Почему изотопы калия и аргона имеющие


Ответы к упражнениям § 7. Химия 8 класс.

Упражнение: 1

Как вы думаете, почему изотопы калия и аргона имеющие одинаковые массы, проявляют разные свойства?

Положение и свойства элементов в таблице Д.И.Менделеева определяется числом протонов.
У калия 19 протонов, а у аргона - 18. Следовательно это разные элементы.
(Одинаковые массы у этих элементов - случайное совпадение.)



Упражнение: 2

Почему в таблице Д.И.Менделеева относительная атомная масса аргона близка к 40, а калия – к 39?

Относительные атомные массы химических элементов это средние значения атомных масс изотопов данного элемента с учетом их относительного содержания в природе.
Следовательно:
Содержание в природе изотопа 39K значительно больше, чем изотопа 40K и среднее значение относительной атомной массы калия, поэтому приближается к значению – 39.
Наоборот, у аргона:
Содержание в природе изотопа 40Ar значительно больше, чем изотопа 39Ar и среднее значение относительной атомной массы аргона, поэтому приближается к значению – 40.


Упражнение: 3

Пользуясь названиями элементарных частиц, из которых состоят атомные ядра, дайте другое определение изотопов.

Разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов, но разное число нейтронов называются изотопами.



Упражнение: 5

Почему дейтериевую воду D2O называют тяжелой водой?

Mr = (H2O) = 1 * 2 + 16 = 18
Mr = (D2O) = 2 * 2 + 16 = 20

Относительная молекулярная масса дейтериевой воды больше, чем обычной, поэтому её называют тяжелой водой.


Упражнение: 4

Почему изотопы хлора одинаковы между собой по свойствам, тогда как свойства изотопов водорода разнятся?

Отношение массового числа
изотопа 37Cl к изотопу 35Cl больше в:   

Изотопа дейтерия к протию больше в:   

Изотопа трития к протию больше в:   

Так как массы изотопов водорода в разы отличаются друг от друга, это оказывает заметное влияние на свойства разных изотопов водорода. Массы изотопов хлора незначительно отличаются друг от друга, поэтому их свойства одинаковы.


Упражнение: 6

Найдите в таблице Д.И.Менделеева три пары элементов, у которых, подобно паре Ar – K, вначале расположен элемент с большим значением относительной атомной массы.


     


фактов об аргоне | Живая наука

Аргон - инертный элемент без цвета и запаха, один из благородных газов. Этот элемент, используемый в люминесцентных лампах и при сварке, получил свое название от греческого слова «ленивый» - дань уважения тому, как мало он реагирует на образование соединений.

На Земле подавляющее большинство аргона составляет изотоп аргон-40, который образуется в результате радиоактивного распада калия-40, согласно Chemicool. Но в космосе аргон образуется в звездах, когда два ядра водорода или альфа-частицы сливаются с кремнием-32.В результате получается изотоп аргон-36. (Изотопы элемента имеют разное количество нейтронов в ядре.)

Хотя аргон инертен, аргон далеко не редкость; по данным Королевского химического общества (RSC), он составляет 0,94% атмосферы Земли. По расчетам Chemicool, это составляет 65 триллионов метрических тонн - и это число со временем увеличивается по мере распада калия-40.

Только факты

По данным лаборатории линейных ускорителей Джефферсона, свойства аргона следующие:

  • Атомный номер (число протонов в ядре): 18
  • Атомный символ (в Периодической таблице элементов) : Ar
  • Атомный вес (средняя масса атома): 39.948
  • Плотность: 0,0017837 грамма на кубический сантиметр
  • Фаза при комнатной температуре: газ
  • Точка плавления: минус 308,83 градуса по Фаренгейту (минус 189,35 градуса Цельсия)
  • Точка кипения: минус 302,53 F (минус 185,85 C)
  • Количество изотопы (атомы одного элемента с разным числом нейтронов): 25; 3 стабильных
  • Наиболее распространенные изотопы: Ar-40 (естественное содержание 99,6035%), Ar-40 (естественное содержание 0,0629%), Ar-36 (естественное содержание 0,3336%)

Использование инертного газа

Первая подсказка О существовании аргона произошло в 1785 году, когда британский ученый Генри Кавендиш сообщил о кажущейся инертной порции воздуха, согласно RSC.Кавендиш не смог понять, что это за таинственный 1 процент; открытие произошло более века спустя, в 1894 году. Работая одновременно и в контакте с лордом Рэли (Джон Уильям Стрэтт), шотландский химик Уильям Рэмси идентифицировал и описал загадочный газ. За это открытие они разделили Нобелевскую премию по химии 1904 года. Аргон привел к другим моментам эврики для Рэмси. По данным Нобелевской премии, исследуя элемент, он также обнаружил гелий.Понимая, что связанные элементы, вероятно, существуют, он затем быстро обнаружил неон, криптон и ксенон.

Поскольку аргон инертен, он используется в промышленных процессах, требующих инертной атмосферы. Примеры, согласно газоснабжающей компании Praxair, включают сварку специальных сплавов и производство полупроводниковых пластин. Аргон также является хорошим изолятором, поэтому его часто перекачивают в сухие гидрокостюмы для глубоководных дайверов, чтобы дайвер согрелся.

Другое использование аргона - историческая сохранность.Газ закачивают вокруг важных документов, таких как карта мира 1507 года в Библиотеке Конгресса и копия Великой хартии вольностей, хранящаяся в Национальном архиве США. В отличие от реактивного кислорода, аргон не портит бумагу или чернила на тонких документах.

(Изображение предоставлено Грегом Робсоном / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)

Кто знал?

  • Неоновые огни, которые светятся синим светом, на самом деле содержат аргон, согласно Биллу Конканнону, художнику неоновых вывесок из Крокетта, Калифорния.(Сам неон излучает оранжево-красное свечение.)
  • Аргон также используется в лазерных технологиях, включая эксимерный лазер на основе фторида аргона (ArF), используемый для коррекции зрения при операциях LASIK или PRK. По данным Оптического общества, в 1981 году Рангасвами «Шри» Шринивасан из IBM протестировал один из этих лазеров на оставшейся кости индейки на День Благодарения и обнаружил его потенциал в качестве хирургического инструмента для деликатных операций.
  • В сентябре 2014 года исследователи обнаружили, что загрязненные подземные воды в Пенсильвании и Техасе возникли не в результате метода добычи нефти, известного как гидроразрыв, а из негерметичных обсадных труб скважин.Они сделали это открытие, закачав аргон и другие индикаторы благородных газов в скважины, где они смешались с метаном.
  • Аргон претерпел некоторые изменения: в 1957 году Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) изменил его атомный символ с «A» на сегодняшний «Ar».

Текущие исследования

На протяжении многих лет ксенон из благородного газа исследовался как средство лечения травм головного мозга. Ксенон, однако, дорог, поэтому исследователи обращаются к его родственнику - благородному газу, аргону, в качестве потенциальной альтернативы.

Область исследований еще молода, но эксперименты на клеточных культурах и на животных показывают, что однажды аргон можно будет использовать для ограничения повреждения мозга после травм или кислородного голодания. В одном обзоре, опубликованном в журнале Medical Gas Research в феврале 2014 года, было обнаружено, что в большинстве случаев обработка аргоном значительно снижает гибель клеток мозга - от 15 до 25 процентов, - сказал Дерек Новранги, один из авторов статьи и докторант в Loma Linda. Медицинский факультет Калифорнийского университета.

Никто еще не понимает, почему аргон имеет такой эффект. Клетки мозга взаимодействуют с помощью химических веществ, называемых нейротрансмиттерами, и с нейрорецепторами, которые подходят друг к другу как замок и ключ. Скорее всего, сказал Новранги Live Science, газ действует на эти нейрорецепторы, в частности, на рецептор NMDA (который обозначает N-метил-D-аспартат для нейромедиатора, который он получает) или рецептор ГАМК (что означает гамма-аминомасляную кислоту). Каким-то образом, когда аргон поглощается этими рецепторами, кажется, что он предотвращает самоуничтожение клеток в ответ на повреждение мозга.

В исследованиях газообразный аргон либо непосредственно применяется к клеткам в культуральной чашке, которые находятся в состоянии стресса, например, в среде, лишенной кислорода и глюкозы, либо вводится в смеси с кислородом в лицевой маске для исследований на животных. Затем исследователи подсчитали количество клеток, погибших при обработке аргоном и без нее.

По мере развития исследований аргона, более вероятно, что начнутся испытания на людях, сказал Новранги. Но есть предостережения: некоторые исследования показывают неоднозначные результаты или отрицательные эффекты от лечения аргоном.В одном случае, сказал Новранги, мозг в целом казался защищенным аргоном, но повреждение одной области было фактически усилено обработкой газом. Это могло быть связано с тем, что аргон не проник в эту область или потому, что разные области мозга имеют разные типы клеток и их плотность.

«Это еще требует большого исследования, чтобы его можно было применить в клинике», - сказал Новранги.

Follow Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

.

калий-аргоновое датирование | Определение, ограничения и факты

Калийно-аргонное датирование , метод определения времени происхождения горных пород путем измерения отношения радиоактивного аргона к радиоактивному калию в породе. Этот метод датирования основан на распаде радиоактивного калия-40 до радиоактивного аргона-40 в минералах и горных породах; калий-40 также распадается на кальций-40. Таким образом, отношение аргона-40 и калия-40 и радиогенного кальция-40 к калию-40 в минерале или горной породе является мерой возраста образца.Однако метод кальциево-калиевого возраста используется редко из-за большого количества нерадиогенного кальция в минералах или горных породах, который маскирует присутствие радиогенного кальция. С другой стороны, содержание аргона на Земле относительно невелико из-за его утечки в атмосферу во время процессов, связанных с вулканизмом.

Подробнее по этой теме

датировка: Анализ разделенных минералов

Это возможно при датировании калий-аргоном (K-Ar), например, потому что большинство минералов изначально не включают аргон в свою структуру....

Калий-аргоновый метод датирования использовался для измерения самых разных возрастов. Калийно-аргоновый возраст некоторых метеоритов составляет 4 500 000 000 лет, а возраст вулканических пород 20 000 лет был измерен этим методом.

.

Аргон имеет три встречающихся в природе изотопа: аргон-36, аргон-38 и аргон-40. Основываясь на сообщенной атомной массе аргона, какой изотоп, по вашему мнению, является наиболее распространенным в природе?

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • астрономия
  • астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
  • Наука об окружающей среде
  • Органическая химия
  • физика
математический
  • Алгебра
.

Эта страница в настоящее время, и, вероятно, всегда будут, строятся. Идеи и технологии
в датировании аргоном постоянно меняются, иногда преодолевая проблемы, поставленные
в следующем обсуждении. Цель этой страницы - создать список справочных материалов
доступен всем, кто интересуется более полным пониманием геохронологии аргона.
Хорошим началом могла бы стать книга «Геохронология и термохронология». с помощью метода 40 Ar / 39 Ar "
Макдугалла и Харрисона (1999).


г. Калий-аргонная система

I. Обзор

А.Изотопы калия и Аргон

Б. Радиоактивный распад родительский изотоп в дочерний изотоп

II. Техника K / Ar датирования

А. Общие предположения для датирования калий-аргон система

Б.K / Ar определение возраста

C. Проблемы и ограничения К / Ар техника

III. 40 Ar / 39 Ar Методика знакомств

A. Принципы 40 Ar / 39 Ar метод

Б.Облучение / Производство 39 Ar

C. 40 Ar / 39 Ar определение возраста

D. Некоторые проблемы с 40 Ar / 39 Ar техника

И.Обзор

A. Изотопы калия и аргона

Изотопы, на которых основана система KAr, - это калий (K) и аргон (Ar). Калий, щелочной металл, земной восьмой по численности элемент встречается во многих породах и породообразующие минералы. Количество калия в порода или минерал варьируются пропорционально количеству присутствующего кремнезема.Следовательно, основные породы или минералы часто содержат меньше калия, чем такое же количество кремния камень или минерал. Калий можно мобилизовать внутрь или наружу породы или минерала в результате процессов изменения. Должное относительно тяжелой атомной массы калия, незначительной происходит фракционирование различных изотопов калия. Однако изотоп 40 K радиоактивен и следовательно, количество со временем будет уменьшаться.Но, для системы датирования KAr относительный изобилие 40 K настолько мало и его период полураспада настолько длинный, что его отношения с другими изотопами калия считаются постоянными.

Естественное изобилие калия и изотопы аргона:

Аргон, благородный газ, составляет примерно 0.1-5% современной атмосферы Земли. Потому что это присутствует в атмосфере каждая порода и минерал будут иметь некоторое количество аргона. Аргон может входить или выходить породы или минерала путем изменения и термического процессы. Подобно калию, аргон не может быть значительно фракционированный по природе. Однако 40 Ar является продукт распада 40 K и, следовательно, будет увеличиваться в количестве с течением времени.Количество 40 Ar может быть определено с течением времени в породе или минерале путем вычитания количества, которое, как известно, содержится в атмосфера. Это делается с помощью константы 40 Ar / 36 Ar соотношение атмосферного аргона. Это соотношение составляет 295,5.

Б.Радиоактивный распад родительского изотопа до дочернего изотопа

Ядра встречающихся в природе 40 K нестабильны, распадается с постоянной скоростью (период полураспада = 1,25 миллиарда года). Схема распада - электронный захват и позитронный распадаться. Около 89% атомов 40 K распадутся к 40 Ca. Для системы датирования K / Ar этот распад Схема с изотопами кальция игнорируется.Остальные 11% атомов 40 K распадаются на 40 Ar. Именно по этой схеме работает K / Ar метод.

Накопление радиогенного 40 Ar ( 40 Ar *) в замкнутой системе выражается уравнением:

II.Методика к / ар-датирования

А. Общие предположения для системы датирования калий-аргон

Определенные предположения должны быть выполнены до достижения возраста минерала можно рассчитать с помощью калиево-аргонового техника свидания. Это:

+ Рассматриваемый материал должен быть закрытой системой. Другими словами, радиогенный 40 Ar не ускользнул. из камня / минерала с момента его образования.В случае вулканический минерал, это означает быстрое охлаждение.
+ Необходимо внести поправку на атмосферный 40 Ar ( 40 Ar из 40 Ar / 36 Ar соотношение = 295,5 вычитается).
+ Без атмосферного 40 Ar не был включен в породу / минерал во время или после его образования.
+ Порода / минерал должны быть замкнутой системой с учетом к калию.
+ Изотопы калия в породе / минерале имеют не фракционируется, кроме 40 K распад
+ Константы распада 40 K точно известный.
+ Количество 40 Ar и калия в порода / минерал определены точно.

Б.Определение возраста K / Ar

Однажды 40 Ar и калий в породе / минерале точно измерены, количество 40 K (по относительному содержанию 40 K к общему калию) и 40 Ar * (радиогенный 40 Ar) необходимо рассчитать. K / Ar метод использует пик 38 Ar, ​​смешанный с аргон, извлеченный из породы / минерала для определения 40 Ar *.Получается 40 Ar * и 40 K можно подставить в уравнение возраста следующим образом:

С.Проблемы и ограничения метода K / Ar датирования

Поскольку метод датирования K / Ar основан на определении абсолютное содержание как 40 Ar, ​​так и калия, надежного способа определения нет если предположения действительный.Потеря аргона и избыток аргона - два общих проблемы, которые могут привести к ошибочному определению возраста. Потеря аргона происходит при радиогенном 40 Ar ( 40 Ar *) произведено в породе / минерале ускользает через некоторое время после образования. Переделка и высокая температура может повредить решетку породы / минерала достаточно, чтобы позволить высвободиться 40 Ar *.Это может привести к тому, что рассчитанный возраст K / Ar будет меньше. чем "истинный" возраст датированного материала. И наоборот, избыток аргона ( 40 Ar E ) может привести к тому, что рассчитанный возраст K / Ar будет старше, чем «истинный» возраст датированного материала. превышение аргон - это просто 40 Ar, ​​который приписывается на радиогенный 40 Ar и / или атмосферный 40 Ar.Избыток аргона может вытекать из мантии в виде пузырьков в ловушке расплава, в случае магмы. Или это могло быть ксенокристом / ксенолитом, запертым в магме / лаве во время огневая позиция.

А.Принципы 40 Ar / 39 Ar метод

40 Ar / 39 Ar метод датирования представляет собой более сложный вариант датирования K / Ar техника. Оба метода основаны на измерении дочернего изотопа ( 40 Ar) и родительского изотоп.В то время как метод K / Ar измеряет калий в качестве родительского элемента 40 Ar / 39 Ar техника использует 39 Ar.

Поскольку относительное обилие изотопов калия известны, 39 Ar K (производится из 39 K реакцией на быстрых нейтронах) может использоваться как прокси для калия.Следовательно, в отличие от традиционный K / Ar метод, абсолютные содержания не нужно измерять. Вместо этого соотношения разных изотопы аргона измеряются, что дает более точные и точные результаты. Дополнительные преимущества одиночные изотопные измерения 40 Ar / 39 Ar техники уменьшаются эффекты неоднородности образца и использование выборок меньшего размера.

Б. Облучение образца / Производство 39 Ar

Потому что 39 Ar K можно производить только реакцией быстрого нейтрона на 39 K [ 39 K (n, p) 39 Ar ], все образцы датированы номером 40 Ar / 39 Ar техника должна быть облучена в ядре ядерного реактор.Сумма 39 Ар К произведенное при любом данном облучении будет зависеть на сумму 39 тыс. присутствующих изначально, длина облучения, плотность потока нейтронов и сечение захвата нейтрона для 39 К. Однако, поскольку каждый из этих параметров сложен для независимого определения минерального стандарта или монитор известного возраста облучают образцами неизвестного возраста.Затем поток монитора можно экстраполировать. к образцам, тем самым определяя их поток. это поток известен как 'J' и может быть определен следующее уравнение:

В дополнение к 39 Производство Ar от 39 K, во время облучения происходят несколько других "интерференционных" реакций. образцов.Другие изотопы аргона производятся из калий, кальций, аргон и хлор. Это:

Как видно из приведенной выше таблицы, несколько "нежелательных" реакции происходят на изотопах, присутствующих в каждом геологическом образец.Эти реакторы производили изотопы аргона сусла. быть исправленным, чтобы определить точный возраст. Осуществляется мониторинг мешающих реакций. за счет использования лабораторных солей и стаканов. Например, для определения количества произведенного реактором 40 Ar от 40 К, обогащенное калием стекло облучается с образцами. 40 Ar / 39 Ar соотношение стекла затем измеряется в масс-спектрометре для определения поправочного коэффициента, который необходимо применить к остальным образцам в этом облучении. CaF - это также обычно облучают и измеряют для определения 36 Ar / 37 Ar и 39 Ar / 37 Ar поправочные коэффициенты.«Желаемая» продукция из 37 Ar из 40 Ca позволяет определить сколько 36 Ar и 39 Ar исправить для, а также отношение K / Ca в образце. Желанный получение 38 Ar из 37Cl позволяет определить сколько хлора присутствует в наших образцах. Соль KCl облучают для определения 38 Ar / 39 Ar коэффициент производства, который затем может быть применен к другим образцам для определения отношения K / Cl.

С. 40 Ar / 39 Определение возраста Ar

Как только J (параметр нейтронного потока), 40 Ar * и 39 Ar K были определены (т.е.вычитая атмосферный аргон, систему холостой и мешающие изотопы, полученные в реакторе), они могут быть включены в 40 Ar / 39 Ar Уравнение:


Потому что 40 Ar / 39 Ar техника полагается на отношения, а не на абсолютные величины, мы в состоянии извлечь и измерить несколько аликвот аргона из одного образца.Возможность многократной экстракции аргоном образца несколькими способами. Ступенчатый нагрев - самый распространенный способ и включает в себя либо печь или лазер, чтобы равномерно нагрейте образец до выделения аргона. Возраст человека от затем каждая ступень нагрева графически отображается в зависимости от возраста спектр или изохрону. Механическое дробление также метод, способный высвободить аргон из один образец в несколько этапов.

Лазерные зонды также позволяют определять несколько возрастов на одном образце аликвотировать, но делать это с использованием точных и точных пространственных контроль. Например, размер лазерного пятна 100 мкм. или меньше позволяют пользователю извлекать несколько образцов аргона через небольшое зерно слюды или полевого шпата. Результаты с лазерного зонда можно построить в нескольких графических способы, включая карту зерна, показывающую боковой аргон распределение.

40 Ar / 39 Полное плавление Ar образца сопоставимо с определением возраста K / Ar в том смысле, что по оптовому выпуску аргона единовременно. Однако в отличие от обычный K / Ar, 40 Ar / 39 Ar всего Fusion измеряет соотношения, что делает его идеальным для известных образцов очень хорошо удерживать аргон (например, санидин).Полный синтез выполняется с помощью лазера и результаты обычно отображаются на графике вероятности диаграммы или идеограммы распределения.

Д.Некоторые проблемы с 40 Ar / 39 Ar техника.

Стандартная интеркалибрация - Для возраста рассчитывается по 40 Ar / 39 Ar необходимо знать параметр J. Для J to быть определенным, стандарт известного возраста должен быть облучен с образцами неизвестного возраста.Потому что это (первичное) стандарт в конечном итоге не может быть определен с помощью 40 Ar / 39 Ar, он должен быть сначала определен другим изотопным датированием метод. Метод, наиболее часто используемый для датирования первичного Стандартным является традиционный K / Ar метод. Главная стандарт должен быть минералом, который является однородным, обильным и легко датируется K / Ar и 40 Ar / 39 Ar методы.Традиционно этот первичный стандарт был роговая обманка из гор Макклюр, штат Колорадо (также известная как MMhb-1). После точного и точного определения возраста для первичного эталона другие минералы могут быть датированы относительно него на 40 Ar / 39 Ar метод. Эти вторичные минералы часто более удобны. на сегодняшний день по методике 40 Ar / 39 Ar (Е.грамм. санидин). Однако, хотя часто легко определить возраст первичного эталона методом K / Ar, он разным датирующим лабораториям сложно прийти к согласию о последнем возрасте. Точно так же из-за проблем неоднородности с образцом MMhb-1 K / Ar возрасты не всегда воспроизводимы. Эта неточность (и неточность) передается на вторичные минералы, используемые ежедневно 40 Ar / 39 Ar техника.К счастью, доступны и другие методы. переоценить и проверить абсолютный возраст стандартов используется методом 40 Ar / 39 Ar. Некоторые из них включают другие методы изотопного датирования. (например, U / Pb) и шкала времени астрономической полярности (APTS).

Константы распада - Еще одна проблема, влияющая на максимальная точность и аккуратность 40 Ar / 39 Ar методики - это неопределенность констант распада для 40 К.Эта неопределенность возникает из-за 1) разветвленной схема распада 40 К и 2) длительный период полураспада 40 K (1,25 миллиарда лет). Как технология прогресс, вполне вероятно, что константы распада, используемые в уравнение 40 Ar / 39 Ar будет постоянно совершенствоваться, что позволяет значительно точнее и точный возраст предстоит определить.

Коэффициент J - Поскольку значение J экстраполируется от эталона до неизвестного, точность и точность на этом значение J является критическим. Неопределенность значения J может быть минимизирован за счет ограничения геометрии стандарта относительно неизвестного, как по вертикали, так и по горизонтали. NMGRL делает это путем облучения образцов в обработанных алюминиевые диски, где чередуются стандарты и неизвестные любая другая позиция.J-ошибку также можно уменьшить, анализируя больше аликвот монитора потока на стандартное место.

39 Ar Recoil - Влияние облучения на калийсодержащих породах / минералах может иногда в аномально старом кажущемся возрасте. Это вызвано чистый убыток 39 Ar K от образца за счет отдачи (кинетическая энергия, передаваемая на 39 Ar K атом путем испускания протона во время реакции (n, p)).Отдача вероятна в каждом калийсодержащем образце, но становится серьезной проблемой только с очень мелкой минералы (например, глины) и стекло. Для многофазных образцов такие как базальтовые цельные породы, 39 Ar K перераспределение может быть больше проблемой, чем чистая 39 Ar K потеря. В этом случае 39 Ar может отскочить из низкотемпературный минерал с высоким содержанием калия (например,грамм. К-полевой шпат) в высокотемпературный минерал с низким содержанием калия (например, пироксен). Такое явление сильно повлияло бы на форму возрастной спектр.

.

Смотрите также