Условие задачи

Что такое изотопы? Чем можно объяснить, что у большинства элементов периодической системы атомные массы выражаются дробным числом? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются подобные атомы?

Решение

Дисциплина, к которой относится эта задача, – химия (атомная структура, периодическая система элементов).

Решение:

1. Изотопы
Изотопы – это разновидности атомов одного и того же элемента, которые отличаются числом нейтронов, а, следовательно, и атомной (нуклонной) массой. При этом число протонов (атомный номер) остаётся неизменным, поэтому химические свойства изотопов практически идентичны, а физические (например, масса, радиоактивность) могут отличаться.

2. Фракционное значение атомных масс
У большинства элементов в периодической системе атомная масса выражается дробным числом, поскольку в природе встречается не один изотоп, а их смесь. Атомная масса, указанная для элемента, является средневзвешенным значением масс всех его изотопов с учётом их процентного содержания. Формально можно записать формулу для средней атомной массы так:

средняя атомная масса = Σ (доля изотопа × масса изотопа)

Если массы изотопов и их процентные соотношения таковы, что среднее значение не является целым числом, то атомная масса и записывается в виде дробного числа.

3. Атомы разных элементов с одинаковой массой
Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Хотя атомы разных элементов имеют различное число протонов, иногда оказывается, что сумма протонов и нейтронов (то есть массовое число) у разных элементов может совпадать. Такие атомы называются изобарами.

Изобар – это атом с данным массовым числом, который может принадлежать разным элементам, если, например, один элемент имеет избыток протонов, а другой — избыток нейтронов, но суммарное число нуклонов у них одинаково.

Таким образом, ответы на вопросы следующие:

• Изотопы – это атомы одного элемента, различающиеся числом нейтронов, что приводит к различию в их атомной массе при сохранении одинакового числа протонов.
• Дробное значение атомной массы элементов объясняется тем, что эта величина является средневзвешенной массой всех изотопов элемента с учётом их естественного распространения.
• Атомы разных элементов могут иметь одинаковые массовые числа, что означает, что у них равное суммарное число нуклонов. Такие атомы называются изобарами.