ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Парадокс первый атомная масса кислорода, или когда из "Чёт или нечёт занимательные очерки по химии" Большинство элементов, как известно, представлено несколькими стабильными изотопами, поэтому их атомная масса выражается дробными числами. Например, природный хлор состоит из двух изотопов с массовым числом 35 (такого хлора примерно 75%) и с массовым числом 37 (на его долю приходятся оставшиеся 25%). Можно было бы предположить, что значение атомной массы хлора должно быть где-то между 35 и 37 с учетом распространенности в природе атомов хлора-35 и хлора-37. Действительно, в Периодической таблице элементов Д. И. Менделеева под символом хлора значится 35,453. [c.46] Природный кислород, и это тоже хорошо известно, состоит из трех стабильных изотопов с массовыми числами 16, 17 и 18. Первого изотопа намного больше других, и на основании этого можно предположить, что атомная масса природной смеси изотопов будет лишь чуть больше 16. Заглянем теперь в таблицу элементов атомная масса кислорода равна, оказывается. .. 15,9994 Как же так-среднее значение из трех величин оказалось меньше минимального Может быть, у кислорода есть более легкие изотопы Формально есть-это но стабильность данного изотопа настолько мала (период полураспада-всего 2 мин), что он не может внести ни малейшего вклада в атомную массу кислорода. Кстати, у кислорода известен и изотоп с массовым числом больше 18-это 0. который также практически не встречается в природе (его период полураспада составляет 27 с). [c.46] Так в течение многих лет и сосуществовали две единицы измерения-очень точная физическая и менее точная химическая. Это, естественно, создавало определенное неудобство, часто приходилось пересчитывать одни величины в другие и всегда надо было указывать, в какой щкале атомных масс приведена та или иная величина. Поэтому в 1959 г. Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) предложил, а в 1961 г. утвердил переход к новой единице измерения атомных масс -углеродной. Эту единицу приняли и физики. Она равна /12 массы наиболее распространенного в природе (98,89%) изотопа 42. [c.48] В котором поправка а У учитывает взаимодействия между молекулами реального газа, а параметр Ь представляет собой поправку к объему газа, численно равную объему всех молекул газа при их плотнейшей упаковке. Уравнение Ван-дер-Ваальса хорошо согласуется с опытом в тех случаях, когда пасует уравнение Клапейрона-Менделеева. [c.51] При практических расчетах уравнением Клапейрона-Менделеева можно пользоваться для реальных газов с низкими температурами кипения, когда они находятся при не очень высоких давлениях. Расхождение между двумя уравнениями хорошо иллюстрируют данные для мольных объемов различных газов при нормальных условиях. Идеальный газ в этом случае должен всегда иметь объем 22,4 л. А вот что дают экспериментальные данные для мольных объемов некоторых реальных газов (см табл.). [c.51] Из уравнения идеального газа получаем, что Р = пКТ/У. Когда в баллон (У =3 л, Г=293 К) закачали 280 г азота (п = 10), то по приведенной формуле получаем, что давление в нем равно 8,1 10 Па. А для случая и = 50 и расчетов проводить не надо ясно, что давление повысится ровно в 5 раз. [c.52] Поговорим теперь о радиоактивных изотопах, которые распадаются, испуская различные частицы. Радиоактивные изотопы многих химических элементов широко применяются в различных отраслях промышленности, в медицине, научных исследованиях. Радиоактивный распад подчиняется строгим математическим закономерностям. Например, часто используется понятие времени, или периода полураспада, когда распадается ровно половина имеющегося в наличии изотопа в течение следующего периода (его обозначают обычно буквой 7 ) распадается половина оставшегося количества и т.д. [c.52] Знать ответ на этот вопрос было бы очень кстати, потому что многие нестабильные изотопы как раз и получают часто в виде единичных атомов. [c.53] Начнем игру в атомы с одной-единственной монеты, которая лежит гербом вверх. Конечно, не обязательно ждать 75 мин, чтобы подбросить монету-это можно сделать в любой момент. Опыт покажет, что за время Г атом может либо остаться без изменений, либо распасться, причем вероятность каждого события равна 0,5. Если наш атом выживет , то вероятность его распада в течение следующего периода Г нисколько не изменится предыстория атома (как и монеты) не оказывает влияния на дальнейшие события. Пусть, например монета пять раз подряд упала гербом вверх, или атом пережил пять периодов полураспада (событие редкое, но вполне возможное). Вероятность того, что монета и в шестой раз упадет гербом вверх (а атом не распадется за следуюпщй период Г) снова равна в точности 0,5. [c.54] Теперь чуть усложним задачу и возьмем два атома, т.е. выложим две монеты гербами вверх. Подбросим каждую из них один раз и посмотрим, что может получиться. Ясно, что всего имеется 4 варианта. Один из них-обе монеты упали гербом вверх это означает, что вероятность обоим атомам остаться в живых через время Т равна 25% такова же вероятность того, что за это же время оба атома распадутся. Наиболее же вероятное событие (50%) состоит в том, что один атом распадется и один останется. [c.55] Возьмем, наконец, 4 атома, о которых шла речь вначале, и ограничимся для простоты рассмотрением одного периода их полураспада. Всего здесь может быть 16 вариантов, поэтому вероятность распада всех четырех атомов (1 вариант из 16), как и вероятность их выживания, равна Vie (чуть больше 6%). Две монеты могут упасть гербом вверх шестью способами, поэтому вероятность того, что через 75 мин останется ровно половина атомов, т.е. два, равна всего-навсего или 37,5%. Остальные шансы (а их ровно 50%) приходятся на те случаи, когда из четырех атомов останутся либо три, либо один. Поэтому-то ученые нисколько не удивились, когда по прошествии одного периода полураспада остался только один атом-это событие имеет довольно большую вероятность. [c.55] Т равна 0,5, или 50%, а для 4 атомов она снижается до 37,5%. Далее, если атомов 6, вероятность распада половины из них равна 31% (так как 6 монет могут упасть 64 способами, из которых 20 составляют те случаи, когда только три монеты лежат гербами вверх). Для 10 атомов вероятность уже меньше 25%, для 20 атомов-меньше 18% и т.д. Теперь все становится ясньпк . Действительно, трудно ожидать, что, бросив, скажем, 1000 монет, мы получим ровно 500 из них гербом вверх. Зато очень велика вероятность того, что таких монет будет приблизительно 500. [c.56] То же и с атомами. Ясно, что вероятность распада за время Т ровно половины атомов, скажем, из миллиона, близка к нулю. А вот вероятность распада примерно 500 тысяч атомов, например, от 495 ООО до 505 ООО, будет уже близка к 100%. Поэтому, чтобы не было больше никаких парадоксов, сформулируем закон распада таким образом чем больше имеется атомов радиоактивного изотопа, тем ближе к 0,5 отношение числа распавшихся за время Т атомов к их исходному количеству. [c.56] В общем, самая заурядная реакция. [c.58] В(ОН)з + 4KF = KBF + ЗКОН. [c.59] Причиной парадокса и в этом случае оказывается связывание одного из продуктов реакции. [c.59] Вернуться к основной статье