тдавать электроны в ряду: Mg -> Ca -> Sr Ba?

237 В ядре изотопа элемента 104Х содержится 58 нейтронов. Каков порядковый номер этого элемента?

238 Чему равно число нейтронов в ядре изотопа 122Sn?

239 Распределите электроны по энергетическим уровням для атома брома.

240 Сколько полностью заполненных энергетических уровней содержит ион Na+?

2.3 ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ. РАДИОАКТИВНОСТЬ

Радиоактивностью называют самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер.

Периодом полураспада (т1/2) называется время, за которое распадается половина исходного количества радиоактивного изотопа. В течение первого периода полураспада распадается 1/2 часть от первоначального числа ядер изотопа N0 и остается V N0 = 2-1 N0 ядер. В течение второго периода распадается половина от 2-1 N0 и остается V • 2-1 N0 = 22 N0 ядер и т.д. В конце n-го периода полураспада остается 2-nN0 ядер исходного изотопа. Аналогичное выражение справедливо для массы (m) не распавшегося изотопа: m = 2-n m0 , где m0 - исходная масса изотопа.

П р и м е р 37 Период полураспада некоторого радиоактивного изотопа равен 3 часам. Какая масса его останется не распавшейся через 18 часов, если первоначальная масса изотопа составляла 200 г?

Решение За время хранения радиоактивного изотопа прошло 18/3 = 6 периодов полураспада (n = 6). Отсюда масса не распавшегося изотопа, оставшаяся после 18 часов хранения, равна:

m = 2-n m0 = 2^ • 200 = 200/64 = 3,125 г. К основным видам радиоактивного распада относятся а-распад, р-- и Р+-распад, электронный захват и спонтанное деление. Часто эти виды радиоактивного распада сопровождаются испусканием у-лучей, т.е. жесткого (с малой длиной волны) электромагнитного излучения.

а-распад. а-частица - ядро атома гелия 4 Не. При испускании а-

частицы ядро теряет два протона и два нейтрона, следовательно, заряд ядра уменьшается на 2, а массовое число на 4. Дочернее ядро принадлежит элементу, смещенному в периодической системе на две клетки влево по отношению к материнскому элементу:

A Э 4 а + A-4 Э

р--распад. р--частица - электрон. р--распаду предшествует процесс, протекающий в ядре:

0n -> -0e- + 1 р.

Таким образом, при испускании электрона заряд ядра увеличивается на единицу, а массовое число не изменяется. Дочернее ядро - изобар исходного - принадлежит элементу, смещенному на одну клетку вправо в периодической системе от места материнского элемента:

A с* __. 0 - I Агч Z Э ~~* -1e + Z+1Э .

Позитронный распад. р+-частица - позитрон (е+) - обладает массой электрона и зарядом, равным заряду электрона, но противоположным по знаку. Позитронному распаду предшествует ядерный процесс:

1р 0n + °е+.

Число протонов в ядре при позитронном распаде уменьшается на единицу, а массовое число не изменяется. Образующееся ядро - изобар исходного ядра - принадлежит элементу, смещенному от материнского элемента на одну клетку влево в периодической системе:

Z Э ^ 1е + Z-1Э .

Электронный захват. При захвате ядром электрона с ближайшего к ядру К-слоя в ядре уменьшается число протонов вследствие протекания процесса:

1 р + -°e- = 0n .

Заряд ядра уменьшается на единицу, а массовое число остается прежним. Дочернее ядро принадлежит элементу (изобару исходного элемента), смещенному по отношению к материнскому на одну клетку влево в периодической системе элементов:

Z Э + -1e -> Z-1Э + hv.

При переходе периферийных электронов на освободившееся в К-слое место выделяется энергия в виде кванта рентгеновского излучения.

П р и м е р 38 Закончите уравнения реакции радиоактивного распада:

б) 293Np ;

г) 1409K

а) ^Th; в) 55Co;

Решение

а) 23920Th >2а+223Ra ; б) 293Np ^e+^Pu ;

в) 55 Co >°e++55Fe ; г) 19K+°e- >48Ar + hv .

Уравнения ядерных реакций (в том числе и реакций радиоактивного распада) должны удовлетворять правилу равенства сумм индексов:

а) сумма массовых чисел частиц, вступающих в реакцию, равна сум-

ме массовых чисел частиц-продуктов реакции; при этом массы электронов,

позитронов и фотонов не учитываются;

б) суммы зарядов частиц, вступающих в реакцию и частиц-продуктов

реакции, равны между собой.

П р и м е р 39 Изотоп углерода 11C образуется при бомбардировке протонами ядер атомов 14N. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме.

Решение При ядерных реакциях происходит изменение состава ядер атомов химических элементов. С их помощью можно из атомов одних элементов получить атомы других элементов. Превращения атомных ядер записывают в виде уравнений ядерных реакций. При этом сумма массовых чисел и алгебраические суммы зарядов частиц в левой и правой частях равенства должны быть равны:

14,N + 1H -> 16C + 4He.

Сокращенная форма записи: 14N(p, а)11С. В скобках на первом месте пишут бомбардирующую частицу, а на втором, через запятую - частицу, образующуюся при данном процессе. В сокращенных уравнениях частицы

4He, 1H, 2D, 01n обозначают соответственно а, p, d, n.

Задачи

241 Какие реакции называются ядерными? Чем они отличаются от химических? Кем и когда была впервые осуществлена ядерная реакция?

242 Природный водород состоит из двух изотопов - протия и дейтерия с массовыми долями 99,98 % и 0,02 % соответственно. Вычислите атомную массу водорода.

243 Определите атомную массу кислорода, состоящего из изотопов:

6O, 17O, 18O с массовыми долями 99,76 %; 0,04 %; 0,20 % соответственно.

244 Назовите три изотопа водорода. Укажите состав их ядер. Что такое тяжелая вода? Как она получается и каковы ее свойства?

245 В чем проявляется ограниченность закона сохранения массы? Какой закон применим без нарушений к ядерным реакциям?

246 Природный кремний состоит из трех изотопов: 28Si, 29, 30Si с массовыми долями процентов 0,923; 0,047; 0,030 соответственно. Вычислите атомную массу природного кремния.

247 Природный хлор состоит из двух изотопов: 35Cl и 37Cl. Относительная атомная масса хлора равна 35,5. Определите содержание изотопов хлора в массовых долях процента.

248 Определите атомную массу бора, состоящего из изотопов: 10B и 11B с массовыми долями 19,6 % и 80,4 % соответственно.

249 Что такое изотопы и изобары? Чем объясняется, что у большинства элементов атомные массы выражаются дробными числами?

250 Вычислите массовые доли изотопов 79Br и 81Br в броме, атомная масса которого равна 79,12.

251 Природный неон состоит из изотопов: 20Ne и 22Ne с массовыми долями 90 % и 10 % соответственно. Вычислите атомную массу неона.

252 При бомбардировке ядер атомов бора 15 В нейтронами был получен изотоп лития 73 Li . Определите промежуточное ядро и выброшенную частицу. Напишите уравнение реакции.

253 В результате бомбардировки изотопа неона 1201Ne некоторыми

частицами образуется фтор и а-частица. Определите бомбардирующую частицу.

254 При действии а-частиц на 24Mg образуется неустойчивый изотоп другого элемента и электрон. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите ее в сокращенной форме.

255 Исходя из сокращенных уравнений ядерных реакций напишите их полные уравнения:

а) 63Cu(p, n) 63Zn ; б) "2Mo(n, e_) 9493Tc ; в) 27A1 (p, а) 24Mg;

г) 59Co (n, а) 56Mn; д) 253Es (а, n) 256Md; е) 242Ст (а, 2n) 244Сf.

256 При бомбардировке протонами ядер:

а) изотопа 1201 Ne образуются а-частицы;

б) изотопа 2693 Cu - нейтроны. Какие изотопы и каких элементов

при этом образовались?

257 Сколько а-частиц теряет ядро атома радона, если в результате образуется изотоп свинца ?

258 Какие элементы образуются при а-распаде ядер атомов: 151B ;

14Si; 84Po?

259 Какие элементы образуются при р--распаде ядер атомов:

234Th •214Pb-210Bi 90Th ; 82 Pb ; 83 Bi .

260 Радиоактивный иод 131I имеет период полураспада, равный

8 дням. Если взять 100 мг этого изотопа, то сколько его останется через 16

дней.

3 ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Описание химической связи в любой молекуле есть по существу описание распределения в ней электронной плотности. Основным типом химической связи является ковалентная.

Ковалентная связь - химическая связь между двумя атомами, осуществляемая общей для этих атомов парой электронов, перекрыванием электронных облаков взаимодействующих атомов.

В зависимости от природы взаимодействующих атомов электронная пара, область максимального перекрывания электронных облаков может одинаково принадлежать взаимодействующим частицам или смещаться в ту или другую сторону.

Для оценки способности атома данного элемента смещать электронную плотность, осуществляющую связь, пользуются значением относительной электроотрицательности (%). Чем больше электроотрицательность атома, тем сильнее притягивает он обобществленные электроны. Иными словами, при образовании ковалентной связи между двумя атомами разных элементов общее электронное облако смещается к более электроотрицательному атому, и в тем большей степени, чем больше разность элек-троотрицательностей (Д%) взаимодействующих атомов. Поэтому с ростом Д% степень ионности связи возрастает.

Значения электроотрицательности атомов некоторых элементов приведены в табл. 2.

2 Относительная электроотрицательность атомов

Hi

Rb Sr In Sn Sb Te I 0,8 1,0 1,7 1,8 1,9 2,1 2,5

П р и м е р 40 Вычислите разность относительных электроотрица-тельностей атомов для связей H-O и O-Э в соединениях Э(0Н)2, где Э -Mg, Сa или Sr, и определите:

а) какая из связей H-O или O-Э характеризуется в каждой молекуле

большей степенью ионности;

б) каков характер диссоциации этих молекул в водном растворе?

Решение По данным табл. 2 вычисляем разность электроотрицатель-

ностей для связей О-Э:

Д^-о = 3,5 - 1,2 = 2,3; Д^-о = 3,5 - 1,0 = 2,5; ДЬГ-O = 3,5 - 1,0 = 2,5.

Разность электроотрицательностей для связи Н-О составляет 1,4. Таким образом:

а) во всех рассмотренных молекулах связь Э-О более полярна, т.е. ха-

рактеризуется большей степенью ионности;

б) диссоциация на ионы в водных растворах будет осуществляться по

наиболее ионной связи в соответствии со схемой:

Э(0Н)2 = Э2+ + 20Н- .

Следовательно, все