Изотопы химических элементов
🧪 Химия · 8 класс
Изотопы
Изотопы - это разновидности атомов одного и того же химического элемента, у которых одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Поскольку число протонов (заряд ядра) одинаково, изотопы занимают одну клетку периодической системы и являются атомами одного элемента. Различаются они массовым числом - то есть суммой протонов и нейтронов в ядре. Открытие изотопов в начале двадцатого века объяснило, почему атомные массы элементов в таблице выражены дробными числами, хотя сами атомы целые.
Почему атомы одного элемента бывают разными
Свойства элемента определяет заряд ядра, то есть число протонов, потому что от него зависит число электронов и строение оболочки. Нейтроны на химические свойства почти не влияют, но изменяют массу атома. Поэтому изотопы химически ведут себя одинаково - вступают в одни и те же реакции, образуют одинаковые соединения, - а вот массы у них разные. Записывают изотопы, указывая массовое число: водород-1, водород-2, водород-3.
| Изотоп водорода | Протоны | Нейтроны | Массовое число |
|---|---|---|---|
| Протий | 1 | 0 | 1 |
| Дейтерий | 1 | 1 | 2 |
| Тритий | 1 | 2 | 3 |
Почему атомная масса дробная
В периодической системе указана относительная атомная масса с дробными значениями, например у хлора 35,5, а у меди 63,5. Это происходит потому, что природный элемент - смесь нескольких изотопов в определённой пропорции. Указанное в таблице значение является средним с учётом доли каждого изотопа в природе. Поэтому само число дробное, хотя массовое число каждого отдельного атома - целое.
Разбор примера
Хлор в природе состоит примерно из 75 процентов изотопа с массой 35 и 25 процентов изотопа с массой 37. Среднюю относительную массу находят с учётом этих долей:
A_ср = (35 · 75 + 37 · 25) / 100
A_ср = (2625 + 925) / 100 = 35,5
Именно поэтому в таблице у хлора стоит дробное число 35,5. Если бы все атомы хлора были одинаковыми, масса была бы целым числом.
Где встречаются изотопы
Изотопы есть почти у всех элементов. У одних элементов в природе преобладает какой-то один изотоп, и тогда атомная масса близка к целому числу, как у фтора или натрия. У других элементов несколько изотопов представлены в заметных долях, и тогда атомная масса заметно дробная, как у хлора, меди или бора. Некоторые изотопы неустойчивы и со временем распадаются - их называют радиоактивными. Такие изотопы применяют в медицине для диагностики и лечения, в археологии для определения возраста находок, в энергетике. Например, по изотопу углерода-14 устанавливают возраст древних останков.
Важно понимать, что в химических реакциях участвуют все изотопы элемента одинаково, потому что реакции зависят от строения электронной оболочки, а оно у изотопов совпадает. Разница в массе сказывается лишь в очень тонких физических измерениях.
Частая ошибка. Изотопы отличаются числом нейтронов, а не протонов. Если изменить число протонов, получится уже другой химический элемент. А изменение числа нейтронов оставляет элемент тем же, меняя только массу его атома.
Кратко о главном
- Изотопы - атомы одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов.
- Химические свойства изотопов совпадают, а массы различаются.
- Относительная атомная масса дробная, потому что это среднее значение по смеси изотопов.
- Среднюю массу считают с учётом доли каждого изотопа в природе.