"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Порядковый номер элемента Z показывает число протонов в ядре и определяет положение элемента в периодической таблице. По нему можно установить заряд ядра, а в нейтральном атоме — и число электронов. Массовое число A складывается из протонов и нейтронов. Изотопы — это атомы одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов, поэтому их ядра и массы различаются.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Порядковый номер элемента Z — это число протонов в ядре его атома. Он определяет место элемента в периодической таблице: чем больше Z, тем позже расположен элемент. По Z также можно узнать заряд ядра и число электронов в нейтральном атоме.
Заряд ядра создаётся протонами, потому что каждый протон имеет положительный элементарный заряд e. Если в ядре Z протонов, его заряд равен +Ze. Эта запись помогает связать строение ядра с порядковым номером элемента.
Массовое число A — общее число протонов и нейтронов в ядре. Электроны в него не входят, поскольку их масса очень мала по сравнению с массой частиц ядра. Значение A нужно, чтобы определить состав ядра конкретного атома.
Изотопы — атомы одного элемента, у которых одинаково число протонов, но различается число нейтронов. Поэтому изотопы имеют один и тот же Z, но разные массовые числа A. Это понятие позволяет различать атомы одного элемента по составу их ядер.
Элементы в периодической таблице расположены по возрастанию порядкового номера, а не по массе атомов. Причина в том, что именно число протонов определяет, какой это элемент: атом с одним протоном — водород, с двумя — гелий, с тремя — литий. Масса может немного меняться у разных изотопов, но химическая принадлежность элемента при этом сохраняется.
Если порядковый номер равен Z, в ядре находится Z протонов. В нейтральном атоме положительный заряд протонов уравновешивается отрицательным зарядом такого же числа электронов, поэтому электронов тоже Z. Для иона это равенство уже не обязательно, так как ион образуется при потере или присоединении электронов.
Массовое число складывается из числа протонов и нейтронов: A = Z + N. Чтобы найти число нейтронов, из обеих частей равенства вычитают Z и получают N = A − Z. Например, если A = 23, а Z = 11, то в ядре 12 нейтронов.
Изотоп записывают с помощью символа элемента и двух чисел слева от него. Массовое число A ставят сверху, а порядковый номер Z — снизу: AZX. Например, запись 146C означает атом углерода с 6 протонами и 14 частицами в ядре, из которых 8 — нейтроны.
Химические свойства изотопов одного элемента близки, потому что они определяются электронным строением, а у нейтральных атомов изотопов одинаково число электронов. Однако массы изотопов различаются из-за разного числа нейтронов. Их ядра также могут быть неодинаково устойчивыми: некоторые изотопы радиоактивны.
| Изотоп | Порядковый номер Z | Массовое число A | Число протонов | Число нейтронов | Число электронов в нейтральном атоме |
|---|---|---|---|---|---|
| 126C | 6 | 12 | 6 | 6 | 6 |
| 136C | 6 | 13 | 6 | 7 | 6 |
| 146C | 6 | 14 | 6 | 8 | 6 |
Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите Z: оно показывает число протонов и электронов в нейтральном атоме. Затем вычислите нейтроны по формуле N = A − Z. Видно, что у всех изотопов углерода одинаковы Z и число электронов, а меняется только число нейтронов.
В записи каждого изотопа нижнее число 6 подтверждает, что перед нами углерод. Верхние числа 12, 13 и 14 показывают разное общее число частиц в ядре. Поэтому эти атомы занимают одну клетку периодической таблицы, но имеют различную массу.
У атома натрия порядковый номер 11. Нужно определить число протонов и электронов в нейтральном атоме. Здесь не требуется искать массовое число, потому что вопрос касается только заряженных частиц.
Ответ: нейтральный атом натрия содержит 11 протонов и 11 электронов. Если бы это был ион натрия, число электронов пришлось бы определять отдельно.
Дана запись изотопа натрия, в которой A = 23 и Z = 11. Требуется найти число нейтронов в ядре. Используем формулу N = A − Z, потому что массовое число включает и протоны, и нейтроны.
Ответ: в ядре атома 2311Na находится 12 нейтронов. Проверка простая: 11 протонов + 12 нейтронов дают массовое число 23.
В ядре атома находятся 17 протонов и 18 нейтронов. Нужно определить элемент, массовое число и правильно записать символ изотопа. Число протонов сразу даёт порядковый номер, поэтому начинать следует именно с него.
Ответ: это хлор, A = 35, символ изотопа — 3517Cl. Число электронов в нейтральном атоме этого изотопа равно 17.
Путаница Z и A. Порядковый номер Z показывает только число протонов, а массовое число A — сумму протонов и нейтронов. Ошибку часто вызывает то, что оба числа записывают рядом с символом элемента. Проверьте себя: для A должно выполняться A = Z + N.
Нейтроны принимают за массовое число. Число нейтронов N — лишь одна часть ядра, поэтому оно обычно меньше A. Такая ошибка появляется, когда забывают о протонах. Используйте проверку N = A − Z, а затем сложите N и Z.
Изотопам приписывают разное число протонов. Если протонов стало больше или меньше, получился уже другой элемент, а не другой изотоп. У изотопов меняется только число нейтронов. Сначала сравните нижние числа Z: они должны совпадать.
Равенство протонов и электронов относят к любому атому. Оно верно для нейтрального атома, но ион имеет заряд и лишние или недостающие электроны. Ошибку можно обнаружить, проверив, указан ли заряд частицы. Если это ион, число электронов не обязано быть равно Z.
Для понимания темы нужно знать строение атома и различать протоны, нейтроны и электроны. Протоны и нейтроны образуют ядро, а электроны находятся вокруг него. Без этого различия невозможно правильно определить Z, A и состав изотопа.
Порядковый номер связывает состав ядра с периодической системой и электронным строением атома. Эти знания понадобятся при объяснении свойств элементов и образовании ионов. Различия ядер изотопов также важны при изучении ядерных превращений.
Почему порядковый номер элемента равен числу протонов?
Порядковый номер показывает заряд ядра, а он создаётся протонами. Поэтому значение Z одновременно указывает число протонов и место элемента в периодической таблице.
Как определить число нейтронов, если известны A и Z?
Нужно воспользоваться формулой N = A − Z. Из массового числа вычитают порядковый номер, то есть число протонов.
Чем изотопы одного элемента отличаются друг от друга?
У изотопов одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Поэтому они имеют разные массовые числа, массы атомов и свойства ядер.
Почему изотопы одного элемента занимают одно и то же место в периодической таблице?
Место элемента определяется порядковым номером, а он равен числу протонов. У всех изотопов одного элемента число протонов одинаково, поэтому их не записывают в разные клетки.
Одинаково ли число электронов у атома и его иона?
У нейтрального атома число электронов равно числу протонов. У иона атом приобрёл или потерял электроны, поэтому количество электронов у него может отличаться от значения Z.
§ 45. Порядковый номер элемента. Изотопы
