Разновидности атомов одного и того же элемента, имеющие один и тот же заряд ядра, но разную массу, называются изотопами (от слов «изос» – одинаковый, «топос» – место).

Сведения об изотопах позволяют дать точное определение понятия «химический элемент». Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Изотоп – это вид атомов с одинаковым зарядом ядер и одинаковой массой.

Мы узнали, что атомы делимы и не вечны. Остается рассмотреть вопрос: действительно ли атомы одного и того же элемента одинаковы между собой во всех отношениях, в частности действительно ли они имеют одну и ту же массу?

Так как общая масса электронов, входящих в состав атома, незначительна по сравнению с массой его ядра, атомные веса элементов должны быть кратными по отношению к массе протона или нейтрона, т. е. кратными единице. Иначе говоря, атомные веса всех элементов должны выражаться целыми числами (точнее, близкими к целым числам). На некоторых элементах этот вывод оправдывается. Но существует много элементов, атомные веса которых выражаются дробными числами. Например, атомный вес хлора 35,45. В действительности в природе нет ни одного атома хлора, который имел бы такую массу. Элемент хлор представляет собой смесь двух видов атомов: одни атомы хлора имеют атомную массу 35, а другие 37. Найденная химическими способами атомная масса хлора 35,45 – это лишь средний вес его атомов. Более легких атомов в хлоре содержится больше, чем более тяжелых; поэтому средняя масса атомов хлора 35,45 ближе к атомному весу легкой разновидности – атомов хлора.

Подобно хлору, большинство химических элементов представляют собой смеси атомов, отличающихся по атомному весу, но имеющих один и тот же заряд ядра.

Под химическим знаком хлора Cl подразумевают природную смесь обоих изотопов хлора. Когда же приходится говорить о каждом изотопе в отдельности, к знаку хлора приписывают численное значение массы атома изотопа, о котором идет речь 35 Cl, 37 Cl.

Подобно хлору, большинство химических элементов представляет смеси изотопов. Ядра изотопов каждого элемента содержа г одно и то же число протонов, но различное число нейтронов. Так, ядра изотопов 35 Cl и 37 Cl содержат по 17 протонов (порядковый номер хлора 17) и различное число нейтронов: ядра 35 Cl содержат 18 нейтронов, а ядра 37 Cl – 20 нейтронов.

Атомная масса элемента тем меньше, чем больше в состав элемента входит легких изотопов его. Если в состав элемента с меньшим порядковым номером входят преимущественно атомы тяжелых его изотопов, а в состав следующего за ним элемента – атомы более легких его изотопов, то окажется, что средняя масса атома элемента с большим порядковым номером будет не больше, а меньше среднего веса атома элемента с меньшим порядковым номером. Это, например, наблюдается у аргона Ar и калия К.

Чрезвычайное сходство химических свойств изотопов одного и того же элемента, несмотря на разную массу их атомов, подтверждает уже сделанный ранее вывод: свойства химических элементов зависят не столько от атомного веса, сколько от заряда атомного ядра.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Хлор - семнадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Cl от латинского «chlorum». Расположен в третьем периоде, VIIА группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 17.

Важнейшим природным соединением хлора является хлорид натрия (поваренная соль) NaCl. Главная масса хлорида натрия находится в воде морей и океанов. Воды многих озер также содержат значительное количество NaCl. Он встречается также и в твердом виде, образуя местами в земной коре мощные пласты так называемой каменной соли. В природе распространены и другие соединения хлора, например хлорид калия в виде минералов карналлита KCl×MgCl 2 ×6H 2 O и сильвина KCl.

В обычных условиях хлор представляет собой газ желто-зеленого цвета (рис. 1), который хорошо растворяется в воде. При охлаждении из водных растворов выделяются кристаллогидраты, являющиеся кларатами приблизительного состава Cl 2 ×6H 2 Oи Cl 2 ×8H 2 O.

Рис. 1. Хлор в жидком состоянии. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса хлора

Относительной атомной массой элемента называют отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы атома углерода. Относительная атомная масса безразмерна и обозначается A r (индекс «r» — начальная буква английского слова relative, что в переводе означает «относительный»). Относительная атомная масса атомарного хлора равна 35,457 а.е.м.

Массы молекул, также как массы атомов выражаются в атомных единицах массы. Молекулярной массой вещества называется масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Относительной молекулярной массой вещества называют отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м. Известно, что молекула хлора двухатомна - Cl 2 . Относительная молекулярная масса молекулы хлора будет равна:

M r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.

Изотопы хлора

Известно, что в природе хлор может находиться в виде двух стабильных изотопов 35 Cl (75,78%) и 37 Cl (24,22%). Их массовые числа равны 35 и 37 соответственно. Ядро атома изотопа хлора 35 Cl содержит семнадцать протонов и восемнадцать нейтронов, а изотоп 37 Cl- такое же количество протонов и двадцать нейтронов.

Существуют искусственные изотопы хлора с массовыми числами от 35-ти до 43-х, среди которых наиболее стабильным является 36 Cl с периодом полураспада равным 301 тысяча лет.

Ионы хлора

На внешнем энергетическом уровне атома хлора имеется семь электронов, которые являются валентными:

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

В результате химического взаимодействия хлор может терять свои валентные электроны, т.е. являться их донором, и превращаться в положительно заряженные ионы или принимать электроны другого атома, т.е. являться их акцептором, и превращаться в отрицательно заряженные ионы:

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- .

Молекула и атом хлора

Молекула хлора состоит из двух атомов - Cl 2 . Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу хлора:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

А, следовательно, разную атомную массу .

Изотопы обозначают теми же символами, что и химический элемент , добавляя сверху слева символа массовое число , например, изотопы хлора обозначают: 35 Cl и 37 Cl, или массовое число следует за названием или символом элемента, например: уран-233 или Pu-239.

Изотопы данного химического элемента имеют одинаковый заряд атомного ядра , то есть один порядковый номер, и занимают то же место в периодической системе , имеют одинаковое количество протонов в ядре атома, но отличаются друг от друга количеством нейтронов . Так, в атомном ядре изотопа хлора 35 Cl содержится 17 протонов, поскольку порядковый номер хлора 17, и 18 нейтронов (35-17 = 18), а в ядре изотопа хлора 37 Cl - 17 протонов и 20 нейтронов (37-17 = 20) .

Некоторые химические элементы имеют небольшое количество стабильных изотопов. Так, для Кислорода известно три стабильных изотопа: 16 O (ядро состоит из 8 протонов и 8 нейтронов), 17 O (ядро состоит из 8 протонов и 9 нейтронов) и 18 В (ядро состоит из 8 протонов и 10 нейтронов). Для водорода известно тоже три изотопа: 1 H (ядро состоит только из одного протона), 2 H (ядро состоит из одного протона и одного нейтрона), 3 H (ядро состоит из одного протона и двух нейтронов). Некоторые же химические элементы состоят из достаточно большого количества изотопов. Например, ксенон имеет 9 изотопов, олово - 10 и т. д.

Подавляющее большинство изотопов не имеет специальных названий, но для изотопов некоторых элементов, в частности для изотопов водорода, существуют специальные названия и даже специальные символы. Так, изотоп водорода 1 H называют протий , изотоп 2 H - дейтерий и обозначают символом D а изотоп 3 Н - тритий (символ T). Некоторые изотопы в природе достаточно распространены, как, например, изотоп кислорода 16 O и изотоп водорода 1 Н, а другие изотопы встречаются в очень мизерных количествах, как изотопы кислорода 17 O и 18 O и изотопы водорода 2 H и 3 H.

По химическим свойствам все изотопы отдельного элемента очень близки, поэтому значительной разницы между ними химических реакций не наблюдается. Исключение составляют изотопы водорода, которые по своим свойствам заметно отличаются друг от друга.

Период полураспада нестабильных изотопов может быть очень разным, от 1 ? 10 -24 до значений, превышающих возраст Вселенной. В последнем случае слабой радиоативнисть можно зарегистрировать точными измерениями, однако изотоп можно считать практически стабильным.

Большинство элементов, содержащихся в природе, состоит из нескольких видов атомов, отличающихся значениями относительной атомной массы.

Пример. Хлор в природе встречается как смесь двух видов атомов, один из которых содержит 18, а другой – 20 нейтронов в ядре.

Каждый вид атомов независимо от принадлежности к конкретному элементу однозначно описывается числом нуклонов (суммой протонов и нейтронов). Поэтому число видов атомов превышает число элементов.

Каждый вид атомов (вид ядер) называется нуклидом.

Нуклид – это вид атомов и ядер, отвечающий определенным числам протонов и нейтронов.

Нуклиды, принадлежащие одному элементу и однозначно определяемые
числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, называются изотопными нуклидами, или просто изотопами.

Изотопы элемента – это нуклиды, обладающие равным зарядом ядра (числом протонов).

Изотопы элемента различаются только числом нейтронов и, следовательно, общим числом нуклонов.

Например: Ядра двух природных изотопов хлора содержат по 17 протонов, но 18 и 20 нейтронов, т. е. 35 и 37 нуклонов соответственно.

Вследствие того, что именно числом протонов в ядре определяется число электронов в оболочке атома и химические свойства элемента, следует, что атомы всех изотопов одного и того же элемента имеют одинаковое электронное строение, а сами изотопы – близкие химические свойства, из-за чего их не удается разделить химическими методами.

В природе встречаются элементы, имеющие только один изотоп. Такиё элементы называются изотопно-чистыми. В современной Периодической системе насчитывается 21 изотопно-чистый элемент (ниже они перечислены по возрастанию порядкового номера): Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Au, Bi, Th.

Остальные природные элементы представляют собой смесь двух или более изотопов, атомы которых различаются по числу нуклонов. Такие элементы называются изотропно-смешанными, их в Периодической системе большинство. Значения относительных атомных масс таких элементов отвечают природной смеси изотопов и являются усредненными по содержанию изотопов, поэтому значения А г многих элементов сильно отклоняются от целочисленных значений. Даже углерод, который принят за точку отсчета относительных атомных масс других элементов, является изотопно-смешанным, элементом (два изотопа с А, = 12 и А, = 13), и мерой определения относительной атомной массы служит один из природных изотопов углерода, а именно углерод –12. Наибольшее число изотопов (десять) имеет элемент олово.

Для нуклидов точные значения относительных атомных масс всегда близки к целочисленным значениям, поэтому массы нуклидов можно сравнивать по этим значениям А г, называемым массовыми числами.

Массовое число нуклида равно числу содержащихся в нем нуклонов (сумме протонов и нейтронов).

Для обозначения конкретного нуклида применяется специальная символика, Слева от символа химического элемента верхним индексом указывается массовое число, а нижним индексом – заряд ядра. Например: 6 12 С, 17 35 Cl и.т.д.

Введение……………………………………………………………………………………………3

1. Символ элемента, положение его в периодической системе элементов Д.И. Менделеев. Атомная масса…………………………………………………………………………………….4

2. Строение ядра атома хлора. Возможные изотопы. Примеры………………………….5

3. Электронная формула атома: распределение электронов по уровням, подуровням, ячейкам Хунда. Возбуждённое состояние атома хлора………………………………………………….6

4. Валентность атома алюминия в стационарном и возбуждённом состояниях. Возможные степени окисления атома хлора. Окислительно – восстановительные свойства. Примеры схем перемещения электронов………………………………………………………………………….8

5. Эквиваленты хлора и его соединений. Примеры расчётов……………………………..11

6. Химические свойства хлора и его соединений. Примеры реакций……………………12

7. Виды концентраций……………………………………………………………………….15

8. Электролитическая диссоциация. Схема процесса диссоциации гидроксида. Константа диссоциации………………………………………………………………………………………17

9. Расчёт pH, pOH 0.01м раствора гидроксида или соли элемента………………………21

10. Гидролиз…………………………………………………………………………………..23

11. Качественный анализ хлора………………………………………………………………24

12. Методы количественного определения атома хлора или его соединений……………27

12.1. Гравиметрический метод анализа атома хлора………………………………………...27

13. Заключение……………………………………………………………………………….29

Список литературы………………………………………………………………………………32

Введение

Соединение с водородом - газообразный хлороводород - было впервые получено Джозефом Пристлив 1772 г. Хлор был получен в1774 г.шведским химикомКарлом Вильгельмом Шееле, описавшим его выделение при взаимодействиипиролюзитассоляной кислотойв своём трактате о пиролюзите:

Шееле отметил запах хлора, схожий с запахом царской водки, его способность взаимодействовать сзолотомикиноварью, а также его отбеливающие свойства. Однако Шееле, в соответствии с господствовавшей в химиитого времени теориифлогистона, предположил, что хлор представляет собой дефлогистированную муриевую (соляную) кислоту.БертоллеиЛавуазьев рамках кислородной теории кислот обосновали, что новое вещество должно быть оксидом гипотетическогоэлементамурия . Однако попытки его выделения оставались безуспешными вплоть до работ Дэви, которомуэлектролизомудалось разложитьповаренную сольна натрий хлор, доказав элементарную природу последнего.

1. Символ элемента, положение его в периодической системе элементов д.И. Менделеев. Атомная масса

Хлор (от греч. χλωρός - «зелёный») - элемент 17-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации - элемент главной подгруппы VII группы), третьего периода, с атомным номером 17. Обозначается символом Cl (лат. Chlorum). Химически активный неметалл. Входит в группу галогенов (первоначально название «галоген» использовал немецкий химик Швейгер для хлора - дословно «галоген» переводится как солерод - но оно не прижилось и впоследствии стало общим для 17-й (VIIA) группы элементов, в которую входит и хлор).

Простое вещество хлор (CAS-номер: 7782-50-5) при нормальных условиях - ядовитый газ желтовато-зелёного цвета, тяжелее воздуха, с резким запахом. Молекула хлора двухатомная (формула Cl2).

Атомная масса

(молярная масса)

[комм 1] а. е. м. (г/моль)

2. Строение ядра атома хлора. Возможные изотопы. Примеры

В природе встречаются 2 стабильных изотопа хлора: с массовым числом 35 и 37. Доли их содержания соответственно равны 75,78 % и 24,22%.

3. Электронная формула атома: распределение электронов по уровням, подуровням, ячейкам Хунда. Возбуждённое состояние атома хлора

Хлор в периодической системе химических элементов находится в 3 периоде, VII группе, главной подгуппе (подгуппа галогенов) .

Заряд ядра атома Z = + = + 17

Количество протонов N(p+) = 17

Количество электронов N(e-) = 17

В возбужденном сотоянии:

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

3 неспаренных электрона (2 электрона на 3р-подуровне и 1 электрон на 3d-подуровне) , следовательно валентность равна 3

Пример соединения: HClO2, Cl2O3

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

5 неспаренных электронов (3 электрона на 3р-подуровне и 2 электрона на 3d-подуровне) , следовательно валентность равна 5

Пример соединения: HClO3, Cl2O5

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

7 неспаренных электронов (1 электрон на 3s-подуровне, 3 электрона на 3р-подуровне и 3 электрона на 3d-подуровне), следовательно валентность равна 5

4. Валентность атома алюминия в стационарном и возбуждённом состояниях. Возможные степени окисления атома хлора. Окислительно – восстановительные свойства. Примеры схем перемещения электронов

Валентные электроны: 3s2 3p5

В невозбужденном состоянии у атома хлора на 3 энергетическом уровне находится один неспаренный электрон, следовательно, невозбужденный атом хлора может проявлять валентность 1. Валентность 1 проявляется в следующих соединениях:

Газообразный хлор Cl2 (или Сl-Cl)

Хлорид натрия NaCl (или Na+ Cl-)

Хлороводород HCl (или H-Cl)

Хлорноватистая кислота HOCl (или H-O-Cl)

Окислительно – восстановительные свойства.

HCl - степень окисления хлора -1

HClO3 - степень окисления хлора +5

HClO4 - степень окисления хлора +7

Промежуточная степень окисления говорит о том, что данный элемент может проявлять как восстановительные так и окислительные свойства, это - HClO3

Окислительные свойства проявляют элементы, у которых максимальная степень окисления (она равна номеру группы, в которой находится элемент). Значит, HClO4 - окислитель.

Восстановительными свойствами обладает элемент с наменьшей степенью окисления, т.е. HCl - восстановитель.

Хлор является сильным окислителем. Различные соединения хлора могут быть использованы в качестве окислителей. Это хлор С12), хлорноватистая кислота НСЮ, соли хлорноватистой кислоты - гипохлорит натрия NaCIO или гипохлорит кальция Са(СЮ)2 и оксид хлора СЮ2.

Хлорирование применяют для удаления из сточных вод фенолов, крезолов, цианидов, сероводорода. Для борьбы с биологическими обрастаниями сооружений его используют в качестве биоцида. Применяют хлор и для обеззараживания воды.

Хлор поступает на производство в жидком виде с содержанием не менее 99,5 %. Хлор является высокотоксичным газом, он обладает способностью накапливаться и концентрироваться в небольших углублениях. С ним достаточно трудно работать. При попадании в воду происходит гидролиз хлора с образованием соляной кислоты. С некоторыми органическими веществами, которые присутствуют в растворе, С12 может вступать в реакции хлорирования. В результате образуются вторичные хлорорганические продукты, которые обладают высокой степенью токсичности. Поэтому применение хлора стремятся ограничить.

Хлорноватистая кислота НСЮ обладает такой же окислительной способностью, как и хлор. Однако ее окислительные свойства проявляются только в кислой среде. Кроме того хлорноватистая кислота является нестабильным продуктом - со временем и на свету она разлагается.

Широкое применение получили соли хлорноватистой кислоты. Гипохлорит кальция Са(СЮ)2 выпускается трех сортов с концентрацией активного хлора от 32 до 35 %. На практике используют также двухосновную соль Са(СЮ)2- 2Са(ОН)г 2Н20.

Наиболее устойчива соль гипохлорита натрия NaOCl * 5Н20, которую получают при химическом взаимодействии газообразного хлора с раствором щелочи или при электролизе поваренной соли в ванне без диафрагмы.

Оксид хлораСO2 - газ зеленовато-желтого цвета, хорошо растворим в воде, сильный окислитель. Его получают взаимодействием хлорита NaC102 с хлором, соляной кислотой или озоном. При взаимодействии оксида хлора с водой не ротекают реакции хлорирования, что исключает образование хлорорганических веществ. В последнее время проводятся широкие разработки по выяснению условий замены хлора на оксид хлора в качестве окислителя. На ряде российских заводов внедрены передовые технологии с использованием СO2.