Номер 441, страница 82 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

441. Одинаковы ли физические и химические свойства у изотопов одного химического элемента?

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, которые имеют одинаковое число протонов в ядре, но разное число нейтронов. Таким образом, у изотопов одинаковый заряд ядра (атомный номер $Z$), но разное массовое число ($A$).

Химические свойства

Химические свойства элемента определяются строением его электронной оболочки, в особенности количеством валентных электронов. Поскольку у изотопов одного элемента одинаковое число протонов, то в нейтральных атомах у них одинаковое число электронов. Это означает, что их электронные конфигурации идентичны.

Вследствие этого, химические свойства изотопов практически одинаковы. Они вступают в одни и те же химические реакции, образуют одинаковые соединения и проявляют одинаковую валентность. Например, и протий ($_{1}^{1}H$), и дейтерий ($_{1}^{2}H$), и тритий ($_{1}^{3}H$) — изотопы водорода — соединяются с кислородом, образуя воду ($H_2O$, $D_2O$, $T_2O$ соответственно).

Небольшие различия, известные как кинетический изотопный эффект, все же существуют. Из-за разницы в массе атомов химические связи с участием более тяжелых изотопов прочнее, и для их разрыва требуется больше энергии. Поэтому реакции с участием тяжелых изотопов протекают, как правило, несколько медленнее. Однако для большинства практических целей эти различия пренебрежимо малы.

Физические свойства

Физические свойства, в отличие от химических, во многом зависят от массы атома и строения ядра. Так как изотопы имеют разное число нейтронов, их массы различны. Это приводит к заметным различиям в физических свойствах, таких как масса атома, плотность, температуры фазовых переходов и ядерные свойства. Например, атомная масса углерода-12 ($_{6}^{12}C$) меньше, чем у углерода-14 ($_{6}^{14}C$). Вещества, состоящие из более тяжелых изотопов, имеют большую плотность (например, тяжелая вода, $D_2O$, плотнее обычной воды, $H_2O$). Температуры плавления и кипения для изотопов и их соединений также немного различаются (тяжелая вода кипит при 101,4 °C). Самое существенное различие заключается в ядерных свойствах: некоторые изотопы стабильны (например, $_{6}^{12}C$), а другие радиоактивны (например, $_{6}^{14}C$) и способны к самопроизвольному распаду.

Ответ: Химические свойства изотопов одного и того же элемента практически одинаковы, так как они определяются одинаковым строением электронных оболочек. Физические свойства изотопов различны, поскольку они зависят от массы и строения атомного ядра, которые у изотопов отличаются из-за разного числа нейтронов. Наиболее существенные различия наблюдаются в массе, плотности, температурах фазовых переходов и ядерных свойствах (стабильность, радиоактивность).