Номер 4, страница 41 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

4. Ответьте на вопросы:

а) почему в результате химических реакций не происходит превращения одних элементов в другие;

б) какая атомная масса химических элементов указана в периодической системе — относительная или абсолютная;

в) почему масса ядра меньше суммарной массы протонов и нейтронов, составляющих ядро?

а) Химический элемент определяется количеством протонов в ядре его атома. Химические реакции представляют собой процессы, в ходе которых происходит разрыв старых и образование новых химических связей между атомами. Эти процессы затрагивают только внешние электронные оболочки атомов, то есть происходит перераспределение электронов. Ядра атомов в химических реакциях не изменяются. Поскольку число протонов в ядре остается постоянным, сам элемент не превращается в другой. Превращение одних химических элементов в другие — это результат ядерных реакций, при которых изменяется состав атомного ядра (число протонов и/или нейтронов). Такие реакции требуют значительно больших энергий, чем те, что выделяются или поглощаются в ходе химических реакций.

Ответ: В результате химических реакций не происходит превращения одних элементов в другие, потому что эти реакции затрагивают только электронные оболочки атомов, в то время как ядра атомов, определяющие принадлежность к элементу, остаются неизменными.

б) В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева указана относительная атомная масса ($A_r$). Это безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз средняя масса атома химического элемента (с учетом природного распространения его изотопов) больше 1/12 массы атома изотопа углерода-12 ($^{12}C$). Абсолютная масса атома — это его масса, выраженная в единицах массы, например, в килограммах. Она является чрезвычайно малой величиной и неудобна для практических расчетов в химии. Относительная атомная масса удобна тем, что позволяет легко сопоставлять массы атомов разных элементов и производить стехиометрические расчеты.

Ответ: В периодической системе указана относительная атомная масса.

в) Масса атомного ядра всегда меньше суммарной массы составляющих его протонов и нейтронов (нуклонов). Это явление называется дефектом масс. Причина заключается в энергии связи ядра. Согласно специальной теории относительности Альберта Эйнштейна, масса и энергия взаимосвязаны знаменитым уравнением $E=mc^2$, где $E$ — энергия, $m$ — масса, а $c$ — скорость света в вакууме. Когда протоны и нейтроны объединяются, образуя ядро, выделяется огромное количество энергии — энергия связи. Эта энергия удерживает нуклоны вместе в ядре. Выделение энергии приводит к уменьшению общей массы системы. Таким образом, масса, "потерянная" при образовании ядра, переходит в энергию связи. Дефект масс ($\Delta m$) можно рассчитать по формуле: $\Delta m = (Z \cdot m_p + N \cdot m_n) - m_{ядра}$, где $Z$ — число протонов, $N$ — число нейтронов, $m_p$ — масса свободного протона, $m_n$ — масса свободного нейтрона, а $m_{ядра}$ — масса ядра. Энергия связи соответственно равна $E_{св} = \Delta m \cdot c^2$. Чем больше энергия связи на один нуклон, тем более устойчивым является ядро.

Ответ: Масса ядра меньше суммарной массы его протонов и нейтронов из-за выделения энергии связи при образовании ядра. Эта энергия, согласно формуле $E=mc^2$, эквивалентна уменьшению массы, которое называется дефектом масс.