Ο πυρήνας του ατόμου

Transcript

1 Ο πυρήνας του ατόμου Αρχές 19 ου αιώνα: Η ανακάλυψη της ραδιενέργειας, (αυθόρμητης εκπομπής σωματιδίων και / ή ακτινοβολίας από στοιχεία), βοήθησε τα μέγιστα στην έρευνα της δομής του ατόμου. Ποια είδη ακτινοβολιών εκπέμπονται κατά τη διάσπαση ραδιενεργών ουσιών; Φωτογραφική πλάκα Aκτίνες-β (ηλεκτρόνια) έλκονται από τη θετική πλάκα. α γ ( ) Μολύβδινος κύβος Aκτίνες-α (θετικά φορτισμένα σωματίδια) έλκονται από την αρνητική πλάκα. β (+) Ραδιενεργός ουσία Ακτίνες-γ (χωρίς φορτίο) δεν επηρεάζονται από το πεδίο (δεν αποκλίνουν).

2 Το πυρηνικό πρότυπο του ατόμου Το 1911, Ernest Rutherford δημοσίευσε τα αποτελέσματα πειραμάτων, όπου με σωματίδια-α «εισχώρησε» στο εσωτερικό του ατόμου: 1. Ο πυρήνας στο κέντρο του ατόμου, συγκεντρώνει το μεγαλύτερο της ατομικής μάζας (99,95%) και όλο το θετικό φορτίο. 2. Τα ηλεκτρόνια, καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο ποσοστό του όγκου ενός ατόμου. Περιφέρονται με μεγάλες ταχύτητες γύρω από τον πυρήνα και φέρουν αρνητικό φορτίο ίσο με το θετικό φορτίο του πυρήνα. Ernest Rutherford, βρετανός φυσικός ( ) Ο πυρήνας κάθε ατόμου περιέχει: Πρωτόνια με θετικό φορτίο ίσο με αυτό των ηλεκτρονίων του Νετρόνια με μάζα σχεδόν ίση με των πρωτονίων του και χωρίς φορτίο

3 Έναν πυρήνα τον χαρακτηρίζουμε με τον ατομικό του και το μαζικό του αριθμό: Ατομικός αριθμός, Ζ: αριθμός των πρωτονίων Μαζικός αριθμός, Α: αριθμός πρωτονίων και νετρονίων A = Z + N Νουκλίδιo: Κάθε ατομικό είδος που χαρακτηρίζεται από τη σύσταση του πυρήνα του (Ζ, A) Νουκλιδικό σύμβολο: π.χ. 59 Co 27 Ισότοπα νουκλίδια: άτομα του ίδιου στοιχείου, οι πυρήνες των οποίων έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό, Ζ. Ισοβαρή νουκλίδια: άτομα διαφορετικών στοιχείων, οι πυρήνες των οποίων έχουν τον ίδιο μαζικό αριθμό, Α. Ισότονα νουκλίδια: άτομα διαφορετικών στοιχείων, οι πυρήνες των οποίων έχουν τον ίδιο αριθμό νετρονίων, N.

4 Τυπικός πίνακας νουκλιδίων

5 Τμήμα ενός τυπικού πίνακα νουκλιδίων

6 Μοριακό βάρος και τυπικό βάρος μιας ουσίας Ατομική μονάδα μάζας (amu): Μονάδα μάζας που ισούται ακριβώς με το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα-12 ( 12 C) Ατομικό βάρος φυσικού στοιχείου: Μέση ατομική μάζα του στοιχείου εκφρασμένη σε ατομικές μονάδες μάζας Μοριακό βάρος (ΜW) χημικής ουσίας: Άθροισμα των ατομικών βαρών όλων των ατόμων που υπάρχουν σε ένα μόριο της ουσίας Τυπικό βάρος (FW) χημικής ουσίας: Άθροισμα των ατομικών βαρών όλων των ατόμων που υπάρχουν σε μια τυπική μονάδα της ουσίας (ανεξάρτητα αν αυτή είναι μοριακή)

7 Φασματομετρία μάζας και ατομικές μάζες Θερμαινόμενο μεταλλικό νήμα Δέσμη ηλεκτρονίων Είσοδος αερίου Ne Αρνητικό πλέγμα ( ) ( ) (+) Προς αντλία κενού Μαζικοί αριθμοί Μαγνήτης Ανιχνευτής Εκκενωμένος γυάλινος σωλήνας Αέριο Ne εισέρχεται σε εκκενωμένο θάλαμο, όπου άτομα Ne σχηματίζουν θετικά ιόντα, μετά από σύγκρουση με ηλεκτρόνια. Τα ιόντα Ne + επιταχύνονται από ένα αρνητικό πλέγμα και αναγκάζονται να περάσουν ανάμεσα από τους πόλους ενός μαγνήτη. Η δέσμη των ιόντων Ne + διαχωρίζεται από το μαγνητικό πεδίο σε τρεις δέσμες, σύμφωνα με τις σχέσεις μάζα προς φορτίο. Ακολούθως, οι τρεις δέσμες οδεύουν προς έναν ανιχνευτή στο άκρο του σωλήνα. S N Διάγραμμα ενός απλού φασματομέτρου μάζας που δείχνει το διαχωρισμό των ισοτόπων του νέου (Ne).

8 Κλασματική αφθονία 20 Ne + 90,5% Ατομικές μάζες στοιχείων Η μονάδα ατομικής μάζας (amu) είναι εξ ορισμού ίση με το 1/12 της μάζας του ισοτόπου άνθρακας 12 ( 12 C). 21 Ne + 0,3% 22 Ne + 9,2% Μέση ατομική μάζα ή ατομικό βάρος ενός στοιχείου είναι ο σταθμικός μέσος όρος των ατομικών μαζών των φυσικών ισοτόπων του στοιχείου. Ατομική μάζα (amu) Το φάσμα μάζας του νέου (Ne) Μάζες ισοτόπων 19,992 20,994 21,991 amu Νουκλιδικά σύμβολα του νέου: Ne, Άρα: Α.Β. (Νe) = 20,179 amu!!! Το ατομικό βάρος εκφράζεται σε μονάδες amu Ne, Ne

9 Κλασματική αφθονία Μοριακό βάρος και τυπικό βάρος μιας ουσίας Μοριακό βάρος (ΜW) χημικής ουσίας: Άθροισμα των ατομικών βαρών όλων των ατόμων που υπάρχουν σε ένα μόριο της ουσίας Μάζα (amu) Το φάσμα μάζας του CH 2 Cl 2 Τυπικό βάρος (FW) χημικής ουσίας: Άθροισμα των ατομικών βαρών όλων των ατόμων που υπάρχουν σε μια τυπική μονάδα της ουσίας (ανεξάρτητα αν αυτή είναι μοριακή)

10 Η έννοια του mole Μole (σύμβολο mol) ή γραμμομόριο χημικής ουσίας: Ποσότητα ουσίας που περιέχει τόσα μόρια ή τυπικές μονάδες όσα είναι ο αριθμός ατόμων που υπάρχουν σε ακριβώς 12 g 12 C. Η μάζα ενός ατόμου άνθρακα-12 είναι 12u (ή 12 amu), άρα η μάζα των Ν Α ατόμων του θα είναι 12u.Ν Α και συγχρόνως ίση με 12 g. 12 g = Ν Α.12u Ν Α = 1 g/u ή u.ν Α = 1 g Το Ν Α είναι δηλαδή ένας αριθμός που μας λέει «πόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός γραμμαρίου από τη μάζα 1 u» Στον εικοστό αιώνα η ατομική μονάδα μάζας 1u μετρήθηκε ίση με 1, g, άρα: Ν Α = 1/1, ή Ν Α = 6, Aριθμός του Avogadro (N A ) = 6,02x10 23

11 Η έννοια του mole Γραμμομοριακή μάζα χημικής ουσίας: Μάζα ενός mole της ουσίας Η Γραμμομοριακή μάζα σε γραμμάρια ανά mole χημικής ουσίας είναι αριθμητικά ίση με το τυπικό βάρος σε ατομικές μονάδες μάζας CuSO 4 5H 2 O CuSO 4 Ποσότητα ενός mol από διάφορες ουσίες

12 Άσκηση 3.3 Σε 1L διαλύματος Η 2 Ο 2 υπάρχουν 0,909 mol Η 2 Ο 2. Πόση είναι η μάζα του Η 2 Ο 2 σε αυτόν τον όγκο διαλύματος;

13 Η ημέρα του mole! Η Mole Day ( ) η Ημέρα του MOLE - γιορτάζεται από τους χημικούς των ΗΠΑ, Καναδά, Ν. Αφρικής, Αυστραλίας κάθε χρόνο (από το 1980) στις 23 Οκτωβρίου ανάμεσα στις 6.02 το πρωί και 6.02 το απόγευμα (6:02 10/23) στα σχολεία, με σκοπό να προκαλέσουν το ενδιαφέρον των μαθητών για τη Χημεία και να ανακαλύψουν τη γοητεία της.

14 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΤΥΠΩΝ Εκατοστιαία περιεκτικότητα από το χημικό τύπο Κατά την ανάλυση μιας νέας ένωσης προσδιορίζονται οι ποσότητες των στοιχείων σε δεδομένη μάζα της ένωσης, δηλ. υπολογίζεται η εκατοστιαία σύσταση ή η εκατοστιαία περιεκτικότητα κατά μάζα του κάθε στοιχείου π.χ. Α αυτής: Μάζα % του Α = μάζα του A στο σύνολο μάζα του συνόλου Χ 100 Άσκηση 3.6 Να υπολογίσετε την εκατοστιαία σύσταση του αζωτούχου λιπάσματος νιτρικού αμμωνίου (με τρία σημαντικά ψηφία).

15 Στοιχειακή ανάλυση: Εκατοστιαία περιεκτικότητα σε άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο CuO Είσοδος οξυγόνου Φούρνος Εξοδος περίσσειας οξυγόνου Δισκίο δείγματος Ξηραντικό μέσο NaOH Συσκευή καύσης για προσδιορισμό εκατοστιαίας περιεκτικότητας σε άνθρακα και υδρογόνο μιας ένωσης

16 Άσκηση 3.8 Δείγμα 3,87 mg ασκορβικού οξέος δίνει μετά την καύση 5,80 mg CO 2 και 1,58 mg Η 2 Ο. Πόση είναι η εκατοστιαία σύσταση της ένωσης αυτής; (Η βιταμίνη C περιέχει μόνο C, Η και Ο)

17 ΣΤΟΙΧΕΙΟΜΕΤΡΙΑ:Ποσοτικές σχέσεις σε χημικές αντιδράσεις Στοιχειομετρία: Υπολογισμός ποσοτήτων αντιδρώντων και προϊόντων που εμπλέκονται σε χημική αντίδραση. Βασίζεται στη χημική της εξίσωση και στη σχέση μεταξύ μάζας και mole Γραμμομοριακή ερμηνεία μιας χημικής εξίσωσης Ν 2 (g) + 3Η 2 (g) Δ 2ΝΗ 3 (g) 1 μόριο Ν μόρια Η 2 2 μόρια ΝΗ 3 (μοριακή ερμηνεία) 1 mol Ν mol Η 2 2 mol ΝΗ 3 (γραμμομοριακή ερμηνεία) 28,0 g Ν X 2,02 g Η 2 2 X 17,0 g ΝΗ 3 (ερμηνεία με μάζες)

18 Άσκηση 3.13 Πόσα γραμμάρια μεταλλικού νατρίου απαιτούνται να πέσουν σε νερό για να παραχθούν 7,81 g υδρογόνου; (Υπόδειξη: Να γραφεί πρώτα η ισοσταθμισμένη εξίσωση)

19 Περιοριστικό αντιδρών Το περιοριστικό αντιδρών είναι το αντιδρών που καταναλώνεται πλήρως όταν η αντίδραση φθάσει στο τέρμα της Τα moles των προϊόντων καθορίζονται πάντα από τα αρχικά moles του περιοριστικού αντιδρώντος! Άσκηση 3.16 Πόσα moles χλωριδίου του αργιλίου μπορούν να παρασκευασθούν από μίγμα 0,15 mol ρινισμάτων αργιλίου και 0,35 mol αερίου χλωριδίου του υδρογόνου;

20 Θεωρητικές και εκατοστιαίες αποδόσεις Θεωρητική απόδοση προϊόντος: μεγίστη ποσότητα προϊόντος που μπορεί να ληφθεί σε μια αντίδραση από δοσμένες ποσότητες αντιδρώντων (υπολογισμένη τιμή) Πραγματική απόδοση προϊόντος: ποσότητα προϊόντος που λαμβάνεται τελικά (πειραματική τιμή) Εκατοστιαία απόδοση προϊόντος: η πραγματική απόδοση εκφρασμένη ως % ποσοστό της θεωρητικής απόδοσης πραγματική απόδοση Εκατοστιαία απόδοση = 100% θεωρητική απόδοση

21 Άσκηση Αφού συμπληρώσετε την αντίδραση της τέλειας καύσης δισουλφιδίου του άνθρακα με οξυγόνο.. (g) + (g).... (g) +..SO 2 (g), να πείτε: (α) Πόσα moles διοξειδίου του θείου μπορούν να παραχθούν το πολύ αν χρησιμοποιήθηκαν 1,09 mol Ο 2, και 0,39 mol δισουλφιδίου του άνθρακα; (Υπόδειξη: Βρείτε πρώτα το περιοριστικό αντιδρών) (β) Αν τελικά παραχθούν 36,7 g διοξειδίου του θείου, πόση είναι η εκατοστιαία απόδοση;

22 Άσκηση 3.18 Εισάγουμε σε δοχείο αντίδρασης 15 g μεθανόλης και 10 g μονοξείδιο του άνθρακα. Πόση είναι η θεωρητική απόδοση σε οξικό οξύ; Αν η πραγματική απόδοση είναι 19,1 g πόση είναι η εκατοστιαία απόδοση;