Kako se razlikujejo izotopi klora? Nuklidi

Uvod………………………………………………………………………………………………………………3

1. Simbol elementa, njegov položaj v periodnem sistemu elementov D.I. Mendelejev. Atomska masa………………………………………………………………………………….4

2. Zgradba jedra atoma klora. Možni izotopi. Primeri………………………….5

3. Elektronska formula atoma: porazdelitev elektronov po nivojih, podnivojih, Hundovih celicah. Vzbujeno stanje atoma klora……………………………………………………………….6

4. Valenca atoma aluminija v stacionarnem in vzbujenem stanju. Možna oksidacijska stanja atoma klora. Redoks lastnosti. Primeri shem gibanja elektronov…………………………………………………………………………………….8

5. Ekvivalenti klora in njegovih spojin. Primeri izračunov……………………………..11

6. Kemijske lastnosti klora in njegovih spojin. Primeri reakcij…………………12

7. Vrste koncentracij…………………………………………………………………………………….15

8. Elektrolitska disociacija. Shema procesa disociacije hidroksida. Konstanta disociacije…………………………………………………………………………………………17

9. Izračun pH, pOH 0,01 M raztopine hidroksida ali soli elementa…………………………21

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

11. Kvalitativna analiza klora………………………………………………………………24

12. Metode za kvantitativno določanje atoma klora ali njegovih spojin……………27

12.1. Gravimetrična metoda za analizo klorovega atoma………………………………………………………...27

13. Zaključek……………………………………………………………………………….29

Literatura…………………………………………………………………………………32

Uvod

Spojino z vodikom - plinast vodikov klorid - je prvi pridobil Joseph Priestley leta 1772. Klor je leta 1774 pridobil švedski kemik Karl Wilhelm Scheele, ki je v svoji razpravi o piroluzitu opisal njegovo izolacijo pri reakciji s piroluzitom in klorovodikovo kislino:

Scheele je opazil vonj klora, podoben vonju aqua regia, njegovo sposobnost interakcije z zlatom in cimetom, pa tudi njegove belilne lastnosti. Vendar je Scheele v skladu s teorijo flogistona, ki je takrat prevladovala v kemiji, predlagal, da je klor deflogizirana murična (klorovodikova) kislina, Bertholley in Lavoisieve pa sta v okviru kisikove teorije kislin utemeljevala, da naj bi nova snov biti oksid hipotetičnega elementa Muria. Vendar pa so poskusi, da bi jo izolirali, ostali neuspešni do dela Davyja, ki je z elektrolizo uspel razgraditi kuhinjsko sol v natrijev klor, kar je dokazalo elementarnost slednjega.

1. Simbol elementa, njegov položaj v periodnem sistemu elementov D.I. Mendelejev. Atomska masa

X lor (iz grščine χλωρός - "zelen") je element 17. skupine periodnega sistema kemičnih elementov (po zastareli klasifikaciji - element glavne podskupine VII. skupine), tretje obdobje, z atomsko številko 17. Označeno s simbolom Cl (lat. Chlorum). Kemično aktivna nekovina. Je del skupine halogenov (prvotno je ime "halogen" uporabil nemški kemik Schweiger za klor - dobesedno "halogen" je preveden kot solni oksid - vendar se ni prijelo in je pozneje postalo običajno za 17. (VIIA ) skupina elementov, ki vključuje klor).

Preprosta snov klor (številka CAS: 7782-50-5) je v normalnih pogojih strupen plin rumenkasto zelene barve, težji od zraka, z ostrim vonjem. Molekula klora je dvoatomna (formula Cl2).

Atomska masa

(molska masa)

[sporočilo 1] a. e.m. (g/mol)

2. Zgradba jedra atoma klora. Možni izotopi. Primeri

V naravi najdemo 2 stabilna izotopa klora: z masnim številom 35 in 37. Deleža njune vsebnosti sta 75,78 % oziroma 24,22 %.

Izotop	Relativna masa, a.m.u.	Polovično življenje	Vrsta razpada	Jedrsko vrtenje
		Stabilen
			β-razpad 36 Ar
		Stabilen
		37,2 minute	β razpad v 38 Ar
		55,6 minut	β razpad na 39 Ar
		1,38 minute	β razpad v 40 Ar

3. Elektronska formula atoma: porazdelitev elektronov po nivojih, podnivojih, Hundovih celicah. Vzbujeno stanje atoma klora

Klor je v periodnem sistemu kemijskih elementov v 3. periodi, VII. skupini, glavni podskupini (halogenska podskupina).

Naboj jedra atoma Z = + = + 17

Število protonov N(p+) = 17

Število elektronov N(e-) = 17

V razburjenem stanju:

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

3 neparni elektroni (2 elektrona na podravni 3p in 1 elektron na podravni 3d), zato je valenca 3

Primer spojine: HClO2, Cl2O3

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

5 neparnih elektronov (3 elektroni na podravni 3p in 2 elektrona na podravni 3d), zato je valenca 5

Primer spojine: HClO3, Cl2O5

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

7 neparnih elektronov (1 elektron na podravni 3s, 3 elektroni na podravni 3p in 3 elektroni na podravni 3d), zato je valenca 5

4. Valenca atoma aluminija v stacionarnem in vzbujenem stanju. Možna oksidacijska stanja atoma klora. Redoks lastnosti. Primeri shem gibanja elektronov

Valenčni elektroni: 3s2 3p5

V nevzbujenem stanju ima atom klora na energijski ravni 3 en neparen elektron, zato ima lahko nevzbujen atom klora valenco 1. Valenca 1 se pojavi v naslednjih spojinah:

Plinski klor Cl2 (ali Cl-Cl)

Natrijev klorid NaCl (ali Na+ Cl-)

Vodikov klorid HCl (ali H-Cl)

Hipoklorova kislina HOCl (ali H-O-Cl)

Redoks lastnosti.

HCl - oksidacijsko stanje klora -1

HClO3 - oksidacijsko stanje klora +5

HClO4 - oksidacijsko stanje klora +7

Vmesno oksidacijsko stanje kaže, da lahko ta element kaže tako redukcijske kot oksidacijske lastnosti, to je HClO3

Oksidacijske lastnosti imajo elementi, ki imajo največjo stopnjo oksidacije (enaka je številu skupine, v kateri se element nahaja). To pomeni, da je HClO4 oksidant.

Element z najnižjo stopnjo oksidacije ima redukcijske lastnosti, tj. HCl je redukcijsko sredstvo.

Klor je močan oksidant. Kot oksidanti se lahko uporabljajo različne klorove spojine. To je klor C12), hipoklorova kislina HCIO, soli hipoklorove kisline - natrijev hipoklorit NaCIO ali kalcijev hipoklorit Ca(CIO)2 in klorov oksid CIO2.

Kloriranje se uporablja za odstranjevanje fenolov, krezolov, cianidov in vodikovega sulfida iz odpadne vode. Za boj proti biološkemu obraščanju struktur se uporablja kot biocid. Klor se uporablja tudi za dezinfekcijo vode.

Klor se v proizvodnjo dobavlja v tekoči obliki z vsebnostjo najmanj 99,5%. Klor je zelo strupen plin in se lahko kopiči in koncentrira v majhnih votlinah. Z njim je kar težko delati. Ko pride v vodo, klor hidrolizira in tvori klorovodikovo kislino. Z nekaterimi organskimi snovmi, ki so prisotne v raztopini, lahko C12 vstopi v reakcije kloriranja. Posledično nastajajo sekundarni organoklorni produkti, ki so zelo strupeni. Zato si prizadevajo omejiti uporabo klora.

Hipoklorova kislina HCJ ima enako oksidacijsko sposobnost kot klor. Vendar se njegove oksidativne lastnosti pojavijo le v kislem okolju. Poleg tega je hipoklorova kislina nestabilen produkt – sčasoma in na svetlobi se razgradi.

Soli hipoklorove kisline se pogosto uporabljajo. Kalcijev hipoklorit Ca(Cl)2 je na voljo v treh razredih s koncentracijo aktivnega klora od 32 do 35 %. V praksi se uporablja tudi dvobazična sol Ca(Cl)2- 2Ca(OH)g 2H20.

Najbolj stabilna sol natrijevega hipoklorita je NaOCl * 5H20, ki jo dobimo s kemično reakcijo plinastega klora z raztopino alkalije ali z elektrolizo kuhinjske soli v kopeli brez diafragme.

Klorov oksid CO2 je zelenkasto rumen plin, dobro topen v vodi, močan oksidant. Pridobiva se z reakcijo klorita NaC102 s klorom, klorovodikovo kislino ali ozonom. Pri interakciji klorovega oksida z vodo ne pride do reakcij kloriranja, kar odpravlja nastanek organoklorovih snovi. V zadnjem času so bile opravljene obsežne raziskave, da bi ugotovili pogoje za zamenjavo klora s klorovim oksidom kot oksidantom. Številne ruske tovarne so uvedle napredne tehnologije, ki uporabljajo CO2.

OPREDELITEV

Klor- sedemnajsti element periodnega sistema. Oznaka - Cl iz latinskega "klora". Nahaja se v tretjem obdobju, skupina VIIA. Nanaša se na nekovine. Jedrski naboj je 17.

Najpomembnejša naravna spojina klora je natrijev klorid (kuhinjska sol) NaCl. Glavna masa natrijevega klorida se nahaja v vodi morij in oceanov. Vode številnih jezer vsebujejo tudi znatne količine NaCl. Najdemo jo tudi v trdni obliki, ki ponekod v zemeljski skorji tvori debele plasti tako imenovane kamene soli. V naravi so pogoste tudi druge klorove spojine, na primer kalijev klorid v obliki mineralov karnalit KCl × MgCl 2 × 6H 2 O in silvit KCl.

V normalnih pogojih je klor rumeno-zelen plin (slika 1), ki je dobro topen v vodi. Pri ohlajanju se iz vodnih raztopin sprostijo kristalni hidrati, ki so klarati s približno sestavo Cl 2 × 6H 2 O in Cl 2 × 8H 2 O.

riž. 1. Klor v tekočem stanju. Videz.

Atomska in molekulska masa klora

Relativna atomska masa elementa je razmerje med maso atoma danega elementa in 1/12 mase ogljikovega atoma. Relativna atomska masa je brezrazsežna in jo označujemo z A r (indeks »r« je začetna črka angleške besede relative, kar pomeni »relativno«). Relativna atomska masa atomskega klora je 35,457 amu.

Mase molekul, kot tudi mase atomov, so izražene v atomskih masnih enotah. Molekulska masa snovi je masa molekule, izražena v atomskih masnih enotah. Relativna molekulska masa snovi je razmerje med maso molekule dane snovi in ​​1/12 mase ogljikovega atoma, katerega masa je 12 amu. Znano je, da je molekula klora dvoatomna - Cl 2. Relativna molekulska masa molekule klora bo enaka:

M r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.

Izotopi klora

Znano je, da se klor v naravi nahaja v obliki dveh stabilnih izotopov 35 Cl (75,78 %) in 37 Cl (24,22 %). Njihovo masno število je 35 oziroma 37. Jedro atoma izotopa klora 35 Cl vsebuje sedemnajst protonov in osemnajst nevtronov, izotop 37 Cl pa vsebuje enako število protonov in dvajset nevtronov.

Obstajajo umetni izotopi klora z masnimi števili od 35 do 43, med katerimi je najbolj stabilen 36 Cl z razpolovno dobo 301 tisoč let.

Klorovi ioni

Zunanja energijska raven atoma klora ima sedem elektronov, ki so valenčni elektroni:

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

Zaradi kemijske interakcije lahko klor izgubi valenčne elektrone, tj. biti njihov donor in se spremeniti v pozitivno nabite ione ali sprejeti elektrone od drugega atoma, tj. biti njihov akceptor in se spremeniti v negativno nabite ione:

Cl 0 -7e → Cl 7+ ;

Cl 0 -5e → Cl 5+ ;

Cl 0 -4e → Cl 4+ ;

Cl 0 -3e → Cl 3+ ;

Cl 0 -2e → Cl 2+ ;

Cl 0 -1e → Cl 1+ ;

Cl 0 +1e → Cl 1- .

Molekula in atom klora

Molekula klora je sestavljena iz dveh atomov - Cl 2. Tukaj je nekaj lastnosti, ki označujejo atom in molekulo klora:

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

telovadba	Kolikšno količino klora je treba vzeti, da reagira z 10 litri vodika? Plini so pod enakimi pogoji.
rešitev	Zapišimo enačbo za reakcijo med klorom in vodikom: Cl 2 + H 2 = 2HCl. Izračunajmo količino vodikove snovi, ki je reagirala: n (H 2) = V (H 2) / V m; n (H 2) = 10 / 22,4 = 0,45 mol. Po enačbi je n (H 2) = n (Cl 2) = 0,45 mol. Potem je prostornina klora, ki je reagiral z vodikom, enaka:

Večina elementov, ki jih najdemo v naravi, je sestavljenih iz več vrst atomov, ki se razlikujejo po relativni atomski masi.

Primer. Klor se v naravi pojavlja kot mešanica dveh vrst atomov, eden vsebuje 18 in drugi 20 nevtronov v jedru.

Vsak tip atoma, ne glede na pripadnost določenemu elementu, je edinstveno opisan s številom nukleonov (vsota protonov in nevtronov). Zato število vrst atomov presega število elementov.

Vsaka vrsta atoma (vrsta jedra) se imenuje nuklid.

Nuklid je vrsta atomov in jeder, ki ustreza določenemu številu protonov in nevtronov.

Nuklidi, ki pripadajo istemu elementu in jih je mogoče enolično prepoznati
število protonov, vendar se razlikujejo po številu nevtronov, imenujemo izotopski nuklidi ali preprosto izotopi.

Izotopi elementa so nuklidi, ki imajo enak jedrski naboj (število protonov).

Izotopi elementa se razlikujejo le po številu nevtronov in s tem po skupnem številu nukleonov.

Na primer: jedri dveh naravnih izotopov klora vsebujejo 17 protonov, vendar 18 in 20 nevtronov, to je 35 oziroma 37 nukleonov.

Ker je število protonov v jedru tisto, ki določa število elektronov v lupini atoma in kemijske lastnosti elementa, sledi, da imajo atomi vseh izotopov istega elementa enako elektronsko zgradbo, sami izotopi pa imajo podobne kemijske lastnosti, zato jih ni mogoče ločiti s kemičnimi metodami.

V naravi obstajajo elementi, ki imajo samo en izotop. Takšni elementi se imenujejo izotopsko čisti. V sodobnem periodnem sistemu je 21 izotopsko čistih elementov (našteti so spodaj v naraščajočem vrstnem redu): Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr , Tb, Ho, Tm, Au, Bi, Th.

Preostali naravni elementi so mešanica dveh ali več izotopov, katerih atomi se razlikujejo po številu nukleonov. Takšni elementi se imenujejo izotropno mešani, v periodnem sistemu jih je večina. Vrednosti relativnih atomskih mas takih elementov ustrezajo naravni mešanici izotopov in so povprečne glede na vsebnost izotopov, zato vrednosti Ag za številne elemente močno odstopajo od celih vrednosti. Tudi ogljik, ki je vzet kot referenčna točka za relativne atomske mase drugih elementov, je izotopsko mešan element (dva izotopa z A, = 12 in A, = 13), merilo za določanje relativne atomske mase pa je eden od naravnih izotopov ogljika, namreč ogljik –12. Največje število izotopov (deset) ima element kositer.

Za nuklide so točne vrednosti relativnih atomskih mas vedno blizu celoštevilskih vrednosti, zato lahko mase nuklidov primerjamo s temi vrednostmi A r, imenovanimi masna števila.

Masno število nuklida je enako številu nukleonov, ki jih vsebuje (vsota protonov in nevtronov).

Za označevanje določenega nuklida se uporabljajo posebni simboli: levo od simbola kemijskega elementa je masno število označeno z nadnapisom, naboj jedra pa s spodnjim indeksom. Na primer: 6 12 C, 17 35 Cl itd.

In zato drugačna atomska masa.

Izotopi so označeni z enakimi simboli kot kemijski element, z dodajanjem masnega števila zgoraj levo od simbola, na primer izotopi klora označujejo: 35 Cl in 37 Cl, ali masno število sledi imenu ali simbolu elementa, na primer: uran-233 ali Pu-239.

Izotopi določenega kemičnega elementa imajo enak naboj na atomskem jedru, to je enako atomsko število, in zavzemajo isto mesto v periodnem sistemu, imajo enako število protonov v atomskem jedru, vendar se med seboj razlikujejo po število nevtronov. Tako atomsko jedro izotopa klora 35 Cl vsebuje 17 protonov, ker je zaporedna številka klora 17, in 18 nevtronov (35-17 = 18), jedro izotopa klora 37 Cl pa vsebuje 17 protonov in 20 nevtronov. (37-17 = 20) .

Nekateri kemični elementi imajo majhno število stabilnih izotopov. Tako so za kisik znani trije stabilni izotopi: 16 O (jedro je sestavljeno iz 8 protonov in 8 nevtronov), 17 O (jedro je sestavljeno iz 8 protonov in 9 nevtronov) in 18 B (jedro je sestavljeno iz 8 protonov in 10 nevtronov). ). Tudi za vodik so znani trije izotopi: 1 H (jedro je sestavljeno samo iz enega protona), 2 H (jedro je sestavljeno iz enega protona in enega nevtrona), 3 H (jedro je sestavljeno iz enega protona in dveh nevtronov). Nekateri kemični elementi so sestavljeni iz precej velikega števila izotopov. Na primer, ksenon ima 9 izotopov, kositer 10 itd.

Velika večina izotopov nima posebnih imen, imajo pa izotopi nekaterih elementov, zlasti izotopov vodika, posebna imena in celo posebne simbole. Tako se izotop vodika 1 H imenuje protij, izotop 2 H je devterij in je označen s simbolom D in izotop 3H je tritij (simbol T). Nekateri izotopi so precej pogosti v naravi, kot sta izotop kisika 16 O in izotop vodika 1 H, medtem ko se drugi izotopi pojavljajo v zelo majhnih količinah, kot sta izotopa kisika 17 O in 18 O ter izotopa vodika 2 H in 3 H. .

Po kemijskih lastnostih so si vsi izotopi posameznega elementa zelo podobni, zato v kemijskih reakcijah med njimi ni bistvene razlike. Izjema so vodikovi izotopi, ki se med seboj izrazito razlikujejo po svojih lastnostih.

Razpolovna doba nestabilnih izotopov je lahko zelo različna, od 1? 10 -24 do vrednosti, ki presegajo starost vesolja. V slednjem primeru je mogoče z natančnimi meritvami zaznati šibko radioaktivnost, vendar se lahko izotop šteje za praktično stabilnega.

Različice atomov istega elementa, ki imajo enak jedrski naboj, vendar različne mase, se imenujejo izotopi (iz besed "isos" - enako, "topos" - mesto).

Podatki o izotopih nam omogočajo natančno opredelitev pojma "kemijski element". Kemični element je vrsta atoma z enakim jedrskim nabojem. Izotop je vrsta atoma z enakim jedrskim nabojem in enako maso.

Spoznali smo, da so atomi deljivi in ​​niso večni. Ostaja vprašanje, ali so atomi istega elementa res enaki drug drugemu v vseh pogledih, zlasti ali imajo res enako maso?

Ker je skupna masa elektronov, ki sestavljajo atom, nepomembna v primerjavi z maso njegovega jedra, morajo biti atomske mase elementov večkratniki mase protona ali nevtrona, to je večkratniki enote. Z drugimi besedami, atomske teže vseh elementov morajo biti izražene v celih številih (natančneje, blizu celih števil). V nekaterih elementih je ta sklep upravičen. Toda obstaja veliko elementov, katerih atomske teže so izražene v delnih številih. Na primer, atomska teža klora je 35,45. Pravzaprav v naravi ni niti enega atoma klora, ki bi imel takšno maso. Element klor je mešanica dveh vrst atomov: nekateri atomi klora imajo atomsko maso 35, drugi pa 37. Atomska masa klora, ugotovljena s kemijskimi metodami, 35,45, je le povprečna teža njegovih atomov. V kloru je več lažjih atomov kot težjih; Zato je povprečna masa atomov klora, 35,45, bližje atomski masi lahke sorte - atomov klora.

Tako kot klor je večina kemičnih elementov mešanica atomov, ki se razlikujejo po atomski teži, vendar imajo enak jedrski naboj.

Kemični znak za klor, Cl, se nanaša na naravno mešanico obeh izotopov klora. Kadar govorimo o vsakem izotopu posebej, je številčna vrednost mase zadevnega atoma izotopa pripisana klorovemu znaku, 35 Cl, 37 Cl.

Tako kot klor je tudi večina kemičnih elementov mešanica izotopov. Izotopska jedra vsakega elementa vsebujejo enako število protonov, vendar različno število nevtronov. Tako jedro izotopov 35 Cl in 37 Cl vsebuje po 17 protonov (zaporedna številka klora je 17) in različno število nevtronov: jedra 35 Cl vsebujejo 18 nevtronov, jedra 37 Cl pa 20 nevtronov.

Atomska masa elementa je tem manjša, čim več lahkih izotopov element vsebuje. Če je sestava elementa z nižjim atomskim številom sestavljena pretežno iz atomov njegovih težkih izotopov, sestava elementa, ki mu sledi, pa vsebuje atome njegovih lažjih izotopov, se izkaže, da je povprečna masa atoma elementa z višje atomsko število ne bo večje, ampak manjše od povprečne teže elementa atoma z nižjo zaporedno številko. To na primer opazimo pri argonu Ar in kaliju K.

Izjemna podobnost kemijskih lastnosti izotopov istega elementa, kljub različnim masam njihovih atomov, potrjuje prejšnjo ugotovitev: lastnosti kemijskih elementov niso toliko odvisne od atomske mase kot od naboja atomskega jedra.