой равна 1,00898 а.е.м. или 939,57 МэВ. Масса нейтрона больше массы протона на две электронные массы. В атомном ядре нейтроны являются стабильными, их число (N) в ядре атома одного и того же элемента может колебаться, что дает в основном только физическую характеристику элемента [Белов А.Д., 1999].
Электрон – стабильная элементарная частица, имеющая массу покоя, равной 0,000548 а.е.м., а в абсолютных единицах массы - 9,1*10 -28 кг. Энергетический эквивалент а.е.м. электрона равен 0,511 МэВ и элементарный электрический заряд – 1,602*10 -19 Кл.
Электроны двигаются вокруг ядра по орбиталям определенной формы и радиуса. Орбиты группируются в электронные слои (максимально может быть семь: K, L, M, N, O, P,Q). Наименьшее число электронов, которое может находиться на орбиталях одного слоя, определяется квантовым соотношением:
m=2n 2 ,
где n – главное квантовое число (в данном случае совпадает с номером слоя. Следовательно в К-слое (n=1) может находиться 2 электрона, в L-слое (n=2) – 8 электронов и так далее.
Основную роль во взаимодействии электронов с атомным ядром играют электромагнитные силы (силы кулоновского притяжения разноименных электрических зарядов). Чем ближе к ядру находится электрон, тем больше его потенциальная энергия (энергия связи с ядром) и меньше кинетическая энергия (энергия вращения электрона). Соответственно электроны с внешней орбиты (энергия связи около 1-2 эВ) сорвать легче, чем с внутренней.
Атом, обладающий избытком энергии, называется ВОЗБУЖДЕННЫМ, а переход электронов с одного энергетического уровня на другой, более удаленным, от ядра - процессом ВОЗБУЖДЕНИЯ.
Поскольку в природе всякая система стремится перейти в положение, при котором ее энергия будет наименьшей, то и атом из возбужденного состояния переходит первоначальное.
Возращение атома в обычное состояние сопровождается делением избыточной энергии. Переход электронов из внешних орбит на внутренние сопровождается рентгеновым излучением с длиной волны, характерной для каждого энергетического уровня данного атома (характеристическое рентгеновское излучение).
Переходы электронов в пределах внешних орбит дают оптический спектр, который состоит из ультрафиолетовых, световых и инфракрасных лучей.
При сильных электрических воздействиях электроны вырываются из атома и удаляются за его пределы.
Атом, лишившийся одного или нескольких электронов, превращается в положительный ион, а присоединивший к себе один или несколько электронов - в отрицательный.
Следовательно, на каждый положительный ион образуется один отрицательный ион, т. е. возникает пара ионов.
Процесс образования ионов из нейтральных атомов называется ионизацией. В обычных условиях атом в состоянии иона существует очень короткое время. Свободное место на орбите положительного иона заполняется свободным электроном, и атом вновь становится электрически нейтральной системой. Этот процесс носит название рекомбинации ионов (деионизации) и сопровождается выделением избыточной энергии в виде излучения.
Изотопы, изотоны, изобары.
Большинство элементов в природе представляет собой смесь разновидностей атомов, ядра которых содержат неодинаковое число нейтронов, т.е. различаются по массе.
Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, являются разновидностями одного и того же химического элемента и называются изотопами. Такие элементы имеют одинаковый номер в таблице Д.И. Менделеева, но разное массовое число ( 39 19К, 40 19К, 41 19К).
Различают стабильные и нестабильные (радиоактивные) изотопы. К первым относятся такие изотопы, ядра которых при отсутствии внешних воздействий не претерпевают никаких превращений, ко вторым – изотопы, ядра которых могут самопроизвольно (без внешнего воздействия) распадаться, образуя при этом ядра атомов других элементов. Ядра всех изотопов химических элементов принято называть нуклидами, нестабильные нуклиды называются радионуклидами. Начиная с 83-го элемента т. Менделеева - все изотопы элементов радиоактивны. Известно свыше 1200.
Атомные ядра разных элементов с равным числом нейтронов называют изотонами. Например 13 6С имеет шесть протонов и семь нейтронов, 14 7N имеет семь протонов и тоже семь нейтронов.
Атомные ядра, разных элементов с одинаковым массовым числом, но с разным атомным номером (т.е. состоящие из одинакового числа нуклонов при разном соотношении протонов и нейтронов) называются изобарами.
Изотопы — это атомы одного и того же химического элемента, имеющие разное количество нейтронов. Поэтому изотопы одного и того же химического элемента имеют одинаковый атомный номер, но разные атомные массы. Изобары — это атомы разных химических элементов имеющие одинаковую атомную массу . Изотоны это элементы с одинаковым количеством нейтронов в атомном ядре.
Ключевое различие между изотопами, изобарами и изотонами заключается в том, что Изотопы — это атомы с одинаковым числом протонов, но различным количеством нейтронов, Изобары — это атомы разных химических элементов, имеющие одинаковые значения атомной массы, а Изотоны — это атомы разных химических элементов, имеющих одинаковое количество нейтронов в атомном ядре.
Содержание
- Обзор и основные отличия
- Что такое Изотопы
- Что такое Изобары
- Что такое Изотоны
- В чем разница между Изотопами, Изобарами и Изотонами
- Заключение
Что такое Изотопы?
Изотопы — это атомы с одинаковым количеством протонов, но с разным количеством нейтронов. Число протонов в атоме является атомным номером этого атома. Определенный химический элемент имеет фиксированное количество протонов. Следовательно, атомный номер атомов одного и того же химического элемента подобен друг другу.
Изотопы водорода
И зотопы являются атомами одного и того же химического элемента. Общее количество протонов и нейтронов известно как атомная масса. Изотопы имеют разные атомные массы.
Химическое поведение изотопов химического элемента идентично, но физические свойства отличаются друг от друга. Почти все химические элементы имеют изотопы. Известно 275 изотопов 81 стабильного химического элемента. Для конкретного химического элемента существуют стабильные изотопы, а также радиоактивные изотопы (нестабильные).
Что такое Изобары?
Изобары — это атомы разных химических элементов, имеющие одинаковые значения атомной массы. Атомная масса — это сумма протонов и нейтронов в ядре атома. Протон и нейтрон называются как нуклоном. Следовательно, изобары имеют одинаковое количество нуклонов.
Атомные номера этих изобар отличаются друг от друга, потому что разные химические элементы имеют разные атомные номера. Изобарное правило Йозефа Мэттауча гласит, что если два соседних элемента в периодической системе химических элементов имеют изотопы с одинаковым массовым числом, один из этих изотопов должен быть радиоактивным. Если существуют изобары трех последовательных элементов, то первый и последний изобары стабильны, а средний может подвергнуться радиоактивному распаду. Серия изобар представляет собой совокупность различных изотопов, имеющих одинаковую атомную массу.
Что такое Изотоны?
Изотоны — это атомы разных элементов, имеющие одинаковое количество нейтронов в атомном ядре. Изотоны имеют разные атомные номера (количество протонов в ядре отличается друг от друга), а также у них разные атомные массы.
В чем разница между Изотопами, Изобарами и Изотонами?
Заключение — Изотопы, Изобары и Изотоны
Изотопы, изобары и изотоны — это термины, используемые для описания взаимодействий между атомами различных химических элементов. Разница между изотопами, изобарами и изотонами заключается в том, что изотопы — это атомы с одинаковым числом протонов, но различным количеством нейтронов, изобары — это атомы разных химических элементов, имеющие одинаковые значения для атомной массы, а изотоны — это атомы разных элементов, имеющих одинаковое количество нейтронов в атомном ядре.
Изобары (в химии)
Изоб а ры, атомы различных химических элементов с одинаковым массовым числом А. Ядра изобаров содержат равное число нуклонов, но различные числа протонов Z и нейтронов N. Например, атомы 10 4Be, 10 5B, 10 6C представляют собой три изобара с A = 10. Массы изобаров с одним и тем же A несколько отличаются друг от друга, что связано с различием в энергиях связи их ядер. Изобары с наименьшими массами устойчивы относительно бета-распада, более тяжёлые — неустойчивы. Тяжёлый изобар с избытком протонов испытывает позитронный b -распад или К-захват, а с избытком нейтронов — электронный b -распад. Частный случай изобаров — зеркальные ядра (встречающиеся среди лёгких ядер), которые получаются заменой протонов на нейтроны и нейтронов на протоны, например 10 6С4 и 10 4Be6 или 7 3Li4 и 7 4Ве3 (см. Ядро атомное, Изотопы).
атомы различных химических элементов с одинаковым массовым числом А. Ядра И. содержат равное число нуклонов , но различные числа протонов Z и нейтронов N. Например, атомы 104Be, 105B, 106C представляют собой три И. с A 10 . Массы И. с одним и тем же A несколько отличаются друг от друга, что связано с различием в энергиях связи их ядер. И. с наименьшими массами устойчивы относительно бета-распада , более тяжёлые - неустойчивы. Тяжёлый И. с избытком протонов испытывает позитронный b-распад или К- захват, а с избытком нейтронов - электронный b-распад. Частный случай И. - зеркальные ядра (встречающиеся среди лёгких ядер), которые получаются заменой протонов на нейтроны и нейтронов на протоны, например 106С4 и 104Be6 или 73Li4 и 74Ве3 (см. Ядро атомное , Изотопы ).
Читайте также: