Izotopi i relativna atomska masa
- definirati izotop
- odrediti broj subatomskih čestica u izotopu vodika
- odrediti broj subatomskih čestica u izotopima jednostavnijih elemenata
- navesti da su u prirodi elementi najčešće smjesa različitih izotopa
- prepoznati izotope istog elementa
- objasniti pojam relativne mase
- razlikovati pojmove relativna masa i prosječna masa
- izračunati prosječnu masu i relativnu masu na primjeru tvari iz svakodnevnog života
- usporediti značenje pojmova relativna atomska masa, atomska jedinica mase i masa atoma
- odrediti relativnu atomsku masu elemenata na temelju podataka iz periodnog sustava elemenata
- izračunati masu atoma nekog elementa iskazanu u daltonima
- objasniti zašto relativne atomske mase nisu cijeli brojevi i nemaju mjernu jedinicu.
Uvod
Atomi istog elementa imaju jednak broj protona.
Broj protona u jezgri jednak je broju elektrona u elektronskom omotaču.
Zbog toga je atom u cjelini neutralan.
A što je s brojem neutrona?
Početkom 20. stoljeća utvrđeno je da atomi istog elementa nemaju uvijek istu masu.
Znamo da je masa atoma približno jednaka masi jezgre.
Masa jezgre ovisi o broju protona i neutrona u jezgri.
To znači da atomi istog elementa mogu imati različite nukleonske odnosno masene brojeve.
Možemo zaključiti da se broj neutrona u jezgri atoma istog elementa može razlikovati.
Izotopi su atomi istog kemijskog elementa s različitim brojem neutrona.
Prema tome, izotopi su atomi kemijskog elementa, s istim protonskim, a različitim nukleonskim brojem.
Nukleonski broj jest zbroj protona i neutrona u jezgri atoma.
Ako je broj neutrona različit, onda je različit i nukleonski broj atoma.
Pojedini izotop nekog elemeta X označujemo tako da:
– nukleonski broj A pišemo u gornjem lijevom kutu ispred simbola elementa
– protonski broj Z pišemo u donjem lijevom kutu.
Uvod
Atomi istog elementa imaju jednak broj protona. Broj protona u jezgri jednak je broju elektrona u elektronskom omotaču. Zbog toga je atom u cjelini neutralan. A što je s brojem neutrona?
Početkom 20. stoljeća utvrđeno je da atomi istog elementa nemaju uvijek istu masu. Znamo da je masa atoma približno jednaka masi jezgre i da ovisi o broju protona i neutrona u jezgri. To znači da atomi istog elementa mogu imati različite nukleonske odnosno masene brojeve. Možemo zaključiti da se broj neutrona u jezgri atoma istog elementa može razlikovati.
Atomi istog kemijskog elementa s različitim brojem neutrona nazivaju se izotopi. Prema tome, izotopi su atomi kemijskog elementa, s istim protonskim, a različitim nukleonskim brojem.
Pojedini izotop nekog elementa X označujemo tako da protonski broj Z pišemo u donjem lijevom kutu, a nukleonski broj A u gornjem lijevom kutu ispred simbola elementa.
Elementi u prirodi većinom postoje kao smjese dvaju ili više izotopa.
Izotopi nekog elementa imaju jednaka kemijska svojstva jer ona ne ovise o masi atoma.
Zato različiti izotopi istog elementa imaju isto mjesto u periodnom sustavu elementa.
Izotopi se međusobno razlikuju samo u masi.
U prirodi je broj izotopa mnogo veći od broja kemijskih elemenata.
Vrlo veliki broj izotopa dobiven je laboratorijskim putem.
Postoje stabilni i nestabilni izotopi.
Nestabilni izotopi su radioaktivni izotopi.
Elementi u prirodi većinom postoje kao smjese dvaju ili više izotopa. Izotopi nekog elementa imaju jednaka kemijska svojstva jer ona ne ovise o masi atoma.
Zato različiti izotopi istog elementa imaju isto mjesto u periodnom sustavu elementa. Izotopi se međusobno razlikuju samo u masi.
U prirodi je broj izotopa mnogo veći od broja kemijskih elemenata, a vrlo velik broj izotopa dobiven je laboratorijskim putem. Postoje stabilni i nestabilni (radioaktivni) izotopi.
Najjednostavniji kemijski element vodik ima tri izotopa.
Najlakši i najčešći izotop vodika u prirodi ima samo jedan proton u jezgri.
To je obični vodik ili procij.
Njegov maseni udio u prirodnom uzorku vodika iznosi 99,98 %.
Izotop vodika koji u jezgri pored jednog protona ima i jedan neutron zove se deuterij ili teški vodik.
U laboratoriju je dobiven i treći izotop vodika koji u jezgri pored jednog protona ima i dva neutrona.
Naziva se tricij ili superteški vodik.
Tricij je nestabilan i radioaktivan izotop.
Najjednostavniji kemijski element vodik ima tri izotopa. Najlakši od svih i najčešći izotop vodika u prirodi ima samo jedan proton u jezgri. To je obični vodik ili procij, a njegov maseni udio u prirodnom uzorku vodika iznosi 99,98 %.
Izotop vodika koji u jezgri pored jednog protona ima i jedan neutron zove se deuterij ili teški vodik.
U laboratoriju je dobiven i treći izotop vodika koji u jezgri pored jednog protona ima i dva neutrona, a naziva se tricij ili superteški vodik. Tricij je nestabilan i radioaktivan izotop.
| procij (obični vodik) | deuterij (teški vodik) | tricij (superteški vodik) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 proton | 1 proton | 1 proton | |||
| 0 neutrona | 1 neutron | 2 neutrona | |||
| 1 elektron | 1 elektron | 1 elektron | |||
Kisik je element koji se u prirodi javlja s tri stabilna izotopa.
| ime izotopa | oznaka izotopa | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| kisik-16 |
|
8 | 16 | 8 | 8 | 8 |
| kisik-17 |
|
8 | 17 | 8 | 8 | 9 |
| kisik-18 | 8 | 18 | 8 | 8 | 10 |
Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.
Odaberite sve točne odgovore.
Poznata su tri izotopa vodika. Što je različito atomima izotopa vodika?
(Dva su odgovora točna.)
Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.
Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.
Odaberite sve točne odgovore.
Atomi A, B, C, D i E sastoje se od navedenih subatomskih čestica. Označite atome koji pripadaju istom kemijskom elementu.
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Izotopi su atomi istog kemijskog elementa s različitim brojem neutrona u jezgri. Od ponuđenih tvrdnji o izotopima odaberite netočnu.
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
U jezgri atoma nalazi se 8 neutrona. Z(X) = 8. Koliko je puta masa nepoznatog atoma veća od jednog daltona?
Želite li pokušati ponovo?
Što je radioaktivnost?
Radioaktivnost je pretvorba atoma nekog elementa u atom drugog elementa.
Pri tome nastaje radioaktivno zračenje.
U prirodi se nalazi 270 stabilnih i 70 radioaktivnih izotopa.
U laboratorijima su dobivene tisuće nestabilnih radioaktivnih izotopa.
Neki radioaktivni izotopi primjenjuju se u različitim granama znanosti, primjerice u medicini, fizici, biologiji, geologiji, arheologiji i sl.
Starost prirodnih izotopa (npr. helija, kalija ili olova) u pojedinim dijelovima Zemljine kore procjenjuje se na temelju njihove raspodjele.
Starost arheoloških i bioloških nalaza može se odrediti na temelju količine izotopa .
Vrlo je značajna primjena izotopa u medicini.
Snažni izvori zračenja služe za radioterapiju.
Neki drugi izotopi služe za istraživanje rada organa (npr. za štitnjaču), lokalizaciju tumora, istraživanje metabolizma, ispitivanje djelovanja lijekova i dr.
Marie Sklodowska Curie bila je prva znanstvenica koja se bavila istraživanjem fenomena radioaktivnosti.
Otkrila je dva nova radioaktivna elementa, radij i polonij.
Što je radioaktivnost?
Radioaktivnost je spontana pretvorba atoma nekog elementa u atome drugog elementa. Snopove elementarnih čestica koje se pri tome oslobađaju nazivamo radioaktivnim zračenjem. U prirodi se nalazi 270 stabilnih i 70 radioaktivnih izotopa. U laboratorijima su dobivene tisuće nestabilnih radioaktivnih izotopa.
Neki radioaktivni izotopi primjenjuju se u različitim granama znanosti, primjerice u medicini, fizici, biologiji, geologiji, arheologiji i dr.
Starost prirodnih izotopa (npr. helija, kalija ili olova) u pojedinim dijelovima Zemljine kore procjenjuje se na temelju njihove raspodjele. Starost arheoloških i bioloških nalaza može se odrediti na temelju količine izotopa . Vrlo je značajna primjena izotopa u medicini. Snažni izvori zračenja, ponajprije kobaltov i cezijev izotop ( i ), služe za radioterapiju, a neki drugi izotopi za vizualizaciju i istraživanje rada organa (npr. za štitnjaču) te za lokalizaciju tumora, određivanje metaboličkih puteva, ispitivanje djelovanja lijekova i dr.
Marie Sklodowska Curie bila je prva znanstvenica koja se bavila istraživanjem fenomena radioaktivnosti te je otkrila dva nova radioaktivna elementa, radij i polonij.
U Arheološkom muzeju u Zagrebu čuva se naša najpoznatija mumija – gospođa Nesi-hensu.
Ona je bila supruga „božanskog krojača’’ Paher-hensua iz Tebe u drevnom Egiptu.
Znanstvenici Instituta „Ruđer Bošković’’ utvrdili su starost mumije s pomoću radioaktivnog izotopa ugljika.
Na internetskoj stranici https://hr.wikipedia.org/wiki/Ugljik-14 proučite pojam datiranje ugljikom.
U timovima istražite nešto o ovoj metodi na internetu i pripremite kratko izvješće.
Da biste lakše shvatili svojstva radioaktivnih izotopa, proučite simulaciju koja je dostupna na stranicama Colorado.
U Arheološkom muzeju u Zagrebu čuva se naša najpoznatija mumija – gospođa Nesi-hensu, supruga „božanskog krojača’’ Paher-hensua iz Tebe u drevnom Egiptu. Znanstvenici Instituta „Ruđer Bošković’’ utvrdili su starost mumije s pomoću radioaktivnog izotopa ugljika .
U timovima istražite ovu metodu na stručnim mrežnim stranicama i pripremite kratko izvješće. Da biste lakše shvatili svojstva radioaktivnih izotopa, proučite simulaciju DATIRANJE POMOĆU RADIOAKTIVNOSTI – IGRA, dostupnu na mrežnoj stranici eduPhet.colorado.
Relativna atomska masa
Slavni kemičar John Dalton pretpostavio je da atom vodika ima najmanju masu.
U to vrijeme bilo je teško odrediti tu masu.
Dalton je mase svih atoma uspoređivao s masom vodika.
Masu drugih atoma iskazivao je brojem koji je govorio
koliko je puta masa nekog atoma veća od mase atoma vodika.
Od tada se počeo koristiti pojam relativna atomska masa.
Danas se posebnim uređajima može odrediti masa atoma (ma).
Te su vrijednosti toliko male da nisu prikladne za svakodnevnu uporabu.
Za iskazivanje tako malih brojeva služimo se eksponencijalnim prikazom.
Negativan eksponent označuje ukupan broj nula u navedenom broju.
Primjerice masa jednog atoma vodika iznosi 0,000 000 000 000 000 000 000 001 67 g.
Znanstvenim zapisom ta se vrijednost iskazuje kao
.
Zbog tako malih vrijednosti znanstvenici su odlučili odabrati
neku osnovnu masu atoma.
U odnosu na tu osnovnu masu mogle bi se iskazivati mase svih atoma.
Od 1961. odabrana je nova jedinica koja se zove atomska jedinica mase (u) ili dalton (Da).
Prema dogovoru atomska jedinica mase, ili Da,
jednaka je jednoj dvanaestini mase najčešćeg ugljikova izotopa nukleonskog broja 12, ().
Čitaj:
jedna dvanaestina mase ugljikova izotopa nukleonskog broja 12,
() = jedan dalton
Vrijednost te jedinice iskazana u jedinicama mase jest:
.
(Kada pretvaramo g u kg, dodamo još tri nule minus eksponentu.)
Uspoređivanjem prosječne mase atoma nekog elementa s atomskom jedinicom mase dobije se broj bez mjerne jedinice.
Tako dobivena vrijednost naziva se relativna atomska masa, Ar.
Relativna atomska masa (Ar) jest broj koji pokazuje koliko je puta prosječna masa atoma (ma) nekog elementa (X)
veća od atomske jedinice mase (u), odnosno jednog daltona (Da).
Iz relativnih atomskih masa elemenata može se izračunati masa atoma.
Masa atoma () jednaka je umnošku njegove relativne atomske mase (Ar) i atomske jedinice mase (daltona).
Podatak o relativnoj atomskoj masi (Ar) nalazi se uvijek uz kemijski simbol elementa u periodnom sustavu.
Relativna atomska masa
U vrijeme kada je slavni kemičar John Dalton pretpostavio da atom vodika ima najmanju masu, nisu postojali načini kako tu masu odrediti. Dalton je mase svih atoma, tada poznatih elemenata, iskazivao brojem koji je govorio koliko je puta masa nekog atoma veća od mase atoma vodika. Od tada se počeo koristiti pojam relativna atomska masa.
Danas se posebnim uređajima može odrediti masa atoma (ma). Te su vrijednosti toliko male da nisu prikladne za svakodnevnu uporabu.
Primjerice, masa jednog atoma vodika iznosi:
0,000 000 000 000 000 000 000 001 67 g.
Znanstvenim zapisom ta se vrijednost iskazuje kao:
.
Zbog toga se javila potreba odabiranja neke osnovne mase u odnosu na koju bi se mogle iskazivati mase svih atoma.
Od 1961. odabrana je nova jedinica koja se zove atomska jedinica mase (u) ili dalton (Da).
Prema dogovoru atomska jedinica mase, ili Da, jednaka je jednoj dvanaestini mase najčešćeg ugljikova izotopa nukleonskog
broja 12, ().
Vrijednost te jedinice iskazana u jedinicama mase jest:
.
Uspoređivanjem prosječne mase atoma nekog elementa s atomskom jedinicom mase dobije se broj bez mjerne jedinice. Tako dobivena vrijednost naziva se relativna atomska masa, Ar.
Relativna atomska masa (Ar) jest broj koji pokazuje koliko je puta prosječna masa atoma (ma) prirodne smjese izotopa nekog elementa (X) veća od atomske jedinice mase (u), odnosno jednog daltona (Da).
Iz relativnih atomskih masa elemenata može se izračunati masa atoma.
Masa atoma (ma) jednaka je umnošku njegove relativne atomske mase (Ar) i atomske jedinice mase (daltona).
Podatak o relativnoj atomskoj masi (Ar) nalazi se uvijek uz kemijski simbol elementa u periodnom sustavu.
Zašto su relativne atomske mase izražene decimalnim brojevima?
Prosječna masa klorova atoma iznosi 35,45 Da. Takav atom u prirodi ne postoji. Prosječna masa atoma klora posljedica je postojanja dvaju različitih stabilnih izotopa klora u prirodi: i . Svaki od njih ima različitu masu i u prirodi nisu jednako zastupljeni. Više ima klora .
Ugljik se u prirodi javlja trima različitim izotopima , i . Znajući da je , pretpostavite koji je izotop ugljika najzastupljeniji u prirodi.
Riješeni primjer 1.
Relativna atomska masa magnezija iznosi 24,31.
Izračunajte:
a) prosječnu masu atoma magnezija
b) prosječnu masu pet atoma magnezija.
Masu iskažite u daltonima.
Zadano je:
Traži se:
Izračun:
a)
b)
Odgovor:
Prosječna masa jednog atoma magnezija iznosi 24,31 Da, a prosječna masa triju atoma magnezija iznosi 72,93 Da.
Na kraju…
Riješite interaktivni kviz!
Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Koji je izotop vodika najzastupljeniji u prirodi?
Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.
Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Oznaka za masu pet atoma kisika jest:
Želite li pokušati ponovo?