Сьогодні о 18:00
Вебінар:
«Адаптація і соціалізація дітей з особливими освітніми потребами в умовах дитячо-учнівського колективу»

СКЛАД АТОМНИХ ЯДЕР. ІЗОТОПИ

Хімія

Для кого: 7 Клас

проходження

запитання

31.07.2021

8

0

Опис уроку:

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу 

Хід уроку

I. Організаційний момент

II. Перевірка домашнього завдання

III. Вивчення нового матеріалу

СКЛАД АТОМНИХ ЯДЕР. ІЗОТОПИ

Ти вже знаєш, що атом складається з ядра й електронів. У свою чергу, ядро атома, згідно з сучасними уявленнями, складається з протонів і нейтронів, загальна назва яких нуклони (від лат, nucleus — ядро). Що собою являють оці субатомні частинки? Аби відповісти на це запитання, розглянь табл. 12. Виявляється, протон (символ р) мас заряд +1, а нейтрон (символ n) заряду не має (електронейтральний). Число протонів у ядрі атома дорівнює порядковому номеру елемента і визначає його місце у періодичній системі. Тому порядковий номер елемента називають протонним числом. Отже, протонне число (порядковий номер) дорівнює величині заряду ядра атома елемента. Маса протона майже така сама, як і маса нейтрона, і становить одну атомну одиницю маси (а. о. м.), що в 1836 разів більше за масу електрона. Це означає, що практично вся маса атома зосереджена в його ядрі.

Масca атома та його розміри надзвичайно малі. Ще менше ядро атома. Воно у 10—100 тисяч разів менше за атом. Якби атом можна було збільшити до розмірів Землі, то його ядро мало б радіус лише 30—60 м.

Як же утримуються протони й нейтрони в ядрі? Адже всі протони — позитивно заряджені, а нейтрони — електронейтральні. Чому ж ядро не розсипається на окремі частинки? Протони і нейтрони утримуються в ядрі специфічними ядерними силами. Ці сили діють лише на дуже малих відстанях (не більше 10~13 см) і досягають надзвичайної величини, яка в 100—1000 разів перевищує кулонівське відштовхування однойменно заряджених протонів. Природа ядерних сил остаточно ще не з'ясована.

А як можна визначити склад атомних ядер? Ти знаєш, що протонне число (порядковий номер) елемента відповідає величині заряду ядра його атома, тобто числу протонів. І знаєш відносну атомну масу елемента, яка дорівнює переважно сумі протонів і нейтронів, тому легко обчислити число нейтронів у ядрі. Наприт клад, протонне число елемента Калію дорівнює 19. Це означає, що заряд ядра його атома +19, тобто в ядрі міститься 19 протонів. Оскільки відносна атомна маса Калію — 39, то в ядрі його атома міститься 39 - 19 = 20 нейтронів.

Кожний вид атомів, незалежно від того, якому елементу він належить, однозначно описується сумою протонів і нейтронів — нуклонним числом. Саме тому видів атомів більше, ніж елементів. Кожний окремий вид атомів (вид ядра) називається нуклідом.

Нукліди це різновиди атомів (атомних ядер) з певним числом протонів і нейтронів.

Приклади нуклідів. фото

Мал. 13. Приклади нуклідів.


Термін «нуклід» вживається для позначення будь-яких атомів, що відрізняються складом ядра (або різним числом нуклонів, або при однаковому числі нуклонів різним співвідношенням протонів і нейтронів).

Для позначення нукліда використовують або назву елемента, до якої через дефіс приєднують нуклонне число (Окси-ген-16), або символ елемента, зверху ліворуч від якого також зазначають нуклонне число (16).

Якщо нукліди належать одному й тому самому хімічному елементу і мають однакову кількість протонів, але різняться за кількістю нейтронів, то вони називаються ізотопними нуклідами, або просто ізотопами (від гр. ізос — однаковий і топос — місце).

Ізотопи — це нукліди одного хімічного елемента, які мають однакове протонне число (заряд ядра). Позначення нуклідів Оксигену: Оксиген-16, Оксиген-17, Оксиген-18 або 16О, 17О,18О

Зверни увагу, термін «ізотопи» вживається лише у множині (застаріле «ізотоп» і є нуклід). Наприклад, природний Оксиген, крім нуклідів 16О, містить ще атоми з нуклонними числами 17 і 18. Це означає, що в природному Оксигені є різні види атомів, які в ядрі містять однакову кількість протонів (по 8), але різну кількість нейтронів (відповідно 8, 9, 10). Саме тому вони й різняться між собою атомною масою. Зазначені нукліди 16О, 17О,18О і є ізотопами Оксигену.
Назви і символи ізотопів збігаються з назвами і символами відповідного хімічного елемента. Виняток становлять лише ізотопи найлегшого з елементів — Гідрогену. Вони мають нуклонні числа 1, 2, 3 і власні назви та символи (табл. 13).

Таблиця 13. Ізотопи Гідрогену й Карбону

Ізотопи Гідрогену й Карбону. фото

Відкриття ізотопів дало змогу поглибити знання про хімічний елемент як вид атомів, що характеризується однаковим протонним числом (зарядом ядра).
Звичайно в природі більшість хімічних елементів існує у вигляді ізотопів. Тому відносна атомна маса таких елементів визначається величинами відносних атомних мас кожного з нуклідів з урахуванням їх масової частки в природі. Наприклад, елемент Оксиген являє собою суміш ізотопів — нуклідів 16О 99,757 %, 17О 0,039 % і 18О 0,204 %. Аби знайти відносну атомну масу Оксигену, треба:

формула. фото

Заокруглюємо знайдене середнє значення, виходить Аr(0) = 16.
Відносна атомна маса елемента в періодичній системі — це середнє значення атомних мас його ізотопів з урахуванням їх масових часток у природному елементі
Саме тому, що майже всі елементи — це суміші нуклідів, їх відносні атомні маси не цілочислові, а дробові.
Але ти можеш заперечити, чому ж тоді відносна атомна маса таких елементів як Натрій, Алюміній, Фосфор, Флуор, які не мають ізотопів, не є цілочисловою, а лише наближається до неї? Це пояснюється тим, що Карбон, який береться за точку відліку атомних мас інших елементів, сам складається з двох природних ізотопів 12С і 13С, а для визначення відносної атомної маси береться один із природних ізотопів, саме 12С, або Карбон-12.
Оскільки ізотопи певного елемента мають однакове протонне число (заряд ядра), а отже, й однакове число електронів, які однаково розміщені за енергетичними рівнями, то їх хімічні властивості також практично однакові. Тому можна говорити про хімічні властивості, наприклад Хлору, не беручи до уваги його ізотопний склад.

Ізотопи. фото

Мал. 14. Ізотопи.
Ізотопи (окремі нукліди) поділяють на стабільні і радіоактивні (радіонукліди). Стабільні нукліди мають усі «парні» елементи і більшість «непарних» з протонним числом (зарядом ядра) < 83. Нукліди всіх елементів, розміщених у періодичній системі після Вісмуту, радіоактивні.


Радіоактивний розпад хімічних елементів. У процесі радіоактивного випромінювання атоми радіоактивних елементів розпадаються, перетворюючись на атоми інших елементів. Так, кожен атом Радію Ra розщеплюється на атом Гелію Не та атом Радону Rn. Відповідні прості речовини — гелій і радон — належать до родини інертних газів: 
22688Ra → 42He + 22286Rn

Радон також радіоактивний. Він випромінює електрон і перетворюється на нуклід Францію-222 і т. д.:
формула. фото
На відміну від хімічних реакцій, під час яких атоми залишаються незмінними, у наведених рівняннях процесів радіоактивного розпаду відбувається перетворення одних атомів на інші. Такі процеси належать до ядерних реакцій.
Кожний радіонуклід має свою швидкість радіоактивного розпаду, яку неможливо ні збільшити, ні зменшити. Ця швидкість не залежить від конкретних чинників і характеризується періодом піврозпаду. Він показує, що протягом деякого часу розпадається половина первинної кількості наявного радіонукліда. В наступний такий самий інтервал часу розпадається половина залишку, тобто вдвічі менше, ще в наступний — ще вдвічі менше, ніж у попередній, і т. д. Спостерігаючи, наприклад, за зміною кількості Радону-222, встановили, що через 3,85 доби залишається половина його початкової кількості, ще через 3,85 доби — тільки 1/4, потім 1/8 і т. д.
Інтервал часу, протягом якого кількість радіоактивних атомів даного елемента зменшується вдвічі, називають періодом піврозпаду.
Ця величина характеризує тривалість життя елемента. Для різних радіоактивних елементів вона коливається від часток секунди до мільярдів років. Так, для Полонію 218Ро період піврозпаду становить 3 хв, для Радію 226Ra — 1620 років, для Урану 238U — 4,5 млрд років, що можна порівняти з віком Землі, а для Торію 232Th — втричі більше — 14 млрд років. Зрозуміло, що аварія на Чорнобильській АЕС (1986 p.), унаслідок якої на Україну (та інші країни) «звалилася» майже вся таблиця Менделєєва з багатьма радіоактивними елементами, завдала непоправної шкоди передусім нашому народу.

Родина актиноїдів. фото

Мал. 15. Родина актиноїдів.

Радіоактивне випромінювання (радіація) небезпечне тим, що воно невидиме, не має ні запаху, ні смаку, тому людина його ніяк не відчуває. Проте воно, особливо упромені, має велику проникну здатність. Проникаючи всередину живих організмів, радіація викликає йонізацію молекул біологічної системи, руйнує клітинні мембрани, вражає клітини кісткового мозку тощо. А це призводить до генетичних ушкоджень, які передаються у спадок майбутнім поколінням клітин, якщо клітини не встигли загинути. У свою чергу, це призводить до порушень імунної системи, зниження опірності живого організму різним захворюванням тощо.

До недавнього часу вважалося, що існує безпечний рівень, нижче за який радіація не впливає на здоров'я людини. Нині такий погляд спростовано. Тривалий вплив малих доз радіації чинить руйнівну дію на живі організми. Багато які захворювання, що раніше ніколи не пов'язувалися з рівнем радіації (грип, пневмонія, діабет, хвороби серця і нирок, параліч), насправді суттєво залежать навіть від малих доз опромінення, в тім числі й внутрішнього, що спричинюється потраплянням радіонуклідів всередину організму разом із питною водою і продуктами харчування.

Зменшити вплив радіації на здоров'я людини можна, якщо вживати таких заходів: не споживати забруднені радіонуклідами продукти харчування і питну воду; якомога частіше вживати такі продукти, які містять пектини (яблука, лимони, особливо їхня шкірка), що здатні «виводити радіацію»; вживати сорбенти — речовини, здатні вбирати і виводити з організму радіонукліди; боротися з пилом: регулярно чистити одяг, взуття, мити підлогу, бо пил може містити радіоактивні елементи.

Після відкриття явища радіоактивного розпаду стало зрозуміло, що хімічні елементи не є вічними і незмінними. Вони можуть перетворюватися один на одний. Цей факт засвідчує взаємозв'язок усіх елементів, їх спорідненість.

Чи знаєш ти, що на відміну від м'яса сало не забруднюється радіонуклідами? Тому в Англії, коли вирощують свиней для одержання бекону, час від часу контролюють товщину шарів сала та м'яса, згодовуючи тваринам короткожи-вучі радіонукліди та вимірюючи радіоактивність м'яса тварин

ВИСНОВКИ
Ядра атомів мають складну будову. Вони складаються з двох видів частинок — протонів і нейтронів, що утримуються ядерними силами. Протон р — позитивно заряджена частинка із зарядом +1 і масою, яка практично дорівнює 1, тому ядра атомів заряджені позитивно. Величина їх заряду чисельно дорівнює кількості протонів — протонному числу.
Нейтрон n — електронейтральна частинка, маса якої також практично дорівнює 1.
Маса атома визначається масою його ядра. Загальне число протонів і нейтронів — нуклонне число — обумовлює масу атома. Кількість нейтронів у ядрі чисельно дорівнює різниці між масою атома і масою протонів.
Загальна назва атомів (атомних ядер) з певним значенням нуклонно-го числа — нукліди.
Ізотопи — це нукліди одного хімічного елемента. Вони мають однакове число протонів, але різне число нейтронів. У періодичній системі ізотопи займають одне й те саме місце.
Нукліди бувають стабільні та радіоактивні. Останні самочинно розпадаються, що супроводжується випромінюванням — радіацією, яка шкідливо впливає на все живе.

Завдання №1 Теоретичний блок

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу 

Хід уроку

I. Організаційний момент

II. Перевірка домашнього завдання

III. Вивчення нового матеріалу

СКЛАД АТОМНИХ ЯДЕР. ІЗОТОПИ

Ти вже знаєш, що атом складається з ядра й електронів. У свою чергу, ядро атома, згідно з сучасними уявленнями, складається з протонів і нейтронів, загальна назва яких нуклони (від лат, nucleus — ядро). Що собою являють оці субатомні частинки? Аби відповісти на це запитання, розглянь табл. 12. Виявляється, протон (символ р) мас заряд +1, а нейтрон (символ n) заряду не має (електронейтральний). Число протонів у ядрі атома дорівнює порядковому номеру елемента і визначає його місце у періодичній системі. Тому порядковий номер елемента називають протонним числом. Отже, протонне число (порядковий номер) дорівнює величині заряду ядра атома елемента. Маса протона майже така сама, як і маса нейтрона, і становить одну атомну одиницю маси (а. о. м.), що в 1836 разів більше за масу електрона. Це означає, що практично вся маса атома зосереджена в його ядрі.

Масca атома та його розміри надзвичайно малі. Ще менше ядро атома. Воно у 10—100 тисяч разів менше за атом. Якби атом можна було збільшити до розмірів Землі, то його ядро мало б радіус лише 30—60 м.

Як же утримуються протони й нейтрони в ядрі? Адже всі протони — позитивно заряджені, а нейтрони — електронейтральні. Чому ж ядро не розсипається на окремі частинки? Протони і нейтрони утримуються в ядрі специфічними ядерними силами. Ці сили діють лише на дуже малих відстанях (не більше 10~13 см) і досягають надзвичайної величини, яка в 100—1000 разів перевищує кулонівське відштовхування однойменно заряджених протонів. Природа ядерних сил остаточно ще не з'ясована.

А як можна визначити склад атомних ядер? Ти знаєш, що протонне число (порядковий номер) елемента відповідає величині заряду ядра його атома, тобто числу протонів. І знаєш відносну атомну масу елемента, яка дорівнює переважно сумі протонів і нейтронів, тому легко обчислити число нейтронів у ядрі. Наприт клад, протонне число елемента Калію дорівнює 19. Це означає, що заряд ядра його атома +19, тобто в ядрі міститься 19 протонів. Оскільки відносна атомна маса Калію — 39, то в ядрі його атома міститься 39 - 19 = 20 нейтронів.

Кожний вид атомів, незалежно від того, якому елементу він належить, однозначно описується сумою протонів і нейтронів — нуклонним числом. Саме тому видів атомів більше, ніж елементів. Кожний окремий вид атомів (вид ядра) називається нуклідом.

Нукліди це різновиди атомів (атомних ядер) з певним числом протонів і нейтронів.

Приклади нуклідів. фото

Мал. 13. Приклади нуклідів.


Термін «нуклід» вживається для позначення будь-яких атомів, що відрізняються складом ядра (або різним числом нуклонів, або при однаковому числі нуклонів різним співвідношенням протонів і нейтронів).

Для позначення нукліда використовують або назву елемента, до якої через дефіс приєднують нуклонне число (Окси-ген-16), або символ елемента, зверху ліворуч від якого також зазначають нуклонне число (16).

Якщо нукліди належать одному й тому самому хімічному елементу і мають однакову кількість протонів, але різняться за кількістю нейтронів, то вони називаються ізотопними нуклідами, або просто ізотопами (від гр. ізос — однаковий і топос — місце).

Ізотопи — це нукліди одного хімічного елемента, які мають однакове протонне число (заряд ядра). Позначення нуклідів Оксигену: Оксиген-16, Оксиген-17, Оксиген-18 або 16О, 17О,18О

Зверни увагу, термін «ізотопи» вживається лише у множині (застаріле «ізотоп» і є нуклід). Наприклад, природний Оксиген, крім нуклідів 16О, містить ще атоми з нуклонними числами 17 і 18. Це означає, що в природному Оксигені є різні види атомів, які в ядрі містять однакову кількість протонів (по 8), але різну кількість нейтронів (відповідно 8, 9, 10). Саме тому вони й різняться між собою атомною масою. Зазначені нукліди 16О, 17О,18О і є ізотопами Оксигену.
Назви і символи ізотопів збігаються з назвами і символами відповідного хімічного елемента. Виняток становлять лише ізотопи найлегшого з елементів — Гідрогену. Вони мають нуклонні числа 1, 2, 3 і власні назви та символи (табл. 13).

Таблиця 13. Ізотопи Гідрогену й Карбону

Ізотопи Гідрогену й Карбону. фото

Відкриття ізотопів дало змогу поглибити знання про хімічний елемент як вид атомів, що характеризується однаковим протонним числом (зарядом ядра).
Звичайно в природі більшість хімічних елементів існує у вигляді ізотопів. Тому відносна атомна маса таких елементів визначається величинами відносних атомних мас кожного з нуклідів з урахуванням їх масової частки в природі. Наприклад, елемент Оксиген являє собою суміш ізотопів — нуклідів 16О 99,757 %, 17О 0,039 % і 18О 0,204 %. Аби знайти відносну атомну масу Оксигену, треба:

формула. фото

Заокруглюємо знайдене середнє значення, виходить Аr(0) = 16.
Відносна атомна маса елемента в періодичній системі — це середнє значення атомних мас його ізотопів з урахуванням їх масових часток у природному елементі
Саме тому, що майже всі елементи — це суміші нуклідів, їх відносні атомні маси не цілочислові, а дробові.
Але ти можеш заперечити, чому ж тоді відносна атомна маса таких елементів як Натрій, Алюміній, Фосфор, Флуор, які не мають ізотопів, не є цілочисловою, а лише наближається до неї? Це пояснюється тим, що Карбон, який береться за точку відліку атомних мас інших елементів, сам складається з двох природних ізотопів 12С і 13С, а для визначення відносної атомної маси береться один із природних ізотопів, саме 12С, або Карбон-12.
Оскільки ізотопи певного елемента мають однакове протонне число (заряд ядра), а отже, й однакове число електронів, які однаково розміщені за енергетичними рівнями, то їх хімічні властивості також практично однакові. Тому можна говорити про хімічні властивості, наприклад Хлору, не беручи до уваги його ізотопний склад.

Ізотопи. фото

Мал. 14. Ізотопи.
Ізотопи (окремі нукліди) поділяють на стабільні і радіоактивні (радіонукліди). Стабільні нукліди мають усі «парні» елементи і більшість «непарних» з протонним числом (зарядом ядра) < 83. Нукліди всіх елементів, розміщених у періодичній системі після Вісмуту, радіоактивні.


Радіоактивний розпад хімічних елементів. У процесі радіоактивного випромінювання атоми радіоактивних елементів розпадаються, перетворюючись на атоми інших елементів. Так, кожен атом Радію Ra розщеплюється на атом Гелію Не та атом Радону Rn. Відповідні прості речовини — гелій і радон — належать до родини інертних газів: 
22688Ra → 42He + 22286Rn

Радон також радіоактивний. Він випромінює електрон і перетворюється на нуклід Францію-222 і т. д.:
формула. фото
На відміну від хімічних реакцій, під час яких атоми залишаються незмінними, у наведених рівняннях процесів радіоактивного розпаду відбувається перетворення одних атомів на інші. Такі процеси належать до ядерних реакцій.
Кожний радіонуклід має свою швидкість радіоактивного розпаду, яку неможливо ні збільшити, ні зменшити. Ця швидкість не залежить від конкретних чинників і характеризується періодом піврозпаду. Він показує, що протягом деякого часу розпадається половина первинної кількості наявного радіонукліда. В наступний такий самий інтервал часу розпадається половина залишку, тобто вдвічі менше, ще в наступний — ще вдвічі менше, ніж у попередній, і т. д. Спостерігаючи, наприклад, за зміною кількості Радону-222, встановили, що через 3,85 доби залишається половина його початкової кількості, ще через 3,85 доби — тільки 1/4, потім 1/8 і т. д.
Інтервал часу, протягом якого кількість радіоактивних атомів даного елемента зменшується вдвічі, називають періодом піврозпаду.
Ця величина характеризує тривалість життя елемента. Для різних радіоактивних елементів вона коливається від часток секунди до мільярдів років. Так, для Полонію 218Ро період піврозпаду становить 3 хв, для Радію 226Ra — 1620 років, для Урану 238U — 4,5 млрд років, що можна порівняти з віком Землі, а для Торію 232Th — втричі більше — 14 млрд років. Зрозуміло, що аварія на Чорнобильській АЕС (1986 p.), унаслідок якої на Україну (та інші країни) «звалилася» майже вся таблиця Менделєєва з багатьма радіоактивними елементами, завдала непоправної шкоди передусім нашому народу.

Родина актиноїдів. фото

Мал. 15. Родина актиноїдів.

Радіоактивне випромінювання (радіація) небезпечне тим, що воно невидиме, не має ні запаху, ні смаку, тому людина його ніяк не відчуває. Проте воно, особливо упромені, має велику проникну здатність. Проникаючи всередину живих організмів, радіація викликає йонізацію молекул біологічної системи, руйнує клітинні мембрани, вражає клітини кісткового мозку тощо. А це призводить до генетичних ушкоджень, які передаються у спадок майбутнім поколінням клітин, якщо клітини не встигли загинути. У свою чергу, це призводить до порушень імунної системи, зниження опірності живого організму різним захворюванням тощо.

До недавнього часу вважалося, що існує безпечний рівень, нижче за який радіація не впливає на здоров'я людини. Нині такий погляд спростовано. Тривалий вплив малих доз радіації чинить руйнівну дію на живі організми. Багато які захворювання, що раніше ніколи не пов'язувалися з рівнем радіації (грип, пневмонія, діабет, хвороби серця і нирок, параліч), насправді суттєво залежать навіть від малих доз опромінення, в тім числі й внутрішнього, що спричинюється потраплянням радіонуклідів всередину організму разом із питною водою і продуктами харчування.

Зменшити вплив радіації на здоров'я людини можна, якщо вживати таких заходів: не споживати забруднені радіонуклідами продукти харчування і питну воду; якомога частіше вживати такі продукти, які містять пектини (яблука, лимони, особливо їхня шкірка), що здатні «виводити радіацію»; вживати сорбенти — речовини, здатні вбирати і виводити з організму радіонукліди; боротися з пилом: регулярно чистити одяг, взуття, мити підлогу, бо пил може містити радіоактивні елементи.

Після відкриття явища радіоактивного розпаду стало зрозуміло, що хімічні елементи не є вічними і незмінними. Вони можуть перетворюватися один на одний. Цей факт засвідчує взаємозв'язок усіх елементів, їх спорідненість.

Чи знаєш ти, що на відміну від м'яса сало не забруднюється радіонуклідами? Тому в Англії, коли вирощують свиней для одержання бекону, час від часу контролюють товщину шарів сала та м'яса, згодовуючи тваринам короткожи-вучі радіонукліди та вимірюючи радіоактивність м'яса тварин

ВИСНОВКИ
Ядра атомів мають складну будову. Вони складаються з двох видів частинок — протонів і нейтронів, що утримуються ядерними силами. Протон р — позитивно заряджена частинка із зарядом +1 і масою, яка практично дорівнює 1, тому ядра атомів заряджені позитивно. Величина їх заряду чисельно дорівнює кількості протонів — протонному числу.
Нейтрон n — електронейтральна частинка, маса якої також практично дорівнює 1.
Маса атома визначається масою його ядра. Загальне число протонів і нейтронів — нуклонне число — обумовлює масу атома. Кількість нейтронів у ядрі чисельно дорівнює різниці між масою атома і масою протонів.
Загальна назва атомів (атомних ядер) з певним значенням нуклонно-го числа — нукліди.
Ізотопи — це нукліди одного хімічного елемента. Вони мають однакове число протонів, але різне число нейтронів. У періодичній системі ізотопи займають одне й те саме місце.
Нукліди бувають стабільні та радіоактивні. Останні самочинно розпадаються, що супроводжується випромінюванням — радіацією, яка шкідливо впливає на все живе.

Рефлексія від 0 учнів

Сподобався

0 0

Зрозумілий

0 0

Потрібні роз'яснення

0 0

Вітаємо зі святом працівникі́в осві́ти

та даруємо 100 грн

кешбеку!

Кешбеком можна оплатити 50% вартості будь-яких цифрових товарів та послуг на порталі «Всеосвіта»

Отримати кешбек можна з 1 до 14 жовтня 24 жовтня та використати протягом всього місяця.