Przeczytaj

bg‑red

Co określa liczba atomowa?

Popatrz na fragment układu okresowego dotyczącego wodoru. Jakie informacje możesz z niego odczytać?

Zapoznaj się z opisem fragmentu układu okresowego dotyczącego wodoru. Dowiedz się, jakie informacje można z niego odczytać.

R1Agw4ac2i2Bp

Ilustracja ukazuje w szarym prostokącie symbol wodoru - H z podpisem wodór oraz jego liczbę atomową, która wynosi 1 i masę atomową - 1,008. To prostokąt wzięty z układu okresowego pierwiastków. — Wodór jest pierwiastkiem o liczbie atomowej równej 1.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Liczba atomowa danego pierwiastka informuje nas o:

miejscu danego pierwiastka w układzie okresowym;
ilości protonów w jądrze;
ilości elektronów w chmurze elektronowej atomu pierwiastka.

Ważne!

Pamiętaj jednak, że z układu okresowego nie odczytasz, ile neutronów ma dany atom, ponieważ o przynależności atomu do danego pierwiastka decyduje liczba protonów w jądrze atomowym (liczba atomowa). W definicji pierwiastka nie ma określonej liczby neutronów, dlatego też atomy danego pierwiastka mogą różnić się liczbą neutronów w jądrze.

Ważne!

Liczba masowa jest sumą nukleonów, czyli sumą protonów i neutronów w jądrze atomu.

Masa atomowa (względna) wyrażana jest w jednostce zwanej unitem. Unit ( $u$ ) równoważny jest $\frac{1}{12}$ masy atomu węgla ${}^{12}C$ . Wartość $1 u$ odpowiada $1,66 \cdot 10^{- 24} g$ .

bg‑red

Czy wszystkie atomy wodoru są tak samo zbudowane?

W przypadku wodoru występują trzy rodzaje atomów; $99,974 %$ atomów wodoru posiada w jądrze tylko $1 proton$ – ich liczba masowa wynosi $1$ . Za pomocą symboli zapisujemy ten atom jako ${}_{1}^{1}H$ , czasami dla atomów tej odmiany wodoru stosuje się nazwę protprotprot. Natomiast $0,016 %$ atomów wodoru ma w jądrze $1 proton$ i $1 neutron$ – ich liczba masowa wynosi $2$ . Atomy te nazywa się „ciężkim wodorem” lub deuteremdeuterdeuterem. Mają one nawet swój symbol chemiczny $D$ , ale stosuje się też zapis ${}_{1}^{2}H$ lub wodór– $2$ . Śladowe ilości atomów wodoru mają w jądrze $1 proton$ i $2 neutrony$ – ich liczba masowa wynosi $3$ . Atomy te nazywa się trytemtryttrytem, a ich symbol chemiczny to $T$ lub stosuje się zapis ${}_{1}^{3}H$ , wodór– $3$ . Na ilustracji poniżej przedstawiono rodzaje atomu wodoru.

R1CFCnB7zif2s

Na ilustracji znajdują się trzy atomy wodoru: proton o liczbie masowej i liczbie atomowej równej 1 - to żółte koło z czarną kropką w środku, deuter o liczbie masowej 2 i liczbie atomowej 1 - to żółte koło z czarną i białą kropką w środku, symbolizującymi proton i neutron. Ostatni jest tryt o liczbie masowej 3 i liczbie atomowej 1 - to żółte koło z jedną czarną i dwiema białymi kropkami w środku, czyli z jednym protonem i dwoma neutronami. — Rodzaje atomu wodoru
Źródło: GroMar Sp. z o.o., na podstawie www.pl.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Atomy, które mają taką samą liczbę protonów w jądrze, ale różną liczbę neutronów, nazywamy izotopamiizotopizotopami. Nazwa ta pochodzi z greckiego (izo „taki sam”, topos „miejsce”), ponieważ atomy izotopów zajmują to samo miejsce w układzie okresowym.

Izotop	${}_{1}^{1}H$	${}_{1}^{2}H$	${}_{1}^{3}H$
Nazwa	Prot	Deuter	Tryt
Symbol	$H$	$D$	$T$

bg‑red

Jakimi właściwościami różnią się izotopy danego pierwiastka?

Izotopy tego samego pierwiastka mają zbliżone własności fizyczne. Jednak im większa jest różnica mas atomowych izotopów (co ma miejsce np. w przypadku wodoru), tym większe mogą być różnice ich własności fizycznych. Izotopy nie różnią się właściwościami chemicznymi.

Należy pamiętać, że aby badać zmiany stanów skupienia czy gęstości, musi występować pewien zbiór atomów czy też izotopów. Niemożliwe jest badanie właściwości dla pojedynczego nuklidu.

Izotopy danego pierwiastka mogą się różnić:

temperaturą wrzenia;
temperaturą topenienia;
temperaturą sublimacji;
gęstością.

RnPu997Ix3Zac

Czy znasz wyżej wymienione pojęcia? Sprawdź się, podając definicję, a następnie, odsłaniając kolejne karty.

temperatura wrzenia	Temperatura, w której ciśnienie powstającej pary jest równe ciśnieniu otoczenia. Parowanie następuje w całej objętości cieczy.
temperatura topnienia	Temperatura, w której następuje przemiana fazowa z stanu stałego na stan ciekły
temperatura sublimacji	Temperatura, w której następuje przemiana fazowa ze stanu stałego (kryształu) na stan gazowy.
gęstość	Stosunek masy pewnej ilości substancji do zajmowanej przez nią objętości.

Izotopy wodoru różnią się liczbą nukleonów. Różnica mas pomiędzy izotopami wodoru jest bardzo duża – atom deuteru ma masę dwukrotnie większą od masy atomu protu, a tryt – aż trzykrotnie. Wpływ zmiany masy atomowej na właściwości tych izotopów zamieszczono w tabeli poniżej.

Izotop	Symbol	Temperatura topnienia $X_{2}$ $[K]$	Temperatura wrzenia $X_{2}$ $[K]$
Prot	$H$	$13,957$	$20,39$
Deuter	$D$	$18,73$	$23,67$
Tryt	$T$	$20,62$	$25,04$

2 Źródło: Bielański A, Podstawy Chemii Nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2010.

Cząsteczki ciężkiej wody ( $D_{2} O$ ) mają masę cząsteczkową większą o $2 u$ od cząsteczek wody $H_{2} O$ , co powoduje jej większą gęstość. Dzięki tej właściwości można oddzielać wodę ciężką od „zwykłej” poprzez wirowanie.

Parametr	$D_{2} O$	$HDO$	$H_{2} O$
Temperatura krzepnięcia $[° C]$	$3,82$	$2,04$	$0,00$
Temperatura wrzenia $[° C]$	$101,42$	$100,74$	$100$
Gęstość $[\frac{g}{{cm}^{3}}]$ ( $25 ° C$ , $1000 hPa$ )	$1,104$	$1,051$	$0,997$
$pH$ [w $25 ° C$ ]	$7,41$	$7,27$	$7,00$

1 Źródło: Martin Chaplin, Water Properties (including isotopologues), dostępny w internecie: www1.lsbu.ac.uk [dostęp 3.08.2019].

Ciężka woda występuje naturalnie w przyrodzie. W normalnej wodzie znajduje się ok. $115 ppm$ wody ciężkiej. W tych stężeniach jest nieszkodliwa dla organizmów, jednak badania eksperymentalne wykazały, że wysokie stężenia $D_{2} O$ mogą prowadzić do bezpłodności, a nawet śmierci organizmów żywych.

Ciekawostka

Większość pierwiastków ma kilka izotopów, ale istnieją również takie, które mają tylko jeden stabilny izotop.

R1WQ0bcrxVKaL1

pierwiastki posiadające[br]jeden stabilny izotop
- fluor
- sód
- glin
- fosfor
- skand
- mangan
- kobalt
- arsen
- itr
- niob
- jod
- cez
- bizmut
- rod
- złoto
- beryl
- prazeodym
- protaktyn
- terb
- holm
- tul

Mapa myśli pt. „Pierwiastki posiadające jeden stabilny izotop”

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

prot

nazwa izotopu wodoru, który posiada jeden proton w jądrze atomowym

deuter

nazwa izotopu wodoru; w jądrze atomu ma jeden proton i jeden neutron; został odkryty w $1931$ r. przez H. C. Urey'a, chemika z Uniwersytetu Columbia – za to odkrycie otrzymał nagrodę Nobla z chemii w $1934$ r.; występuje naturalnie w ilości ok. $1$ atomu na $7000$ atomów protu (wodoru zwykłego, ${}^{1}H$ )

tryt

nazwa izotopu wodoru; w jądrze atomu ma jeden proton i dwa neutrony

izotop

atomy tego samego pierwiastka chemicznego, mające jednakową liczbę protonów, lecz różne liczby neutronów

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2012.

Drabik L., Sobol E., Słownik języka polskiego, Warszawa 2007.

Loretta J., Atkins P. W., Laverman L., Chemia ogólna, Warszawa 2020.

Wprowadzenie

Film edukacyjny

Co określa liczba atomowa?

Czy wszystkie atomy wodoru są tak samo zbudowane?

Jakimi właściwościami różnią się izotopy danego pierwiastka?

Słownik

Bibliografia