§8. Понятие периодической системы. Относительная атомная масса

Периодическая система элементов Д.И. Менделеева

В химии, как и в каждой науке, систематизация фактического материала существенно помогает его исследованию. Можно сказать, что современная химия начинает свою подлинную историю с открытием периодического закона химических элементов, принадлежащего великому русскому учёному Д. И. Менделееву. Этот закон и его графическое отображение – периодическая система частей – база исследования химических частей.

Посмотрите на периодическую систему Д. И. Менделеева: каждому элементу отведена отдельная ячейка в таблице. Все элементы пронумерованы. Периодическая система отображает естественную классификацию элементов. Естественный порядок элементов основан на количестве протонов в их ядре и начинается элементом Гидроген. Элемент Гидроген содержит в ядре атома один протон, поэтому ему присвоен порядковый номер один. Элемент номер два – Гелий содержит в ядре два протона. Элемент номер три – Литий содержит в ядре три протона. У каждого последующего элемента становится больше на один протон в ядре.

Каждый элемент занимает то самое место, потому что номер химического элемента в периодической системе равен числу протонов в ядре его атома.

Порядковый номер или протонное число – это число протонов в ядре атома.

Элементы разместили в ряды и столбики. В ячейке записано символ элемента, его порядковый номер, название элемента, значение относительной атомной массы. В тех вариантах, когда наименования обычных веществ образованных данным элементом и наименования элемента различаются, приведены оба наименования.

Из периодической системы мы будем брать необходимые сведения о химическом элементе.

Элемент имеет название, химический символ и определенный порядковый номер в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Масса атома

Химики в лаборатории взвешивают нужные им вещества и традиционно массу выражают в миллиграммах, граммах или килограммах. А можно ли на практике взвесить один атом? Конечно нет! Обычные весы непригодны для определения масс мельчайших частиц вещества – атомов и молекул. Известно, что массы и размеры атомов очень малы. Современные методы исследований позволяют определить очень малые массы атомов с высокой точностью. Например, масса самого легкого из атомов – атома Гидрогена (ma) составляет 1,67·10^-27 кг или 0,000 000 000 000 000 000 000 00167 кг, масса атома Оксигена (ma) – 2,655·10^-26 кг, 1,993·10^-26 кг.

Атомная единица массы

Выполнять расчеты с большими числами неудобно. В этой связи возникла необходимость в единице измерения масс атомов и молекул, удобной для практической работы. Ученые договорились использовать не абсолютные, а относительные атомные массы. Относительная атомная масса является безразмерной величиной и указывает во сколько раз масса данного атома больше некоторой массы, выбранной за эталон. Эталоном первоначально была масса самого легкого атома – атома гидрогена.

Теперь таким эталоном является атомная единица массы (а.е.м.), равная 1/12 массы атома Карбона. Почему 1/12 атома Карбона? Потому что атом Карбона почти в 12 раз тяжелее атома Гидрогена. Эту маленькую массу назвали атомной единицей массы.

Рис. 39. Относительная атомная масса Гидрогена.

Рис. 40. Относительная атомная масса Карбона.

Атомные и молекулярные массы химики измеряют в особой системе единиц – атомных единицах массы.

Как определили атомную единицу массы? Для этого абсолютную массу атома Карбона разделили на 12.

Атомная единица массы – это физическая величина, равная 1/12 части массы атома Карбона.
Числовое значение атомной единицы массы (а.е.м.) составляет 1,66·10^-27 кг

Относительная атомная масса

Массы атомов всех химических элементов химики сравнивают со значением одного а.е.м. и получают относительные атомные массы. Для этого абсолютные значения атомных масс частей делят на числовое значение атомной единицы массы. Относительная атомная масса обозначается символом A_r («а-эр»), где А – первая буква греческого слова «атомос» – «неделимый», r – первая буква латинского слова «relativus» – «относительный»:

Математическое выражение:

, или , или .

Относительная атомная масса – это физическая величина, определяемая отношением массы атома элемента к 1/12 части массы атома Карбона.

Пример.
а) Определим относительную атомную массу Натрия:
m_a(Na) = 3,8164 · 10^–26 кг, тогда

Итак, A_r(Na) ≈ 23.

Рис. 41. Относительная атомная масса Натрия.

Пример.
б) Определим относительную атомную массу Гидрогена:
m_a(H) = 1,674 · 10^–27 кг, тогда

Итак, A_r(H) ≈ 1.

в) Определим относительную атомную массу Оксигена:
m_a(О) = 2,655 · 10^–26 кг, тогда

Итак, A_r(О) ≈ 16.

Это означает, что масса одного атома Гидрогена приближенно равна 1/12 части массы атома Карбона, а масса одного атома Кислорода в 16 раз (заокруглено) больше 1/12 части массы атома Карбона, т.е. за 1 а.е.м. Буквы «а.е.м.» около числового значения относительной атомной массы, как правило, не указывают.

На практике слово «относительная» часто не называют и относительную атомную массу называют просто атомной массой.

Атомная масса – масса атома химического элемента, выраженная в атомных единицах. Атомную массу можно получить суммируя массы нейтронов, протонов и электронов, составляющих данный элемент:
1 а.е.м. = 1,66·100^–27 кг.

Относительные атомные массы определены для всех элементов и указаны в периодической системе элементов. Мы будем пользоваться заокругленными атомными массами. Если после запятой стоит число больше пяти, мы добавим единицу, а если меньше пяти – мы его учитывать не будем. За исключением атома хлора, для которого принимаем A_r(Cl) = 35,5.

Пример.

Название химического элемента	Абсолютная масса атома, кг	Масса атома (а.е.м.)	Относительная атомная масса (заокругл.)
Гидроген	1,674 · 10^–27	1,00794	1
Оксиген	2,655 · 10^–26	15,9994	16
Сульфур	5,32 · 10^–26	32,06	32

Итог

Атомная единица массы представляет собой величину, равную 1/12 массы атома Карбона.
Относительная атомная масса – это физическая величина, определяемая отношением массы атома к 1/12 части массы атома Карбона.
Значение относительной атомной массы и массы атома выраженной в а.е.м. численно совпадают.

?

Какие сведения об элементах мы можем извлечь из периодической системы?
Каково числовое значение атомной единицы массы?
Что такое относительная атомная масса элемента?
Почему под порядковым номером элемента понимается протонное число?

Задания для самоконтроля

Фронтальная работа

41. Определите относительные атомные массы элементов, если известны их абсолютные атомные массы:
а) m_a(P) = 5,146 · 10^–26 кг;
б) m_a(S) = 5,32 · 10^–26 кг;
в) m_a(F) = 3,155 · 10^–26 кг;
г) m_a(Fe) = 9,3 · 10^–26 кг.

42. Используя периодическую систему выпишите относительные атомные массы следующих элементов: Флуора, Лития, Карбона, Магния, Алюминия. Укажите химические символы этих элементов в порядке возрастания их атомных масс.

43. Что означают такие записи: 4Fe₂O₃, 2Zn, 3ZnO, 5K, 2K₂O?

44. Пользуясь периодической системой, вычислите во сколько раз:
а) атом Купрума тяжелее атома Оксигена;
б) атом Карбона легче атома Сульфура;
в) атом Лития легче атома Нитрогена.

45. Вычислите число протонов, нейтронов и электронов в элементах с порядковыми номерами: 8, 11, 5, 24, 31.

▲

46. Установите соответствие между символами химических элементов и их относительными атомными массами:

1. K	a) 27
2. Na	б) 31
3. Al	в) 64
4. P	г) 39
5. Cu	д) 23

ІІ

47. Найдите в периодической таблице элементов Калий, Кальций, Ферум, Цинк и укажите их атомные номера.

48. Что означает запись – 3Н₂О:
а) три атома;
б) шесть атомов;
в) три молекулы?

ІІІ

49. Напишите массу атома в атомных единицах массы и относительную атомную массу для элементов по образцу:

Название химического элемента	Масса атома в а.е.м.	Относительная атомная масса
Литий	6,941	7
Кальций
Фосфор

50. Найдите в периодической таблице элементы с атомными номерами 7, 10, 12, 16, 30 и укажите число протонов, нейтронов и электронов.

51. Впишите в клетки кроссворда украинские названия указанных химических элементов и прочтите ключевое слово – название мельчайшей частицы вещества:

Любознательным

Атомную массу можно получить суммируя массы протонов и нейтронов. Поскольку масса протонов и нейтронов в атомных единицах массы выражается целыми числами, то масса атомов должна выражаться целым числом. Почему у большинства химических элементов атомные массы дробны? Это объясняется тем, что в ядрах атомов того же химического элемента может быть разное количество нейтронов. Атомы того же элемента, отличающиеся массой, называют изотопами. Слово происходит от греческих слов «isos» – «одинаковый» и «topos» – «место», что подчеркивает принадлежность таких атомов тому же месту в периодической системе.

Относительная атомная масса элементов является средним арифметическим масс изотопов и с учетом их распространения в природе.

Количество нейтронов оказывает влияние только на массу атома. Важнейшей чертой атома является количество протонов в ядре (заряд ядра).

Для тех, кто хочет знать химию глубже

1. Могут ли в состав любой молекулы входить следующие массы Оксигена:
а) 8 а.о.м;
б) 16 а.о.м;
в) 64 а.о.м;
г) 24 а.о.м?
Объясните.

Ответ: масса одного атома Оксигена равна 16 а.е.м. Число атомов в молекуле может быть только целым, поэтому:
а) 8 а.е.м. быть не может, потому что это соответствует 1/2 атома Оксигена.
б) 16 а.е.м. может быть, потому что это соответствует одному атому Оксигена.
в) 64 а.е.м. может быть, потому что это соответствует 4 атомам Оксигена.
г) 24 а.е.м. не может быть, потому что это соответствует 1,5 атома Оксигена.