Cum diferă izotopii clorului? Nuclizi

Introducere……………………………………………………………………………………………………………………… 3

1. Simbol al unui element, poziția acestuia în tabelul periodic al elementelor D.I. Mendeleev. Masa atomică…………………………………………………………………………………………….4

2. Structura nucleului atomului de clor. Izotopi posibili. Exemple………………………….5

3. Formula electronică a atomului: distribuția electronilor pe niveluri, subniveluri, celule Hund. Starea excitată a atomului de clor……………………………………………………………………….6

4. Valența atomului de aluminiu în stări staționare și excitate. Posibile stări de oxidare ale atomului de clor. Oxidativ - proprietăți de restaurare. Exemple de scheme de mișcare a electronilor…………………………………………………………………………………………….8

5. Echivalenți de clor și compușii săi. Exemple de calcule………………………………………..11

6. Proprietăţile chimice ale clorului şi ale compuşilor săi. Exemple de reacții…………………12

7. Tipuri de concentrații…………………………………………………………………………………………….15

8. Disocierea electrolitică. Schema procesului de disociere a hidroxidului. Constanta de disociere……………………………………………………………………………………………17

9. Calculul pH-ului, pOH al unei soluții de 0,01 m de hidroxid sau sare a unui element……………21

10. Hidroliza………………………………………………………………………………..23

11. Analiza calitativă a clorului…………………………………………………………………………24

12. Metode de determinare cantitativă a atomului de clor sau a compuşilor săi……………27

12.1. Metoda gravimetrică de analiză a atomului de clor………………………………………………………………………27

13. Concluzie…………………………………………………………………………………………….29

Referințe…………………………………………………………………………………32

Introducere

Compusul cu hidrogen - clorură de hidrogen gazoasă - a fost obținut pentru prima dată de Joseph Priestley în 1772. Clorul a fost obținut în 1774 de chimistul suedez Karl Wilhelm Scheele, care a descris izolarea acestuia la reacția cu piroluzit și acid clorhidric în tratatul său despre piroluzit:

Scheele a remarcat mirosul de clor, similar cu mirosul de acva regia, capacitatea sa de a interacționa cu aurul și scorțișoara, precum și proprietățile sale de albire. Cu toate acestea, Scheele, în conformitate cu teoria flogistului care era dominantă în chimie la acea vreme, a sugerat că clorul este acid muric (clorhidric) deflogistic, iar Bertholley, în cadrul teoriei oxigenului a acizilor, a susținut că noua substanță ar trebui. fi un oxid al unui element ipotetic Muria. Încercările de a-l izola au rămas însă fără succes până la lucrările lui Davy, care prin electroliză a reușit să descompună sarea de masă în clor de sodiu, dovedind caracterul elementar al acestuia din urmă.

1. Simbol al elementului, poziția acestuia în tabel periodic elemente d.I. Mendeleev. Masa atomică

X lor (din greaca χλωρός - „verde”) - element din grupa a 17-a a tabelului periodic elemente chimice(conform clasificării învechite - un element al subgrupului principal al grupei VII), a treia perioadă, cu număr atomic 17. Notat cu simbolul Cl (lat. Chlorum). Nemetal activ din punct de vedere chimic. Face parte din grupul de halogeni (inițial numele „halogen” a fost folosit de chimistul german Schweiger pentru clor - literalmente „halogen” este tradus ca oxid de sare - dar nu a prins și ulterior a devenit comun în al 17-lea (VIIA). ) grup de elemente, care include clorul).

Substanța simplă clorul (număr CAS: 7782-50-5) în condiții normale este un gaz otrăvitor de culoare verde-gălbui, mai greu decât aerul, cu miros înțepător. Molecula de clor este diatomică (formula Cl2).

Masa atomică

(masa molara)

[com 1] a. e.m. (g/mol)

2. Structura nucleului atomului de clor. Izotopi posibili. Exemple

În natură se găsesc 2 izotopi stabili ai clorului: cu un număr de masă de 35 și 37. Proporțiile conținutului lor sunt de 75,78% și respectiv 24,22%.

Izotop	Masa relativă, a.m.u.	Înjumătățire de viață	Tip de degradare	Spin nuclear
		Stabil
			dezintegrarea β a 36 Ar
		Stabil
		37,2 minute	dezintegrarea β în 38 Ar
		55,6 minute	dezintegrarea β la 39 Ar
		1,38 minute	dezintegrarea β în 40 Ar

3. Formula electronică a atomului: distribuția electronilor pe niveluri, subniveluri, celule Hund. Starea excitată a atomului de clor

Clorul din tabelul periodic al elementelor chimice se află în perioada 3, grupa VII, subgrupa principală (subgrupa halogenului).

Sarcina nucleului unui atom Z = + = + 17

Numărul de protoni N(p+) = 17

Numărul de electroni N(e-) = 17

Într-o stare excitată:

1) 3s2 3p5 3d0 + hn --> 3s2 3p4 3d1

3 electroni nepereche (2 electroni pe subnivelul 3p și 1 electron pe subnivelul 3d), prin urmare valența este 3

Exemplu de compus: HCIO2, Cl2O3

2) 3s2 3p4 3d1 + hn --> 3s2 3p3 3d2

5 electroni nepereche (3 electroni pe subnivelul 3p și 2 electroni pe subnivelul 3d), prin urmare valența este de 5

Exemplu de compus: HCIO3, Cl2O5

3) 3s2 3p3 3d2 + hn --> 3s1 3p3 3d3

7 electroni nepereche (1 electron în subnivelul 3s, 3 electroni în subnivelul 3p și 3 electroni în subnivelul 3d), prin urmare valența este 5

4. Valența atomului de aluminiu în stări staționare și excitate. Posibile stări de oxidare ale atomului de clor. Proprietăți redox. Exemple de scheme de mișcare a electronilor

Electroni de valență: 3s2 3p5

Într-o stare neexcitată, un atom de clor la nivelul de energie 3 are un electron nepereche, prin urmare, un atom de clor neexcitat poate prezenta valența 1. Valența 1 apare în următorii compuși:

Clor gazos Cl2 (sau Cl-Cl)

Clorură de sodiu NaCl (sau Na+ Cl-)

Clorura de hidrogen HCl (sau H-Cl)

Acid hipocloros HOCl (sau H-O-Cl)

Proprietăți redox.

HCl - starea de oxidare a clorului -1

HClO3 - starea de oxidare a clorului +5

HClO4 - starea de oxidare a clorului +7

O stare de oxidare intermediară indică faptul că acest element poate prezenta atât proprietăți reducătoare, cât și proprietăți oxidante, acesta este HClO3

Proprietățile oxidante sunt prezentate de elementele care au o stare de oxidare maximă (este egală cu numărul grupului în care se află elementul). Aceasta înseamnă că HClO4 este un agent oxidant.

Elementul cu cel mai scăzut grad de oxidare are proprietăți reducătoare, adică. HCl este un agent reducător.

Clorul este un agent oxidant puternic. Ca agenți de oxidare pot fi utilizați diferiți compuși ai clorului. Acesta este clorul C12), acidul hipocloros HCIO, sărurile acidului hipocloros - hipoclorit de sodiu NaCIO sau hipoclorit de calciu Ca(CIO)2 și oxidul de clor CIO2.

Clorarea este utilizată pentru a elimina fenolii, cresolii, cianurile și hidrogenul sulfurat din apele uzate. Pentru combaterea murdării biologice a structurilor, este folosit ca biocid. Clorul este, de asemenea, folosit pentru a dezinfecta apa.

Clorul este furnizat producției sub formă lichidă cu un conținut de cel puțin 99,5%. Clorul este un gaz foarte toxic și are capacitatea de a se acumula și de a se concentra în cavități mici. Este destul de greu de lucrat cu el. Când intră în apă, clorul se hidrolizează pentru a forma acid clorhidric. Cu unele substanțe organice care sunt prezente în soluție, C12 poate intra în reacții de clorinare. Ca urmare, se formează produse organoclorurate secundare, care au grad înalt toxicitate. Prin urmare, se străduiesc să limiteze utilizarea clorului.

Acidul hipocloros HCJ are aceeași capacitate de oxidare ca și clorul. Cu toate acestea, proprietățile sale oxidante apar numai în mediu acid. În plus, acidul hipocloros este un produs instabil - se descompune în timp și la lumină.

Sărurile acidului hipocloros sunt utilizate pe scară largă. Hipocloritul de calciu Ca(Cl)2 este disponibil în trei grade, cu concentrații de clor activ de la 32 la 35%. În practică, se folosește și sarea dibazică Ca(Cl)2-2Ca(OH)g 2H20.

Cea mai stabilă sare de hipoclorit de sodiu este NaOCl * 5H20, care se obține prin reacția chimică a clorului gazos cu o soluție alcalină sau prin electroliza sării de masă într-o baie fără diafragmă.

Oxidul de clor CO2 este un gaz galben-verzui, foarte solubil în apă, un agent oxidant puternic. Se obține prin reacția cloritului NaC102 cu clorul, acidul clorhidric sau ozonul. Când oxidul de clor interacționează cu apa, nu au loc reacții de clorinare, ceea ce elimină formarea de substanțe organoclorurate. Recent, au fost efectuate cercetări ample pentru a determina condițiile de înlocuire a clorului cu oxid de clor ca agent oxidant. Un număr de fabrici rusești au introdus tehnologii avansate folosind CO2.

DEFINIŢIE

Clor- al șaptesprezecelea element al Tabelului Periodic. Denumire - Cl din latinescul „chlorum”. Situat în a treia perioadă, grupa VIIA. Se referă la nemetale. Sarcina nucleară este 17.

Cel mai important compus natural de clor este clorura de sodiu (sare de masă) NaCl. Masa principală de clorură de sodiu se găsește în apa mărilor și oceanelor. Apele multor lacuri conțin și cantități semnificative de NaCl. De asemenea, apare sub formă solidă, formându-se pe alocuri în scoarta terestra straturi groase de așa-numita sare gemă. Alți compuși ai clorului sunt, de asemenea, comuni în natură, de exemplu clorura de potasiu sub formă de minerale carnalit KCl × MgCl 2 × 6H 2 O și silvita KCl.

În condiții normale, clorul este un gaz galben-verde (Fig. 1), care este foarte solubil în apă. La răcire de la solutii apoase Se disting hidrații cristalini, care sunt clarate de compoziție aproximativă Cl 2 × 6H 2 O și Cl 2 × 8H 2 O.

Orez. 1. Clorul în stare lichidă. Aspect.

Masa atomică și moleculară a clorului

Masa atomică relativă a unui element este raportul dintre masa unui atom al unui element dat și 1/12 din masa unui atom de carbon. Relativ masa atomica este adimensional și este notat cu A r (indicele „r” este litera inițială Cuvânt englezesc relativă, care înseamnă „rudă”). Masa atomică relativă a clorului atomic este de 35,457 amu.

Masele moleculelor, precum și masele atomilor, sunt exprimate în unități de masă atomică. Masa moleculară a unei substanțe este masa unei molecule, exprimată în unități de masă atomică. Masa moleculară relativă a unei substanțe este raportul dintre masa unei molecule a unei substanțe date și 1/12 din masa unui atom de carbon, a cărui masă este de 12 amu. Se știe că molecula de clor este diatomică - Cl 2. Relativ greutate moleculară molecula de clor va fi egală cu:

M r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.

Izotopi ai clorului

Se știe că în natură clorul poate fi găsit sub formă de doi izotopi stabili 35 Cl (75,78%) și 37 Cl (24,22%). Numerele lor de masă sunt 35 și, respectiv, 37. Nucleul unui atom al izotopului de clor 35 Cl conține șaptesprezece protoni și optsprezece neutroni, iar izotopul 37 Cl conține același număr de protoni și douăzeci de neutroni.

Există izotopi artificiali ai clorului cu numere de masă de la 35 la 43, dintre care cel mai stabil este 36 Cl cu un timp de înjumătățire de 301 mii de ani.

Ioni de clor

Nivelul de energie exterior al atomului de clor are șapte electroni, care sunt electroni de valență:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .

Ca urmare a interacțiunii chimice, clorul își poate pierde electronii de valență, adică. fi donatorul lor și se transformă în ioni încărcați pozitiv sau acceptă electroni de la un alt atom, adică să fie acceptorul lor și să se transforme în ioni încărcați negativ:

CI0-7e → CI7+;

CI0-5e → CI5+;

CI0-4e → CI4+;

CI0-3e → CI3+;

CI0-2e → CI2+;

CI0-1e → CI1+;

Cl 0 +1e → Cl 1- .

Moleculă și atom de clor

Molecula de clor este formată din doi atomi - Cl 2. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de clor:

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercita	Ce volum de clor trebuie luat pentru a reacționa cu 10 litri de hidrogen? Gazele sunt în aceleași condiții.
Soluţie	Să scriem ecuația pentru reacția dintre clor și hidrogen: CI2 + H2 = 2HCI. Să calculăm cantitatea de substanță hidrogen care a reacționat: n (H2) = V (H2)/Vm; n (H2) = 10/22,4 = 0,45 mol. Conform ecuației, n (H 2 ) = n (Cl 2) = 0,45 mol. Apoi, volumul de clor care a reacționat cu hidrogenul este egal cu:

Majoritatea elementelor găsite în natură sunt compuse din mai multe tipuri de atomi, care diferă în masa atomică relativă.

Exemplu. Clorul apare în natură ca un amestec de două tipuri de atomi, unul care conține 18 neutroni și celălalt 20 de neutroni în nucleu.

Fiecare tip de atom, indiferent de apartenența unui anumit element, este descris în mod unic prin numărul de nucleoni (suma protonilor și neutronilor). Prin urmare, numărul de tipuri de atomi depășește numărul de elemente.

Fiecare tip de atom (tip de nucleu) se numește nuclid.

Un nuclid este un tip de atomi și nuclei care corespunde unui anumit număr de protoni și neutroni.

Nuclizi aparținând aceluiași element și identificabili în mod unic
numărul de protoni, dar care diferă prin numărul de neutroni, se numesc nuclizi izotopici, sau pur și simplu izotopi.

Izotopii unui element sunt nuclizi care au o sarcină nucleară egală (număr de protoni).

Izotopii unui element diferă doar prin numărul de neutroni și, prin urmare, prin numărul total de nucleoni.

De exemplu: nucleele a doi izotopi naturali ai clorului conțin 17 protoni, dar 18 și 20 de neutroni, adică 35 și, respectiv, 37 de nucleoni.

Datorită faptului că numărul de protoni din nucleu determină numărul de electroni din învelișul unui atom și proprietățile chimice ale elementului, rezultă că atomii tuturor izotopilor aceluiași element au aceeași electronică. structura, iar izotopii înșiși au proprietăți chimice similare, motiv pentru care nu pot fi separați prin metode chimice.

Există elemente în natură care au un singur izotop. Asemenea elemente sunt numite izotopic pure. În Tabelul Periodic modern există 21 de elemente izotopic pure (sunt enumerate mai jos în ordine crescătoare): Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr , Tb, Ho, Tm, Au, Bi, Th.

Elementele naturale rămase sunt un amestec de doi sau mai mulți izotopi, atomii cărora diferă prin numărul de nucleoni. Asemenea elemente sunt numite amestecate izotrope sunt majoritatea în Tabelul Periodic. Valorile maselor atomice relative ale unor astfel de elemente corespund amestecului natural de izotopi și sunt mediate pe conținutul de izotopi, prin urmare, valorile Ag pentru multe elemente se abat mult de la valorile întregi. Chiar și carbonul, care este luat ca punct de referință pentru masele atomice relative ale altor elemente, este un element amestecat cu izotopi (doi izotopi cu A, = 12 și A, = 13), iar măsura pentru determinarea masei atomice relative este unul dintre izotopii naturali ai carbonului și anume carbonul –12. Elementul staniu are cel mai mare număr de izotopi (zece).

Pentru nuclizi, valorile exacte ale maselor atomice relative sunt întotdeauna apropiate de valori întregi prin urmare, masele nuclizilor pot fi comparate folosind aceste valori ale lui A r, numite numere de masă.

Numărul de masă al unui nuclid este egal cu numărul de nucleoni pe care îi conține (suma protonilor și neutronilor).

Pentru a desemna un nuclid specific, se folosesc simboluri speciale În stânga simbolului unui element chimic, numărul de masă este indicat prin superscript, iar sarcina nucleului este indicată de indicele inferior. De exemplu: 6 12 C, 17 35 Cl etc.

Și, prin urmare, masă atomică diferită.

Izotopii sunt notați prin aceleași simboluri ca un element chimic, adăugând un număr de masă în partea din stânga sus a simbolului, de exemplu, izotopii de clor denotă: 35 clŞi 37 cl, sau numărul de masă urmează numele sau simbolul elementului, de exemplu: uraniu-233 sau Pu-239.

Izotopii unui element chimic dat au aceeași sarcină pe nucleul atomic, adică același număr atomic și ocupă același loc în tabelul periodic, au același număr de protoni în nucleul atomic, dar diferă unul de celălalt în numărul de neutroni. Deci, în nucleul atomic Izotopul de clor 35 Cl conține 17 protoni, deoarece numărul de serie al clorului este 17 și 18 neutroni (35-17 = 18), iar nucleul izotopului de clor 37 Cl conține 17 protoni și 20 de neutroni (37-17 = 20). ).

Unele elemente chimice au un număr mic de izotopi stabili. Astfel, pentru oxigen sunt cunoscuți trei izotopi stabili: 16 O (nucleul este format din 8 protoni și 8 neutroni), 17 O (nucleul este format din 8 protoni și 9 neutroni) și 18 B (nucleul este format din 8 protoni și 10 neutroni). ). Pentru hidrogen sunt cunoscuți și trei izotopi: 1 H (nucleul este format dintr-un proton), 2 H (nucleul este format dintr-un proton și un neutron), 3 H (nucleul este format dintr-un proton și doi neutroni). Unele elemente chimice constau dintr-un număr destul de mare de izotopi. De exemplu, xenonul are 9 izotopi, staniul are 10 etc.

Marea majoritate a izotopilor nu au denumiri speciale, dar izotopii unor elemente, în special izotopii de hidrogen, au denumiri speciale și chiar simboluri speciale. Astfel, izotopul hidrogenului 1 H se numește proțiu, izotopul 2 H este deuteriu și este desemnat prin simbol D iar izotopul 3 H este tritiu (simbol T). Unii izotopi sunt destul de comuni în natură, cum ar fi izotopul de oxigen 16 O și izotopul de hidrogen 1 H, în timp ce alți izotopi apar în cantități foarte mici, cum ar fi izotopii de oxigen 17 O și 18 O și izotopii de hidrogen 2 H și 3 H. .

În ceea ce privește proprietățile chimice, toți izotopii unui element individual sunt foarte asemănători, deci nu există nicio diferență semnificativă între ei reactii chimice neobservat. Excepție fac izotopii de hidrogen, care diferă semnificativ unul de celălalt în proprietățile lor.

Timpul de înjumătățire al izotopilor instabili poate fi foarte diferit, de la 1? 10 -24 la valori care depășesc vârsta Universului. În acest din urmă caz, radioactivitatea slabă poate fi detectată prin măsurători precise, dar izotopul poate fi considerat practic stabil.

Varietățile de atomi ai aceluiași element, având aceeași sarcină nucleară, dar mase diferite, sunt numite izotopi (de la cuvintele „isos” - același, „topos” - loc).

Informațiile despre izotopi ne permit să dăm definiție precisă conceptul de „element chimic”. Un element chimic este un tip de atom cu aceeași sarcină nucleară. Un izotop este un tip de atom cu aceeași sarcină nucleară și aceeași masă.

Am învățat că atomii sunt divizibili și nu eterni. Rămâne de luat în considerare întrebarea: sunt atomii aceluiași element cu adevărat identici între ei din toate punctele de vedere, în special, au într-adevăr aceeași masă?

Deoarece masa totală a electronilor care formează un atom este nesemnificativă în comparație cu masa nucleului său, greutățile atomice ale elementelor trebuie să fie multipli ai masei unui proton sau neutron, adică multipli ai unității. Cu alte cuvinte, greutățile atomice ale tuturor elementelor trebuie exprimate în numere întregi (mai precis, aproape de numere întregi). Pe unele elemente această concluzie este justificată. Dar există multe elemente ale căror greutăți atomice sunt exprimate în numere fracționale. De exemplu, greutatea atomică a clorului este de 35,45. De fapt, nu există un singur atom de clor în natură care să aibă o astfel de masă. Elementul clor este un amestec de două tipuri de atomi: unii atomi de clor au masa atomică de 35, iar alții de 37. Masa atomică a clorului, 35,45, găsită prin metode chimice este doar greutatea medie a atomilor săi. În clor există mai mulți atomi mai ușori decât cei mai grei; De aceea greutate medie atomii de clor 35,45 sunt mai aproape de greutatea atomică a varietății ușoare - atomii de clor.

Ca și clorul, majoritatea elementelor chimice sunt amestecuri de atomi care diferă în greutate atomică, dar au aceeași sarcină nucleară.

Semnul chimic pentru clor, Cl, se referă la un amestec natural al ambilor izotopi ai clorului. Când trebuie să vorbim despre fiecare izotop separat, valoarea numerică a masei atomului izotop în cauză este atribuită semnului de clor, 35 Cl, 37 Cl.

Ca și clorul, majoritatea elementelor chimice sunt amestecuri de izotopi. Nucleele izotopice ale fiecărui element conțin același număr de protoni, dar un număr diferit de neutroni. Astfel, nucleele izotopilor 35 Cl și 37 Cl conțin fiecare câte 17 protoni (numărul de serie al clorului este 17) și un număr diferit de neutroni: nucleele 35 Cl conțin 18 neutroni, iar cele 37 Cl - 20 neutroni.

Masa atomică a unui element este mai mică, cu cât elementul conține mai mulți izotopi de lumină. Dacă compoziția unui element cu un număr atomic mai mic constă predominant din atomi ai izotopilor săi grei, iar compoziția elementului care îl urmează conține atomi ai izotopilor săi mai ușori, atunci se dovedește că masa medie a unui atom al unui element cu un număr atomic mai mare nu va fi mai mare, ci mai mic decât greutatea medie a elementului atomic cu un număr de serie mai mic. Acest lucru se observă, de exemplu, în argon Ar și potasiu K.

Extremă asemănare proprietăți chimice izotopii aceluiași element, în ciuda maselor diferite ale atomilor lor, confirmă concluzia făcută anterior: proprietățile elementelor chimice depind nu atât de greutatea atomică, cât de sarcina nucleului atomic.