En quoi les isotopes du chlore sont-ils différents ? Nucléides
Introduction……………………………………………………………………………………………………………3
1. Symbole d'un élément, sa position dans le tableau périodique des éléments D.I. Mendeleïev. Masse atomique………………………………………………………………………………….4
2. La structure du noyau de l'atome de chlore. Isotopes possibles. Exemples………………………….5
3. Formule électronique de l'atome : répartition des électrons à travers les niveaux, sous-niveaux, cellules de Hund. État excité de l'atome de chlore…………………………………………………………….6
4. Valence de l'atome d'aluminium dans les états stationnaires et excités. États d'oxydation possibles de l'atome de chlore. Propriétés rédox. Exemples de schémas de mouvement des électrons………………………………………………………………………………….8
5. Equivalents du chlore et de ses composés. Exemples de calculs……………………………..11
6. Propriétés chimiques du chlore et de ses composés. Exemples de réactions…………………12
7. Types de concentrations………………………………………………………………………………….15
8. Dissociation électrolytique. Schéma du processus de dissociation de l'hydroxyde. Constante de dissociation………………………………………………………………………………………17
9. Calcul du pH, pOH d'une solution 0,01 m d'hydroxyde ou de sel d'un élément………………………21
10. Hydrolyse………………………………………………………………………………..23
11. Analyse qualitative du chlore………………………………………………………………24
12. Méthodes de détermination quantitative de l'atome de chlore ou de ses composés……………27
12.1. Méthode gravimétrique d'analyse de l'atome de chlore………………………………………………………...27
13. Conclusion……………………………………………………………………………….29
Références………………………………………………………………………………32
Introduction
Le composé avec l'hydrogène - le chlorure d'hydrogène gazeux - a été obtenu pour la première fois par Joseph Priestley en 1772. Le chlore a été obtenu en 1774 par le chimiste suédois Karl Wilhelm Scheele, qui a décrit son isolement lors de la réaction avec la pyrolusite et l'acide chlorhydrique dans son traité sur la pyrolusite :
Scheele a noté l'odeur du chlore, semblable à celle de l'eau régale, sa capacité à interagir avec l'or et la cannelle, ainsi que ses propriétés blanchissantes. Cependant, Scheele, conformément à la théorie du phlogistique qui dominait en chimie à cette époque, a suggéré que le chlore est de l'acide murique (chlorhydrique) déphlogistiqué. Bertholley et Lavoisieve, dans le cadre de la théorie de l'oxygène des acides, ont démontré que la nouvelle substance devrait être un oxyde d'un élément hypothétique Muria. Cependant, les tentatives pour l'isoler restèrent infructueuses jusqu'aux travaux de Davy, qui par électrolyse parvint à décomposer le sel de table en chlore de sodium, prouvant le caractère élémentaire de ce dernier.
1. Symbole d'un élément, sa position dans le tableau périodique des éléments D.I. Mendeleïev. Masse atomique
X 
lor (du grec χλωρός - "vert") est un élément du 17ème groupe du tableau périodique des éléments chimiques (selon la classification obsolète - un élément du sous-groupe principal du groupe VII), la troisième période, avec numéro atomique 17. Désigné par le symbole Cl (lat. Chlorum). Non-métal chimiquement actif. Il fait partie du groupe des halogènes (à l'origine le nom « halogène » était utilisé par le chimiste allemand Schweiger pour désigner le chlore - littéralement « halogène » se traduit par oxyde de sel - mais il n'a pas fait son chemin et est ensuite devenu courant au 17e (VIIA ) groupe d'éléments, qui comprend le chlore).
La substance simple chlore (numéro CAS : 7782-50-5) dans des conditions normales est un gaz toxique de couleur vert jaunâtre, plus lourd que l'air, avec une odeur âcre. La molécule de chlore est diatomique (formule Cl2).
Masse atomique
(masse molaire)
[communication 1] a. e.m. (g/mol)
2. La structure du noyau de l'atome de chlore. Isotopes possibles. Exemples
Il existe 2 isotopes stables du chlore trouvés dans la nature : avec un nombre de masse de 35 et 37. Les proportions de leur teneur sont respectivement de 75,78 % et 24,22 %.
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Isotope |
Masse relative, a.m.u. |
Demi-vie |
Type de carie |
Spin nucléaire |
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Écurie | ||||
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Désintégration β de 36 Ar | ||||
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Écurie | ||||
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37,2 minutes |
Désintégration β dans 38 Ar | |||
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55,6 minutes |
Désintégration β jusqu'à 39 Ar | |||
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1,38 minutes |
Désintégration β dans 40 Ar |
3. Formule électronique de l'atome : répartition des électrons à travers les niveaux, sous-niveaux, cellules de Hund. État excité de l'atome de chlore
Le chlore dans le tableau périodique des éléments chimiques appartient à la période 3, groupe VII, le sous-groupe principal (sous-groupe halogène).
Charge du noyau d'un atome Z = + = + 17
Nombre de protons N(p+) = 17
Nombre d'électrons N(e-) = 17
Dans un état excité :
1) 3s2 3p5 3d0 + hn --> 3s2 3p4 3d1
3 électrons non appariés (2 électrons au sous-niveau 3p et 1 électron au sous-niveau 3d), donc la valence est de 3
Exemple composé : HClO2, Cl2O3
2) 3s2 3p4 3d1 + hn --> 3s2 3p3 3d2
5 électrons non appariés (3 électrons sur le sous-niveau 3p et 2 électrons sur le sous-niveau 3d), donc la valence est de 5
Exemple composé : HClO3, Cl2O5
3) 3s2 3p3 3d2 + hn --> 3s1 3p3 3d3
7 électrons non appariés (1 électron dans le sous-niveau 3s, 3 électrons dans le sous-niveau 3p et 3 électrons dans le sous-niveau 3d), donc la valence est de 5
4. Valence de l'atome d'aluminium dans les états stationnaires et excités. États d'oxydation possibles de l'atome de chlore. Propriétés rédox. Exemples de schémas de mouvement d'électrons
Électrons de Valence : 3s2 3p5
Dans un état non excité, un atome de chlore au niveau d'énergie 3 possède un électron non apparié. Par conséquent, un atome de chlore non excité peut présenter une valence 1. La valence 1 apparaît dans les composés suivants :
Chlore gazeux Cl2 (ou Cl-Cl)
Chlorure de sodium NaCl (ou Na+ Cl-)
Chlorure d'hydrogène HCl (ou H-Cl)
Acide hypochloreux HOCl (ou H-O-Cl)
Propriétés rédox.
HCl - état d'oxydation du chlore -1
HClO3 - état d'oxydation du chlore +5
HClO4 - état d'oxydation du chlore +7
Un état d'oxydation intermédiaire indique que cet élément peut présenter à la fois des propriétés réductrices et oxydantes, il s'agit de HClO3.
Les propriétés oxydantes sont présentées par les éléments qui ont un état d'oxydation maximum (il est égal au numéro du groupe dans lequel se trouve l'élément). Cela signifie que HClO4 est un agent oxydant.
L'élément ayant le degré d'oxydation le plus bas a des propriétés réductrices, c'est-à-dire HCl est un agent réducteur.
Le chlore est un puissant agent oxydant. Divers composés chlorés peuvent être utilisés comme agents oxydants. Il s'agit du chlore C12), de l'acide hypochloreux HCIO, des sels de l'acide hypochloreux - hypochlorite de sodium NaCIO ou hypochlorite de calcium Ca(CIO)2 et de l'oxyde de chlore CIO2.
La chloration est utilisée pour éliminer les phénols, les crésols, les cyanures et le sulfure d'hydrogène des eaux usées. Pour lutter contre l’encrassement biologique des structures, il est utilisé comme biocide. Le chlore est également utilisé pour désinfecter l'eau.
Le chlore est fourni à la production sous forme liquide avec une teneur d'au moins 99,5 %. Le chlore est un gaz hautement toxique qui a la capacité de s’accumuler et de se concentrer dans de petites cavités. Il est assez difficile de travailler avec lui. Lorsqu'il pénètre dans l'eau, le chlore s'hydrolyse pour former de l'acide chlorhydrique. Avec certaines substances organiques présentes en solution, le C12 peut entrer dans des réactions de chloration. Il en résulte la formation de produits organochlorés secondaires hautement toxiques. Ils s’efforcent donc de limiter l’utilisation du chlore.
L'acide hypochloreux HCJ a le même pouvoir oxydant que le chlore. Cependant, ses propriétés oxydantes n’apparaissent qu’en milieu acide. De plus, l'acide hypochloreux est un produit instable : il se décompose avec le temps et à la lumière.
Les sels d'acide hypochloreux sont largement utilisés. L'hypochlorite de calcium Ca(Cl)2 est disponible en trois qualités avec des concentrations de chlore actif de 32 à 35 %. En pratique, le sel dibasique Ca(Cl)2- 2Ca(OH)g 2H20 est également utilisé.
Le sel d'hypochlorite de sodium le plus stable est NaOCl * 5H20, qui est obtenu par réaction chimique du chlore gazeux avec une solution alcaline ou par électrolyse du sel de table dans un bain sans diaphragme.
L'oxyde de chloreCO2 est un gaz jaune verdâtre, très soluble dans l'eau, un puissant oxydant. Il est obtenu en faisant réagir le chlorite NaC102 avec du chlore, de l'acide chlorhydrique ou de l'ozone. Lorsque l'oxyde de chlore interagit avec l'eau, aucune réaction de chloration ne se produit, ce qui exclut la formation de substances organochlorées. Récemment, des recherches approfondies ont été menées pour déterminer les conditions de remplacement du chlore par l'oxyde de chlore comme agent oxydant. Un certain nombre d’usines russes ont introduit des technologies avancées utilisant le CO2.
DÉFINITION
Chlore- le dix-septième élément du tableau périodique. Désignation - Cl du latin "chlorum". Situé en troisième période, groupe VIIA. Fait référence aux non-métaux. La charge nucléaire est de 17.
Le composé chloré naturel le plus important est le chlorure de sodium (sel de table) NaCl. La majeure partie du chlorure de sodium se trouve dans l’eau des mers et des océans. Les eaux de nombreux lacs contiennent également des quantités importantes de NaCl. On le trouve également sous forme solide, formant par endroits dans la croûte terrestre d’épaisses couches de ce qu’on appelle le sel gemme. D'autres composés chlorés sont également courants dans la nature, par exemple le chlorure de potassium sous la forme des minéraux carnallite KCl × MgCl 2 × 6H 2 O et sylvite KCl.
Dans des conditions normales, le chlore est un gaz jaune-vert (Fig. 1) hautement soluble dans l’eau. Une fois refroidis, les hydrates cristallins sont libérés des solutions aqueuses, qui sont des clarates de composition approximative Cl 2 × 6H 2 O et Cl 2 × 8H 2 O.
Riz. 1. Chlore à l’état liquide. Apparence.
Masse atomique et moléculaire du chlore
La masse atomique relative d'un élément est le rapport entre la masse d'un atome d'un élément donné et 1/12 de la masse d'un atome de carbone. La masse atomique relative est sans dimension et est notée A r (l'indice « r » est la première lettre du mot anglais relatif, qui signifie « relatif »). La masse atomique relative du chlore atomique est de 35,457 amu.
Les masses des molécules, ainsi que les masses des atomes, sont exprimées en unités de masse atomique. La masse moléculaire d'une substance est la masse d'une molécule, exprimée en unités de masse atomique. La masse moléculaire relative d'une substance est le rapport de la masse d'une molécule d'une substance donnée à 1/12 de la masse d'un atome de carbone, dont la masse est de 12 uma. On sait que la molécule de chlore est diatomique - Cl 2. Le poids moléculaire relatif d'une molécule de chlore sera égal à :
M r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.
Isotopes du chlore
On sait que dans la nature, le chlore peut être trouvé sous la forme de deux isotopes stables 35 Cl (75,78 %) et 37 Cl (24,22 %). Leurs nombres de masse sont respectivement 35 et 37. Le noyau d'un atome de l'isotope du chlore 35 Cl contient dix-sept protons et dix-huit neutrons, et l'isotope 37 Cl contient le même nombre de protons et vingt neutrons.
Il existe des isotopes artificiels du chlore avec des nombres de masse allant de 35 à 43, parmi lesquels le plus stable est le 36 Cl avec une demi-vie de 301 000 ans.
Ions chlore
Le niveau d'énergie externe de l'atome de chlore comporte sept électrons, qui sont des électrons de valence :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .
À la suite d'une interaction chimique, le chlore peut perdre ses électrons de valence, c'est-à-dire être leur donneur et se transformer en ions chargés positivement ou accepter des électrons d'un autre atome, c'est-à-dire soyez leur accepteur et transformez-vous en ions chargés négativement :
Cl 0 -7e → Cl 7+ ;
Cl 0 -5e → Cl 5+ ;
Cl 0 -4e → Cl 4+ ;
Cl0 -3e → Cl3+ ;
Cl 0 -2e → Cl 2+ ;
Cl 0 -1e → Cl 1+ ;
Cl 0 +1e → Cl 1- .
Molécule et atome de chlore
La molécule de chlore est constituée de deux atomes - Cl 2. Voici quelques propriétés caractérisant l’atome et la molécule de chlore :
Exemples de résolution de problèmes
EXEMPLE 1
| Exercice | Quel volume de chlore faut-il prélever pour réagir avec 10 litres d'hydrogène ? Les gaz sont dans les mêmes conditions. |
| Solution | Écrivons l'équation de la réaction entre le chlore et l'hydrogène : Cl 2 + H 2 = 2HCl. Calculons la quantité de substance hydrogène qui a réagi : n (H 2) = V (H 2) / V m ; n (H 2) = 10 / 22,4 = 0,45 mol. D'après l'équation, n (H 2) = n (Cl 2) = 0,45 mol. Alors, le volume de chlore ayant réagi avec l’hydrogène est égal à : |
La plupart des éléments trouvés dans la nature sont composés de plusieurs types d’atomes, différant par leur masse atomique relative.
Exemple. Le chlore se présente dans la nature sous la forme d'un mélange de deux types d'atomes, l'un contenant 18 et l'autre 20 neutrons dans le noyau.
Chaque type d'atome, quelle que soit son appartenance à un élément spécifique, est décrit de manière unique par le nombre de nucléons (la somme des protons et des neutrons). Par conséquent, le nombre de types d’atomes dépasse le nombre d’éléments.
Chaque type d'atome (type de noyau) est appelé un nucléide.
Un nucléide est un type d’atomes et de noyaux qui correspond à un certain nombre de protons et de neutrons.
Nuclides appartenant au même élément et identifiables de manière unique
nombre de protons, mais différant par le nombre de neutrons, sont appelés nucléides isotopiques, ou simplement isotopes.
Les isotopes d'un élément sont des nucléides qui ont une charge nucléaire égale (nombre de protons).
Les isotopes d'un élément ne diffèrent que par le nombre de neutrons et donc par le nombre total de nucléons.
Par exemple : Les noyaux de deux isotopes naturels du chlore contiennent 17 protons, mais 18 et 20 neutrons, soit respectivement 35 et 37 nucléons.
Du fait que c'est le nombre de protons dans le noyau qui détermine le nombre d'électrons dans la coquille d'un atome et les propriétés chimiques de l'élément, il s'ensuit que les atomes de tous les isotopes d'un même élément ont le même structure, et les isotopes eux-mêmes ont des propriétés chimiques similaires, c'est pourquoi ils ne peuvent pas être séparés par des méthodes chimiques.
Il existe des éléments dans la nature qui ne possèdent qu’un seul isotope. De tels éléments sont appelés isotopiquement purs. Dans le tableau périodique moderne, il y a 21 éléments isotopiquement purs (ils sont répertoriés ci-dessous par ordre croissant) : Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr. , Tb, Ho, Tm, Au, Bi, Th.
Les éléments naturels restants sont un mélange de deux ou plusieurs isotopes dont les atomes diffèrent par le nombre de nucléons. De tels éléments sont appelés mélangés isotropiquement ; ils sont majoritaires dans le tableau périodique. Les valeurs des masses atomiques relatives de ces éléments correspondent au mélange naturel d'isotopes et sont moyennées sur la teneur en isotopes, de sorte que les valeurs d'Ag pour de nombreux éléments s'écartent considérablement des valeurs entières. Même le carbone, qui est pris comme point de référence pour les masses atomiques relatives d'autres éléments, est un élément mélangé d'isotopes (deux isotopes avec A, = 12 et A, = 13), et la mesure pour déterminer la masse atomique relative est l'un des isotopes naturels du carbone, à savoir le carbone –12. L'élément étain possède le plus grand nombre d'isotopes (dix).
Pour les nucléides, les valeurs exactes des masses atomiques relatives sont toujours proches de valeurs entières, les masses des nucléides peuvent donc être comparées par ces valeurs de A r, appelées nombres de masse.
Le nombre de masse d'un nucléide est égal au nombre de nucléons qu'il contient (la somme des protons et des neutrons).
Pour désigner un nucléide spécifique, des symboles spéciaux sont utilisés.À gauche du symbole d'un élément chimique, le nombre de masse est indiqué par l'exposant et la charge du noyau est indiquée par l'indice inférieur. Par exemple : 6 12 C, 17 35 Cl, etc.
Et donc une masse atomique différente.
Les isotopes sont désignés par les mêmes symboles qu'un élément chimique, en ajoutant un nombre de masse en haut à gauche du symbole, par exemple, les isotopes du chlore désignent : 35cl Et 37 cl, ou le numéro de masse suit le nom ou le symbole de l'élément, par exemple : uranium-233 ou Pu-239.
Les isotopes d'un élément chimique donné ont la même charge sur le noyau atomique, c'est-à-dire le même numéro atomique, et occupent la même place dans le tableau périodique, ont le même nombre de protons dans le noyau atomique, mais diffèrent les uns des autres par le nombre de neutrons. Ainsi, le noyau atomique de l'isotope du chlore 35 Cl contient 17 protons, puisque le numéro de série du chlore est 17, et 18 neutrons (35-17 = 18), et le noyau de l'isotope du chlore 37 Cl contient 17 protons et 20 neutrons. (37-17 = 20) .
Certains éléments chimiques possèdent un petit nombre d’isotopes stables. Ainsi, trois isotopes stables sont connus pour l'oxygène : 16 O (le noyau est constitué de 8 protons et 8 neutrons), 17 O (le noyau est constitué de 8 protons et 9 neutrons) et 18 B (le noyau est constitué de 8 protons et 10 neutrons). ). Trois isotopes sont également connus pour l'hydrogène : 1 H (le noyau est constitué d'un seul proton), 2 H (le noyau est constitué d'un proton et d'un neutron), 3 H (le noyau est constitué d'un proton et de deux neutrons). Certains éléments chimiques sont constitués d'un assez grand nombre d'isotopes. Par exemple, le xénon possède 9 isotopes, l’étain 10, etc.
La grande majorité des isotopes n’ont pas de noms spéciaux, mais les isotopes de certains éléments, en particulier les isotopes de l’hydrogène, ont des noms spéciaux et même des symboles spéciaux. Ainsi, l'isotope de l'hydrogène 1 H est appelé protium, l'isotope 2 H est deutérium et est désigné par le symbole D et l'isotope 3 H est le tritium (symbole T). Certains isotopes sont assez courants dans la nature, comme l'isotope de l'oxygène 16 O et l'isotope de l'hydrogène 1 H, tandis que d'autres isotopes sont présents en quantités très infimes, comme les isotopes de l'oxygène 17 O et 18 O et les isotopes de l'hydrogène 2 H et 3 H. .
En termes de propriétés chimiques, tous les isotopes d'un élément individuel sont très similaires, il n'y a donc pas de différence significative dans les réactions chimiques entre eux. L'exception concerne les isotopes de l'hydrogène, qui diffèrent sensiblement les uns des autres par leurs propriétés.
La demi-vie des isotopes instables peut être très différente, de 1 ? 10 -24 à des valeurs dépassant l'âge de l'Univers. Dans ce dernier cas, une faible radioactivité peut être détectée par des mesures précises, mais l’isotope peut être considéré comme pratiquement stable.
Les variétés d'atomes du même élément, ayant la même charge nucléaire, mais des masses différentes, sont appelées isotopes (des mots « isos » - le même, « topos » - lieu).
Les informations sur les isotopes permettent de donner une définition précise de la notion d'« élément chimique ». Un élément chimique est un type d’atome possédant la même charge nucléaire. Un isotope est un type d’atome ayant la même charge nucléaire et la même masse.
Nous avons appris que les atomes sont divisibles et non éternels. Reste à se poser la question : les atomes d’un même élément sont-ils réellement identiques les uns aux autres à tous égards, en particulier ont-ils réellement la même masse ?
Puisque la masse totale des électrons qui composent un atome est insignifiante par rapport à la masse de son noyau, les poids atomiques des éléments doivent être des multiples de la masse d'un proton ou d'un neutron, c'est-à-dire des multiples de l'unité. En d’autres termes, les poids atomiques de tous les éléments doivent être exprimés en nombres entiers (plus précisément, proches des nombres entiers). Sur certains éléments, cette conclusion est justifiée. Mais il existe de nombreux éléments dont les poids atomiques sont exprimés en nombres fractionnaires. Par exemple, le poids atomique du chlore est de 35,45. En fait, il n’existe pas un seul atome de chlore dans la nature qui ait une telle masse. L'élément chlore est un mélange de deux types d'atomes : certains atomes de chlore ont une masse atomique de 35 et d'autres 37. La masse atomique du chlore, trouvée par des méthodes chimiques, 35,45, n'est que le poids moyen de ses atomes. Il y a plus d’atomes légers dans le chlore que d’atomes plus lourds ; Par conséquent, la masse moyenne des atomes de chlore, 35,45, est plus proche du poids atomique de la variété légère – les atomes de chlore.
Comme le chlore, la plupart des éléments chimiques sont des mélanges d’atomes dont le poids atomique diffère mais qui possèdent la même charge nucléaire.
Le signe chimique du chlore, Cl, fait référence à un mélange naturel des deux isotopes du chlore. Lorsqu'il faut parler de chaque isotope séparément, la valeur numérique de la masse de l'atome isotopique en question est attribuée au signe du chlore, 35 Cl, 37 Cl.
Comme le chlore, la plupart des éléments chimiques sont des mélanges d’isotopes. Les noyaux isotopiques de chaque élément contiennent le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons. Ainsi, les noyaux des isotopes 35 Cl et 37 Cl contiennent chacun 17 protons (le numéro de série du chlore est 17) et un nombre différent de neutrons : les noyaux 35 Cl contiennent 18 neutrons, et les noyaux 37 Cl - 20 neutrons.
La masse atomique d’un élément est d’autant plus petite que l’élément contient d’isotopes légers. Si la composition d'un élément avec un numéro atomique inférieur est principalement constituée d'atomes de ses isotopes lourds et que la composition de l'élément qui le suit contient des atomes de ses isotopes plus légers, alors il s'avère que la masse moyenne d'un atome d'un élément avec un numéro atomique plus élevé ne sera pas supérieur, mais inférieur au poids moyen de l'élément atomique avec un numéro de série inférieur. Ceci est par exemple observé dans l'argon Ar et le potassium K.
L'extrême similitude des propriétés chimiques des isotopes d'un même élément, malgré les masses différentes de leurs atomes, confirme la conclusion formulée précédemment : les propriétés des éléments chimiques ne dépendent pas tant du poids atomique que de la charge du noyau atomique.
