Номер 11, страница 9 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

11. Могут ли атомы разных химических элементов иметь одинаковые:

а) размер;

б) массу;

в) энергию ионизации;

г) заряд ядра?

Поясните свой ответ и приведите необходимые примеры.

а) размер;

Да, атомы разных химических элементов могут иметь одинаковый или очень близкий размер. Атомный радиус является периодическим свойством: он, как правило, уменьшается при движении слева направо по периоду и увеличивается при движении сверху вниз по группе в периодической системе. Однако эта зависимость не является строгой из-за таких эффектов, как d-сжатие и лантаноидное сжатие. Эти эффекты приводят к тому, что увеличение радиуса при переходе к следующему периоду может быть скомпенсировано уменьшением из-за роста заряда ядра. В результате атомы разных элементов, находящихся в разных частях таблицы Менделеева, могут иметь практически одинаковые радиусы.

Например, из-за лантаноидного сжатия атомные радиусы циркония ($Zr$, порядковый номер 40) и гафния ($Hf$, порядковый номер 72) почти идентичны: около 160 пм и 159 пм соответственно, хотя они находятся в разных периодах.

Ответ: Да, могут.

б) массу;

Да, атомы разных химических элементов могут иметь одинаковую массу. Такие атомы называются изобарами. Изобары — это атомы, ядра которых имеют одинаковое общее число нуклонов (протонов и нейтронов), то есть одинаковое массовое число ($A$), но разное число протонов ($Z$). Поскольку число протонов разное, это атомы разных химических элементов. Масса атома практически полностью определяется массой его ядра, поэтому атомы-изобары имеют почти одинаковую массу (небольшая разница обусловлена различием в массах протона и нейтрона и разной энергией связи ядра).

Например, изобарами являются Аргон-40 ($^{40}_{18}\text{Ar}$), Калий-40 ($^{40}_{19}\text{K}$) и Кальций-40 ($^{40}_{20}\text{Ca}$). Все они имеют массовое число 40, но разное число протонов (18, 19 и 20), то есть являются атомами разных элементов.

Ответ: Да, могут.

в) энергию ионизации;

Да, атомы разных химических элементов могут иметь одинаковую энергию ионизации. Энергия ионизации — это минимальная энергия, необходимая для отрыва электрона от атома. Это периодическое свойство, которое в целом возрастает по периоду и уменьшается по группе. Однако эта зависимость немонотонна: наблюдаются локальные максимумы (у благородных газов) и минимумы, а также "провалы" (например, при переходе от s-элементов к p-элементам). Из-за сложного характера этой зависимости значения энергий ионизации для атомов разных элементов могут оказаться очень близкими или даже совпадать.

Например, первая энергия ионизации для алюминия ($Al$, порядковый номер 13) составляет 577,5 кДж/моль, а для галлия ($Ga$, порядковый номер 31) — 578,8 кДж/моль. Эти значения практически одинаковы.

Ответ: Да, могут.

г) заряд ядра?

Нет, атомы разных химических элементов не могут иметь одинаковый заряд ядра. Заряд ядра определяется количеством протонов в нём и является фундаментальной характеристикой, которая однозначно определяет химический элемент. Эта величина называется атомным номером или порядковым номером элемента ($Z$) в периодической системе. По определению, все атомы одного химического элемента имеют одинаковый заряд ядра, а атомы разных химических элементов — разный.

Например, любой атом с 6 протонами в ядре (заряд ядра $+6$) является атомом углерода, а любой атом с 7 протонами (заряд ядра $+7$) — атомом азота.

Ответ: Нет, не могут.