Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель

§ 26. Ізотопи

Нині відомо 118 хімічних елементів. А скільки ж є видів атомів? Можемо почути відповідь: «Теж 118, бо хімічний елемент — вид атомів з певною кількістю протонів. Наприклад, в атомі елемента № 1 Гідрогену міститься один протон, а в атомі елемента № 118 Оганесона — 118 протонів». Насправді ж видів атомів значно більше, ніж хімічних елементів. Чому більше — зараз з’ясуємо.

Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте

Який зміст термінів «ізотопи» і «нукліди»?
Як обчислюють відносну атомну масу за ізотопним складом хімічного елемента?
Чому поняття «відносна атомна маса» і «відносна молекулярна маса» потребують уточнення?

Ізотопи. Атоми хімічного елемента можуть різнитися кількістю нейтронів, тому видів його атомів може бути два, три і більше.

Види атомів хімічного елемента з різною кількістю нейтронів називають ізотопами¹.

¹ Термін походить від грецьких слів «ізос» — однаковий і «топос» — місце. Ізотопам як видам атомів хімічного елемента «належить» одна клітинка періодичної таблиці.

Відомо три ізотопи Гідрогену; кожний ізотоп має назву і позначення (мал. 67).

Мал. 67. Ізотопи Гідрогену

У природі найбільше атомів Гідрогену, ядра яких складаються лише з протону. Однак поряд із кількома тисячами таких атомів є атом, у ядрі якого, крім протону, міститься й нейтрон. Ці два види атомів — Протій і Дейтерій — є природними ізотопами Гідрогену.

Фізикам удалося одержати в лабораторії атоми цього хімічного елемента з двома нейтронами в ядрах. Такий, штучний, вид атомів Гідрогену названо Тритієм.

Відшукаймо

За відомостями з інтернету з’ясуйте походження назв ізотопів Гідрогену.

Нуклонні числа (суми кількості протонів і нейтронів) ізотопів Гідрогену становлять 1, 2 і 3. Отже, ізотопи — це види атомів хімічного елемента з різними нуклонними числами.

Речовини, утворені ізотопами хімічного елемента, незначною мірою різняться фізичними властивостями. Густина «важкої» води, яка складається з молекул D₂O, становить 1,104 г/см³, а температура кипіння (за нормального тиску) — +101,43 °С. Аналогічні фізичні характеристики звичайної води Н₂О вам добре відомі — 1,000 г/см³ і +100 °С. Хімічні властивості обох речовин однакові; важка вода і звичайна вода взаємодіють з одними й тими самими речовинами.

У природі більшість хімічних елементів представлені кількома ізотопами, а кожний із двадцяти елементів, згаданих у попередньому параграфі (с. 134), — лише одним видом атомів.

Ізотопи позначають за допомогою символів або назв хімічних елементів із зазначенням нуклонного числа. Його записують верхнім індексом ліворуч від символу елемента (¹Н, ²Н, ³Н) або після назви елемента через дефіс (Хлор-35, Хлор-37). Часто використовують повні позначення ізотопів — ¹₁Н, ²₁Н, ³₁Н; ³⁵₁₇Сl, ³⁷₁₇Сl (нижній індекс — заряд ядра, або протонне число).

Будь-який вид атомів називають нуклідом.

Нуклідами є ¹Н, D, ¹⁶О, ²³Na, ²³⁸U, ³⁵Сl, ³⁷Сl та ін. Загальна кількість відомих нині нуклідів становить майже 2300.

Думаймо

Запишіть повні позначення нуклідів Нітроген-14 і Ферум-56.

Ізотопи — це нукліди одного хімічного елемента.

Обчислення відносної атомної маси хімічного елемента, який має ізотопи. У природі є два нукліди Хлору. Для одного виду атомів цього елемента нуклонне число (відносна атомна маса) становить 35, для другого — 37. Дослідники виявили, що три атоми Хлору з кожних чотирьох — «легкі», а четвертий — «важкий» (мал. 68). За цими даними можна обчислити відносну атомну масу Хлору:

Мал. 68. Ізотопи Хлору

Атомну частку позначають грецькою літерою χ (потрібно читати «хі»). Знаючи атомні частки ізотопів хімічного елемента (χ₁, χ₂і т. д.) у їх природній суміші та відповідні нуклонні числа (A₁, А₂ і т. д.), можна обчислити відносну атомну масу елемента:

А_r = χ₁ • А₁ + χ₂ • А₂ + ... + χ_n • А_n.

Розв’язуймо задачу

Обчисліть відносну атомну масу Бору з точністю до десятих, якщо цей елемент має ізотопи ¹⁰В і ¹¹В, а важких атомів Бору вчетверо більше, ніж легких.

Помітне відхилення значення відносної атомної маси хімічного елемента від цілого числа вказує на наявність у нього кількох природних ізотопів. Наприклад, Купрум (А_r = 63,546) має два ізотопи (⁶³Сu і ⁶⁵Сu), Цинк (А_r = 65,38) — п’ять (⁶⁴Ζn, ⁶⁶Ζn, ⁶⁷Ζn, ⁶⁸Ζn і ⁷⁰Ζn), а Станум (A_r = 118,71) — десять (найлегший ізотоп серед них — ¹¹²Sn, а найважчий — ¹²⁴Sn).

Відшукаймо

За відомостями з інтернету дізнайтеся, які ізотопи має Літій. Узявши до уваги значення відносної атомної маси цього елемента, визначте, якого ізотопу Літію більше в природі — важкого чи легкого.

Уточнення важливих хімічних понять. Вам відомо, що відносні атомна і молекулярна маси є відношеннями мас атома й молекули до 1/12 маси атома Карбону. Але Карбон має три нукліди — ¹²С (таких атомів — 98,89 % від загальної кількості атомів Карбону), ¹³С і ¹⁴С. За атомну одиницю маси обрано 1/12 маси атома Карбону-12. Наводимо уточнене означення вказаних фізичних величин:

відносні атомна і молекулярна маси є відношеннями маси атома й молекули до 1/12 маси атома ¹²С.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про ізотопи та їх урахування в обчисленнях і означеннях фізичних величин.

Думаймо

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

Перевірмо себе

1. Які види атомів називають ізотопами і нуклідами? Наведіть приклади позначень цих видів атомів.

2. Укажіть пропущене словосполучення в реченні «Нуклідів хімічного елемента ... його ізотопів»:

а) більше, ніж;
б) стільки, скільки;
в) менше, ніж.

3. Скільки протонів, нейтронів і електронів міститься в нуклідах ²⁰Ne, ²¹Ne, ⁴⁰К, ⁴⁰Са, ¹⁹²Pt?

Аналізуймо

4. У природі існують два нукліди Гідрогену (¹Н, ²Н) і три нукліди Оксигену (¹⁶О, ¹⁷О, ¹⁸О). Визначте, скільки є різновидів молекули води. Напишіть їхні хімічні формули з позначенням нуклідів (на зразок ¹Н²Н¹⁶О). Скільки значень маси можуть мати молекули води?

5. Узявши до уваги розміщену в інтернеті інформацію про ізотопи Аргону і Калію та їх поширеність у природі, поясніть, чому відносна атомна маса Аргону (елемент № 18) більша, ніж Калію (елемент № 19).

6. Учень з огляду на значення А_r(Вr) = 79,9 стверджував, що Бром повинен мати лише один природний нуклід ⁸⁰Вr. Однокласниця припустила наявність ізотопів у Брому. З чиєю думкою ви погоджуєтеся? Для перевірки висловлених гіпотез відшукайте відповідну інформацію в інтернеті.

Розв’язуймо задачу

7. Ізотопи Магнію, які є в природі, — ²⁴Mg, ²⁵Mg та ²⁶Mg. Атомна частка першого нукліда становить 78,7 %, а другого — 10,1 %. Обчисліть відносну атомну масу Магнію з точністю до десятих.

8.* Галій має два природних нукліди. Атомна частка нукліда ⁶⁹Ga становить 60,4 %. Використавши точне значення відносної атомної маси Галію, наведене в періодичній таблиці, визначте другий нуклід цього хімічного елемента.

Формуймо словничок

9. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

Оцінюймо свої знання

10. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.