Номер 786, страница 129 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

786. В природной смеси кислород присутствует в виде нуклидов ${}^{16}\text{O}$, ${}^{17}\text{O}$ и ${}^{18}\text{O}$. Какое число различных молекул воды находится в природной смеси? Приведите формулы всех возможных молекул воды, которые присутствуют в природной смеси.

Для ответа на вопрос необходимо учесть изотопный состав всех элементов, входящих в состав молекулы воды ($H_2O$), которые встречаются в природе. Молекула воды состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода (O).

В природной смеси кислород, согласно условию, представлен тремя стабильными нуклидами: $^{16}O$, $^{17}O$ и $^{18}O$.

Водород в природе также имеет изотопы. В основном это протий ($^1H$) и дейтерий ($^2H$ или D). Третий изотоп, тритий ($^3H$), радиоактивен и встречается в крайне малых количествах, поэтому при рассмотрении состава природной воды его обычно не учитывают. Таким образом, мы будем рассматривать два изотопа водорода: $^1H$ и $^2H$.

Какое число различных молекул воды находится в природной смеси?

Чтобы найти общее число различных молекул воды (изотопологов), нужно определить количество возможных комбинаций изотопов водорода и кислорода.

1.Атом кислорода: Может быть представлен одним из трех изотопов ($^{16}O$, $^{17}O$, $^{18}O$). Это дает 3 варианта.

2.Два атома водорода: Могут быть скомбинированы из изотопов $^1H$ и $^2H$ следующими способами:

• Оба атома — протий: $^1H_2$
• Один атом — протий, другой — дейтерий: $^1H^2H$
• Оба атома — дейтерий: $^2H_2$

Это дает 3 варианта для водородной части молекулы.

Общее число различных молекул воды равно произведению числа вариантов для атома кислорода и числа вариантов для комбинации атомов водорода:

$N = 3_{\text{варианта для O}} \times 3_{\text{варианта для H}_2} = 9$

Таким образом, в природной смеси может существовать 9 различных видов молекул воды.

Ответ: 9.

Приведите формулы всех возможных молекул воды, которые присутствуют в природной смеси.

Формулы образуются путем комбинирования каждого из 3 вариантов для кислорода с каждым из 3 вариантов для водорода.

• С изотопом кислорода $^{16}O$:
  1. $^1H_2{^{16}O}$ (легкая вода)
  2. $^1H^2H{^{16}O}$ (полутяжелая вода)
  3. $^2H_2{^{16}O}$ (тяжелая вода)
• С изотопом кислорода $^{17}O$:
  4. $^1H_2{^{17}O}$
  5. $^1H^2H{^{17}O}$
  6. $^2H_2{^{17}O}$
• С изотопом кислорода $^{18}O$:
  7. $^1H_2{^{18}O}$
  8. $^1H^2H{^{18}O}$
  9. $^2H_2{^{18}O}$

Ответ: $^1H_2{^{16}O}$, $^1H^2H{^{16}O}$, $^2H_2{^{16}O}$, $^1H_2{^{17}O}$, $^1H^2H{^{17}O}$, $^2H_2{^{17}O}$, $^1H_2{^{18}O}$, $^1H^2H{^{18}O}$, $^2H_2{^{18}O}$.