Izotopy i układ okresowy pierwiastków - Chemia Nowej Ery 7

1.Izotopy - odmiany jednego pierwiastka

Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka chemicznego. Ich atomy mają tyle samo protonów i elektronów, a różnią się liczbą neutronów, np. izotopy wodoru: prot, deuter i tryt.

2.Co jest takie samo, a co różne w atomach izotopów jednego pierwiastka?

Takie same są: liczba atomowa Z, liczba protonów i liczba elektronów. Różne są: liczba neutronów i liczba masowa A.

3.Występowanie i właściwości izotopów

Większość pierwiastków chemicznych występuje w postaci izotopów. Izotopy danego pierwiastka różnią się właściwościami.

4.Izotopy wodoru

Wodór ma trzy izotopy: prot $\ce{^{1}_{1}H}$ (1 proton, 0 neutronów), deuter D $\ce{^{2}_{1}H}$ (1 proton, 1 neutron) i tryt T $\ce{^{3}_{1}H}$ (1 proton, 2 neutrony). Każdy ma 1 elektron. W przyrodzie najwięcej jest protu, którego jądro to sam proton.

5.Jak tworzy się nazwy izotopów?

Odrębne nazwy mają tylko izotopy wodoru (prot, deuter, tryt). Izotopy innych pierwiastków nazywa się nazwą pierwiastka z liczbą masową, np. $\ce{^{13}C}$ to izotop węgla 13, czyli węgiel trzynaście.

6.Jednostka masy atomowej a izotop węgla

Jednostka masy atomowej (unit, u) to $\frac{1}{12}$ masy atomu izotopu węgla $\ce{^{12}C}$.

7.Odkrycie promieniotwórczości

Zjawisko promieniotwórczości pierwiastków odkrył Antoine H. Becquerel, a promieniotwórcze pierwiastki polon i rad - Maria Skłodowska-Curie i Pierre Curie. Ich badania wykazały, że atomy mają budowę złożoną. Maria Skłodowska-Curie dostała Nagrodę Nobla dwa razy: w 1903 roku z fizyki i w 1911 roku z chemii.

8.Izotopy promieniotwórcze i ich zastosowania

Izotopy niektórych pierwiastków są źródłem promieniowania, które rejestruje się specjalnymi licznikami. Stosuje się je m.in. do kontroli pracy silników i w zasilaczach izotopowych, np. w rozrusznikach serca i sondach kosmicznych.

9.Zastosowania izotopów w czujnikach dymu, archeologii i energetyce

Izotop ameryku $\ce{^{241}Am}$ stosuje się w czujnikach dymu. Zawartość izotopu węgla $\ce{^{14}C}$ pozwala określić wiek znaleziska archeologicznego. Izotop uranu $\ce{^{235}U}$ jest źródłem energii w elektrowniach jądrowych i paliwem w lodołamaczach oraz łodziach podwodnych z napędem atomowym.

10.Izotopy w medycynie

Przed niektórymi badaniami, np. tarczycy, pacjent przyjmuje lek z izotopem promieniotwórczym, np. kapsułkę z izotopem jodu $\ce{^{131}I}$. Izotop gromadzi się w badanym narządzie, a specjalne kamery rejestrują jego promieniowanie. Potem trzeba pić dużo wody, by szybko wydalić izotop.

11.Jak obliczyć liczbę neutronów w izotopach jednego pierwiastka?

Od liczby masowej odejmujemy liczbę atomową: liczba neutronów = A - Z. Na przykład $\ce{^{20}_{10}Ne}$ ma 10 neutronów, a $\ce{^{22}_{10}Ne}$ - 12 neutronów; oba mają 10 protonów.

12.Izotopy węgla - porównanie budowy

Węgiel dwanaście $\ce{^{12}_{6}C}$, węgiel trzynaście $\ce{^{13}_{6}C}$ i węgiel czternaście $\ce{^{14}_{6}C}$ mają po 6 protonów i 6 elektronów. Neutronów mają odpowiednio 6, 7 i 8.

13.Zagrożenia związane z promieniowaniem jonizującym

Promieniowanie jonizujące to promieniowanie o wysokiej energii. Obawy dotyczą głównie awarii elektrowni jądrowych (np. Czarnobyl, 1986), a często pomija się radon-222 - radioaktywny gaz występujący naturalnie, groźny dla płuc. Licznik Geigera-Müllera mierzy promieniowanie i pozwala sprawdzić, czy dawka jest bezpieczna.

14.Układ okresowy pierwiastków chemicznych

Tablica, w której pierwiastki chemiczne są uporządkowane według zwiększającej się liczby atomowej Z. Każdy pierwiastek ma w niej swoje miejsce.

15.Dmitrij Mendelejew i jego układ okresowy

Rosyjski chemik, twórca układu okresowego (1869). Uporządkował 63 znane wtedy pierwiastki według zwiększającej się masy atomowej i otrzymał tablicę z poziomymi okresami i pionowymi grupami. Zauważył, że właściwości pierwiastków powtarzają się periodycznie.

16.Puste miejsca i przestawienia w tablicy Mendelejewa

Mendelejew zostawił puste miejsca dla nieodkrytych pierwiastków (np. pod glinem i krzemem) i przewidział ich właściwości. Później wypełniły je m.in. gal i german. Niektóre pierwiastki przestawił zgodnie z właściwościami, np. jod umieścił za tellurem, choć jod ma mniejszą masę atomową.

17.Prawo okresowości

Właściwości pierwiastków chemicznych, uporządkowanych zgodnie ze zwiększającą się liczbą atomową Z, powtarzają się okresowo. W pierwotnej wersji Mendelejewa pierwiastki porządkowano według masy atomowej.

18.Okres

Poziomy rząd układu okresowego. Jest 7 okresów (numery od 1 do 7). W okresie liczba atomowa Z zwiększa się od lewej do prawej strony.

19.Grupa

Pionowa kolumna układu okresowego. W układzie okresowym jest 18 grup.

20.Właściwości pierwiastków w tej samej grupie i w tym samym okresie

Pierwiastki z tej samej grupy mają podobne właściwości chemiczne. Pierwiastki z tego samego okresu mają różne właściwości chemiczne.

21.Jak określić położenie pierwiastka w układzie okresowym?

Za pomocą liczby atomowej Z (liczby porządkowej) albo za pomocą numeru grupy i numeru okresu. Z pola pierwiastka odczytujemy też jego symbol, nazwę i masę atomową.

22.Skąd pochodzą nazwy grup?

Od nazw pierwiastków, które zajmują w grupach pierwsze miejsca. Wyjątkiem jest grupa 1. - litowce. Nazwę wzięto od litu, drugiego pierwiastka w kolumnie, bo wodór wyraźnie różni się właściwościami od pozostałych pierwiastków tej grupy.

23.Nazwy grup 1., 2., 13. i 14.

Grupa 1. - litowce, grupa 2. - berylowce, grupa 13. - borowce, grupa 14. - węglowce.

24.Nazwy grup 15.-18.

Grupa 15. - azotowce, grupa 16. - tlenowce, grupa 17. - fluorowce, grupa 18. - helowce.

25.Zależność między budową atomu a położeniem pierwiastka w układzie okresowym

Między budową atomu a położeniem pierwiastka istnieje ścisła zależność. Znając numer grupy, numer okresu i liczbę atomową, można podać liczby protonów, elektronów, powłok i elektronów walencyjnych oraz narysować uproszczony model atomu.

26.Liczba elektronów walencyjnych a numer grupy

Dla pierwiastków grup 1. i 2. liczba elektronów walencyjnych jest równa numerowi grupy. Dla grup 13.-18. jest równa numerowi grupy pomniejszonemu o 10. Wyjątkiem jest hel, który ma 2 elektrony walencyjne.

27.Liczba powłok elektronowych a numer okresu

Liczba powłok elektronowych w atomie jest równa numerowi okresu, w którym leży pierwiastek. Na przykład pierwiastki 2. okresu mają dwie powłoki: K i L.

28.Jak z układu okresowego odczytać budowę atomu?

Z liczby atomowej ustalamy liczbę protonów i elektronów. Z numeru grupy - liczbę elektronów walencyjnych. Z numeru okresu - liczbę powłok. Potem zapisujemy konfigurację elektronową (K mieści najwyżej 2 elektrony, L - 8) i rysujemy uproszczony model atomu.

29.Budowa atomu chloru odczytana z układu okresowego

Chlor: Z = 17, grupa 17., okres 3. Atom ma 17 protonów i 17 elektronów, 3 powłoki i 17 - 10 = 7 elektronów walencyjnych. Konfiguracja elektronowa: $K^2L^8M^7$.

30.Maksymalna liczba elektronów w powłoce - wyrażenie $2n^2$

Maksymalną liczbę elektronów w powłoce obliczamy z wyrażenia $2n^2$, gdzie n to numer powłoki licząc od jądra. Dla K (n = 1) to 2, dla L (n = 2) - 8, dla M (n = 3) - 18, dla N (n = 4) - 32 elektrony.

31.Charakter chemiczny pierwiastków w układzie okresowym

Wraz ze wzrostem numeru grupy charakter chemiczny zmienia się od typowo metalicznego (grupy 1. i 2.) do typowo niemetalicznego (grupy 17. i 18.). Metale zajmują większość układu (lewą i środkową część), niemetale - prawy górny róg; wodór też jest niemetalem.

32.Zmiana liczby powłok i elektronów walencyjnych w układzie okresowym

W grupach 1., 2. i 13.-18. liczba powłok elektronowych zwiększa się z góry na dół, razem z liczbą atomową. Liczba elektronów walencyjnych zwiększa się w okresie od lewej do prawej, wraz z numerem grupy.

33.Zdolność oddawania i przyjmowania elektronów

W grupie, z góry na dół, powłoka walencyjna jest coraz dalej od jądra. Dlatego zdolność oddawania elektronów przez atomy metali się zwiększa, a zdolność przyjmowania elektronów przez atomy niemetali się zmniejsza.

34.Aktywność chemiczna

Zdolność atomów danego pierwiastka chemicznego do oddziaływania z innymi atomami lub cząsteczkami.

35.Zmiana aktywności chemicznej metali i niemetali w grupach

Aktywność metali (głównie grup 1. i 2.) zwiększa się w grupie ze wzrostem liczby atomowej, czyli w dół. Aktywność niemetali (głównie fluorowców) zwiększa się ze zmniejszaniem się liczby atomowej, czyli w górę. Najaktywniejsze metale leżą w grupie 1. (bez wodoru), a najaktywniejsze niemetale - w grupie 17.

36.Co zwiększa się wraz z numerem okresu, a co wraz z numerem grupy?

Ze wzrostem numeru okresu zwiększają się: liczba powłok elektronowych, charakter metaliczny, aktywność chemiczna metali i zdolność oddawania elektronów. Ze wzrostem numeru grupy zwiększają się: charakter niemetaliczny i liczba elektronów walencyjnych (grupy 1., 2. i 13.-18.).