Chemistry

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

35  

ATOMS  AND  ELEMENTS  (II)   CHEMACTIVITY  4B  

MODEL  1:  WHAT  DEFINES  AN  ELEMENT?   Element   Symbol   Number  of  Protons   silicon   Si   14   phosphorus   P   15   potassium   K     gold   Au   79     Sb    

 

CRITICAL  THINKING  QUESTIONS   1. Write  the  symbol  for  the  element  silicon.   2. Write  the  symbol  for  the  element  phosphorus.   3. Write  the  symbols  for  the  element  potassium.   4. Describe  the  relationship  between  the  name  of  an  element  and  its  symbol.  

 

5. When  the  name  of  an  element  is  written  in  a  sentence,  is  it  capitalized?    How  do  you  know?  

 

6. Describe  the  proper  use  of  capitalization  for  element  symbols.  

 

7. Refer  to  a  periodic  table  of  the  elements.    What  is  the  name  of  the  element  with  the  symbol   Sb?    Add  it  to  the  table.    

8. How  many  protons  are  there  in  silicon?    Gold?    

9. Refer  to  a  periodic  table  of  the  elements.    Using  a  complete  sentence,  describe  how  to  find   the  number  of  protons  for  an  element.  

 

10. How  many  protons  are  there  in  potassium?    Antimony?    Add  them  to  the  table.      

11. A  certain  element  has  eight  protons.    What  element  is  it?    

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

36  

12. Which  particle  determines  the  identity  of  an  element:  electron,  proton,  or  neutron?    

13. A  mad  scientist  claims  to  have  discovered  a  new  form  of  carbon  that  has  seven  protons.     How  would  you  respond?  

 

INFORMATION   The  number  of  protons  in  the  nucleus  determines  the  identity  of  an  element.    This  is  also  called   the  atomic  number  and  is  listed  in  the  periodic  table  along  with  the  element  name  and  symbol.  

MODEL  2:  WHICH  ONES  ARE  THE  METALS?  

 

 

CRITICAL  THINKING  QUESTIONS   14. B,  Si,  Ge,  As,  Sb,  Te,  and  At  are  all  metalloids.    Shade  them  in  with  the  appropriate  shading.  

15. According  to  your  daily  experience,  are  copper  (Cu),  chromium  (Cr),  and  lead  (Pb)  metals  or   nonmetals  (circle  one)?    Find  these  elements  on  the  periodic  table,  and  shade  everything  on   that  side  of  the  metalloids  appropriately.  

16. Shade  everything  to  the  right  of  the  metalloids  appropriately.  

17. Hydrogen  is  exceptional  in  several  ways.    One  of  them  is  that  it  is  a  nonmetal.    Fix  the   shading  on  hydrogen.  

+ +H

&X

/L

0J

)U

&V

5E�

1D

1H%H

.

)21&%

6L$O

5D

%D

6U

&D 9

,

63

1L

5Q

;H

.U

$U

$W

%U

&O

&R)H0Q&U7L6F *H 6H$V*D=Q

$J3G5K5X7F0R=U< 6Q 7H6E,Q&G

$X3W,U2V5H:+I/D 3E 3R%L7O+J

5J'V0W+V%K6J5I$F &Q

'\1G 7E*G(X6P3P3U&H 7P /X<E(U+R

&I8 %N&P$P3X1S3D7K 0G /U1R)P(V

1E

7D

'E

0HWDOV 1RQPHWDOV 0HWDOORLGV

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

37  

MODEL  3:  ALL  IN  THE  FAMILY   One  of  the  useful  aspects  of  the  periodic  table  is  that  it  groups  together  elements  that  have   similar  properties  and  chemical  reactivities.    

 

CRITICAL  THINKING  QUESTIONS   18. Each  item  in  the  following  list  is  a  family  of  elements  that  shows  similar  properties.    Find  the  

example  elements  in  the  periodic  table  above.  Determine  the  pattern  in  the  table,  and  use   the  pattern  to  clearly  label  each  family.  

a. Noble  gases:  xenon  (Xe),  helium  (He),  argon  (Ar)   b. Alkali  metals:  sodium  (Na),  potassium  (K),  lithium  (Li).  Note:  do  not  include  H.   c. Lanthanides:  cerium  (Ce),  holmium  (Ho),  ytterbium  (Yb)   d. Halogens:  fluorine  (F),  iodine  (I),  chlorine  (Cl)   e. Alkaline  earth  metals:  calcium  (Ca),  barium  (Ba),  magnesium  (Mg)   f. Transition  metals:  titanium  (Ti),  iron  (Fe),  iridium  (Ir),  mercury  (Hg),  

ruthenium  (Ru)   g. Actinides:  uranium  (U),  berkelium  (Bk),  plutonium  (Pu)  

19. Identify  the  family  for  each  of  the  following:   rubidium  (Rb)   vanadium  (V)   bromine  (Br)   neon  (Ne)   strontium  (Sr)  

INFORMATION   It  is  very  useful  to  know  the  names  and  symbols  of  many  of  the  elements.    For  example,  in  an   introductory  chemistry  course  you  will  frequently  encounter  the  alkali  metals,  the  alkaline  earth   metals,  the  halogens,  the  noble  gases,  and  all  other  elements  from  hydrogen  to  krypton.    Ask   your  instructor  for  specific  memorization  expectations  for  your  class.  

+ +H

&X

/L

0J

)U

&V

5E�

1D

1H%H

.

)21&%

6L$O

5D

%D

6U

&D 9

,

63

1L

5Q

;H

.U

$U

$W

%U

&O

&R)H0Q&U7L6F *H 6H$V*D=Q

$J3G5K5X7F0R=U< 6Q 7H6E,Q&G

$X3W,U2V5H:+I/D 3E 3R%L7O+J

5J'V0W+V%K6J5I$F &Q

'\1G 7E*G(X6P3P3U&H 7P /X<E(U+R

&I8 %N&P$P3X1S3D7K 0G /U1R)P(V

1E

7D

'E

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

38  

 

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

39  

IONS,  ISOTOPES,  AND  ATOMIC  MASS   CHEMACTIVITY  4C  

MODEL  1:  HOW  MANY  ELECTRONS?   The  number  of  protons  in  the  nucleus  determines  the  identity  of  an  element.    This  number  (the   atomic  number)  is  listed  above  the  element  symbol  in  the  periodic  table.    The  charge  on  the   electron  is  -­‐1  and  the  charge  on  the  proton  is  +1.      

Atom  or  Ion   Number  of  Protons   Number  of  Electrons   Charge   Mg   12   12   0   Mg2+   12   10   2+   F   9     0   F-­‐       1-­‐     11   10    

CRITICAL  THINKING  QUESTIONS   1. How  many  protons  are  there  in  a  magnesium  atom  (Mg)?    In  the  magnesium  ion,  Mg2+?  

 

2. What  is  the  total  charge  of  all  the  protons  (just  the  protons)  in  a  magnesium  ion?  

 

3. What  is  the  total  charge  of  all  the  electrons  (just  the  electrons)  in  a  magnesium  ion?      

4. Why  is  the  charge  on  the  magnesium  ion  2+?  

 

5. How  many  protons  are  in  a  neutral  fluorine  atom,  F?  

 

6. For  a  fluorine  atom  to  have  a  neutral  charge,  how  many  electrons  must  it  have?    Explain   your  answer  and  add  it  to  the  table  above.  

 

7. How  many  protons  are  in  a  fluoride  ion?    Add  it  to  the  table  above.  

 

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

40  

8. For  a  fluoride  ion  to  have  a  charge  of  1-­‐,  how  many  electrons  must  it  have?    Explain  your   answer  and  add  it  to  the  table  above.      

9. Using  a  complete  sentence,  explain,  in  terms  of  electrons  and  protons,  when  something  will   be  an  ion  and  when  it  will  be  a  neutral  atom.  

 

10. Define  ion.  

 

11. How  is  the  charge  indicated  in  an  ion’s  symbol?    

12. Write  a  formula  for  the  charge  of  an  ion  if  it  has  NP  protons  and  Ne  electrons.  

Ion  Charge  =    

13. A  certain  ion  has  11  protons  and  10  electrons.    What  is  the  charge?    What  is  the  symbol?   (You  may  need  a  periodic  table.)    Add  your  answers  to  the  table  above.  

MODEL  2:  IS  THE  CHARGE  PREDICTABLE?   The  following  periodic  table  contains  the  symbols  for  elements  that  almost  always  form  ions   with  the  same  charge.    (Some  charges  have  been  intentionally  left  off.)  

 

CRITICAL  THINKING  QUESTIONS   14. The  charge  for  an  ion  formed  from  a  lithium  atom  (Li)  is  always  the  same.    What  is  the  

correct  symbol  for  the  lithium  ion?  

 

/L�

0J

&V�

5E��

1D

%H��

.�

)2

$O��

%D��

6U��

&D��

,�

6��

%U�

&O�

6H��*D��

7H��,Q��

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

41  

15. What  is  the  correct  symbol  for  the  ion  formed  from  a  potassium  (K)  atom?  

 

16. The  charge  for  the  sodium  (Na)  ion  has  been  omitted  from  the  periodic  table  above.    Based   on  the  pattern,  what  should  it  be?    Add  it  to  the  table.  

 

17. Based  on  the  patterns  you  observe  for  other  groups,  add  the  correct  ion  charges  for  O,  F,   and  Mg.    

18. Neon  has  10  protons  and  does  not  form  an  ion.    It  occurs  on  the  periodic  table  immediately   to  the  right  of  fluorine.    Add  it  to  the  table  above.    

19. How  many  electrons  does  a  neutral  neon  atom  have?    

20. A  neutral  oxygen  atom  has  eight  electrons.    How  many  electrons  does  O2-­‐  have?    

21. How  does  the  number  of  electrons  in  an  oxygen  ion  compare  to  the  number  of  electrons  in   neon,  the  nearest  noble  gas?  

 

22. A  neutral  magnesium  atom  has  12  electrons.    How  many  electrons  does  Mg2+  have?    

23. How  does  the  number  of  electrons  in  a  magnesium  ion  compare  to  the  number  of  electrons   in  neon,  the  nearest  noble  gas?    (Note  that  you  have  to  go  left  and  up  a  row  to  get  to  the   nearest  noble  gas  in  this  case.)  

 

24. In  a  complete  sentence,  describe  why  the  ions  in  the  periodic  table  above  all  have  the   charges  they  do.  

 

 

   

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

42  

MODEL  3:  WHAT  ABOUT  THE  NEUTRONS?   A  scientist  made  a  careful  study  of  carbon  atoms.    Surprisingly,  they  did  not  all  weigh  the  same.     Here  are  the  results  of  the  investigation.  

  Mass  of  one  atom  (amu)   Carbon  Type  1   12.0   Carbon  Type  2   13.0  

 

CRITICAL  THINKING  QUESTIONS   25. How  many  protons  are  there  in  a  carbon  atom?  

  26. Approximately  how  much  does  one  proton  weigh  in  amu?  

  27. A  mad  scientist  proposes  that  Type  2  carbon  has  more  protons.    How  would  you  respond?  

 

28. Another  mad  scientist  proposes  that  Type  2  carbon  has  more  electrons.    How  would  you   respond?      

29. What  particle,  other  than  protons  and  electrons,  might  be  making  the  types  of  carbon  weigh   different  amounts?  

 

30. If  every  carbon  atom  has  six  protons,  and  each  proton  weighs  almost  exactly  1  amu,  how   much  mass  in  Type  1  carbon  is  unaccounted  for?  

 

31. Recall  that  a  neutron  weighs  almost  exactly  1  amu.    How  many  neutrons  are  there  in  Type  1   carbon?  

 

32. How  many  neutrons  are  there  in  Type  2  carbon?  

INFORMATION   Atoms  of  the  same  element  that  have  different  masses  and  therefore  different  numbers  of   neutrons  are  called  isotopes.    The  mass  of  each  isotope  is  called  its  mass  number.    Different   isotopes  are  indicated  by  their  mass  number.    For  example,  Type  1  carbon  in  the  experiment   above  is  actually  carbon-­‐12.    Type  2  carbon  is  carbon-­‐13.  

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

43  

MODEL  4:  HOW  MUCH  DOES  IT  WEIGH?   The  scientist  didn’t  just  weigh  the  atoms.    She  counted  them.  

  Mass  of  one  atom  (amu)   Number  of  atoms   Carbon  Type  1   12.00   989   Carbon  Type  2   13.00   11  

 

CRITICAL  THINKING  QUESTIONS   33. How  many  total  atoms  did  she  count?  

  34. What  was  the  total  mass  of  all  the  carbon-­‐12  atoms?  

 

35. What  was  the  total  mass  of  all  the  carbon-­‐13  atoms?  

 

36. What  was  the  total  mass  of  all  the  atoms?  

 

37. What  is  the  average  mass  of  carbon  in  this  sample?  

 

38. Is  this  number  on  the  periodic  table?    (It  may  be  rounded  off.)  Where?  

 

39. The  number  under  chlorine  (Cl)  is  35.45.    Does  that  mean  that  every  chlorine  atom  weighs   35.45  amu?    What  does  it  mean?  

 

INFORMATION   Many  elements  have  several  naturally  occurring  isotopes.    The  atomic  mass  listed  in  the   periodic  table  is  the  average  of  all  the  isotopes  in  a  naturally  occurring  sample.  

   

  Copyright  ©  2015  Pearson  Education,  Inc.  

44