Строение атома схема: Урок 1. Схема строения атомов – HIMI4KA

Урок 1. Схема строения атомов – HIMI4KA

В уроке 1 «Схема строения атомов» из курса «Химия для чайников» рассмотрим основы строение атома и состав атомного ядра; выясним, что такое атомная единица массы, порядковый номер атома и атомная масса элемента. Обязательно просмотрите основные понятия и определения к разделу «Атомы, молекулы и ионы», чтобы лучше воспринимать суть изложенного материала в данной главе.

Основы строения атома

Пока не будем говорить, кто и когда узнал о существовании атома, а сразу перейдем к основам его строения: Атом — это мельчайшая частица вещества, которая состоит из ядра (заряд «+»), окруженного электронами (заряд «–»).

Электроны расположены на электронных оболочках атома: чем больше заряд ядра, тем больше электронов и электронных оболочек. Сам атом заряда не имеет, так как он является электрически нейтральным: заряд ядра (+) равен сумме зарядов электронов (-), вращающихся вокруг ядра.

Состав ядра атома

Ядро атома состоит из нуклонов. Нуклоны в ядре — это протоны и нейтроны. Массы протона и нейтрона почти одинаковые. Заряд ядра атома обозначается знаком «+» и зависит исключительно от количества протонов, ведь протоны — это носители положительного заряда, а нейтроны заряда не имеют никогда. Почти вся масса атома сконцентрирована в ядре, поэтому оно супер-тяжелое по отношению к остальному содержимому атома, однако, очень маленькое по сравнению с общим размером атома.

Чтобы вы понимали насколько оно мало, приведу пример: если атом увеличить до размеров Земли, то ядро атома будет в диаметре всего 60 метров. Надеюсь, что теперь у вас возникло некоторое представление об основах строения атома и составе атомного ядра.

Атомная единица массы

Весы, которые могли бы взвесить атом, электрон или нуклон, пока еще не изобрели. Поэтому химики выражают массу частиц не в граммах, а в атомных единицах массы (а.е.м.). 1 атомная единица массы равна 1/12 массы атома углерода, ядро которого состоит из 6 протонов и 6 нейтронов. Получается, что масса 1 протона ~ 1 нейтрона ~ 1 а.е.м. Возникает вопрос, почему мы не считали 6 электронов, однако ответ будет простым: масса электрона ничтожно мала, поэтому в данном случае с ней даже не считаются.

Перевод граммов в атомные единицы массы выглядит так: 1 гр = 6,022×1023 а.е.м и наоборот 1 а.е.м. = 1,66×10-24 г. Число 6,022×1023 носит название — число Авогадро N (позже мы рассмотрим способ ее вычисления). Ниже изображена сравнительная таблица зарядов и масс элементарных частиц:

НазваниеЗаряд, КлМасса, грМасса, а.е.м.
Протон+1,6·10-191,67·10-241,00728
Нейтрон01,67·10-241,00866
Электрон-1,6·10-199,10·10-280,00055

Порядковый номер атома и атомная масса элемента

Переходим к двум фундаментальным понятиям. Порядковый (атомный) номер Z — это число протонов в ядре и оно же обозначает число электронов, потому как атом должен быть электрически нейтральным. Атомная масса элемента (относительная атомная масса, атомный вес) — это масса всех субатомных частиц (протонов, нейтронов, электронов) в атоме, выражается в а.е.м. Относительная атомная масса элемента один в один то же самое, что и атомная, но является безразмерной величиной и показывает, во сколько раз масса рассматриваемого атома превышает массу 1/12 части атома углерода. Порядковые номера и атомные массы химических элементов отмечены в таблице Менделеева.

Все атомы в природе с одинаковым порядковым номером в химическом отношении ведут себя практически одинаково и, поэтому их можно считать как атом одного и того же химического элемента. Каждый элемент обозначается одно- или двухбуквенным символом, заимствованный в большинстве случаев из греческого или латинского названия. Например, символ углерода — C, натрия — Na, азота — N и т.д. В качестве символа натрия Na, взяты две первые буквы его латинского названия натриум, чтобы отличить его от азота N (латинское название нитроген). В таблице Менделеева приведен алфавитный перечень элементов и их символов, их порядковый номер и атомные массы.

Надеюсь урок 1 «Схема строения атомов» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Схема строения атома, с примерами

Схема строения атома

Всем известно, что атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся его масса. Внутри ядра находятся протоны и нейтроны, а вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны (рис. 1).

Рис. 1. Схематическое изображение строения атома неона.

Впервые модель строения атома была предложена в 1903 году Дж. Дж. Томсоном. Согласно его предположениям, атом состоит из положительного заряда, равномерно распределенного по всему объему атома, и электронов, колеблющихся внутри этого заряда.

Гипотеза Томсона была проверена и уточнена Э. Резерфордом, который провел серию опытов по рассеянию α-частиц тонкими металлическими пластинками и сообщил. На основании своего исследования он заключил что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме – положительно заряженном ядре. Вокруг ядра на достаточно большом расстоянии движутся электроны, причем их число таково, что в целом атом электронейтрален. Размеры ядра очень малы по сравнению с размерами атома в целом: диаметр атома – величина порядка 10

-8 см, а диаметр ядра – порядка 10-13 – 10-12 см. Такая модель строения атома получила название ядерной.

Однако, несмотря на большой прорыв в изучении строения атома теория Э. Резерфорда не могла дать ответ на два вопроса: устойчивость атома и приводила к неправильным выводам о характере атомных спектров.

Существенный вклад в развитие представлений о строении атома в 1913 году сделал Нильс Бор, предложивший квантовую теорию, объединяющую ядерную модель атома с квантовой теорией света. Он показал, что способность нагретого тела к лучеиспусканию можно описать количественно предположив, что лучистая энергия испускается и поглощается телами не непрерывно, а дискретно, т.е. отдельными порциями – квантами.

Основные положения теории Бора о схеме строения атома

Основные положения своей теории Бор изложил в виде постулатов:

  • Электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным круговым орбитам (стационарным).
  • Двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает электромагнитной энергии.
  • Излучение происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях.

Однако и теория Н. Бора страдала противоречивостью, например не могла ответить на вопрос: где находится электрон в процессе перехода с одной орбиты на другую.

Эта задача была решена только после развития нового ответвления теоретической физики – квантовой (волновой) механики (учения Луи де Бройля и Шредингера).

Примеры решения задач

Строение электронной оболочки атома. Химия, 8 класс: уроки, тесты, задания.

1. Электронная оболочка атома

Сложность: лёгкое

1
2. Определи химический элемент

Сложность: лёгкое

1
3. Электронная схема атома

Сложность: лёгкое

1
4.
Элементы с одинаковым внешним электронным слоем

Сложность: среднее

2
5. Внешний электронный слой

Сложность: среднее

2
6. Верные утверждения о строении атома

Сложность: среднее

2
7. Электроны в атоме

Сложность: среднее

2
8. Энергетические уровни

Сложность: сложное

3
9. Масса нуклида

Сложность: сложное

3
10. Массовая доля нейтронов

Сложность: сложное

4

1.1.1. Строение электронных оболочек атомов химических элементов.

Химия — наука о веществах, их свойствах и превращениях.

Химическими веществами называют то, из чего состоит окружающий нас мир.

Свойства каждого химического вещества делятся на два типа: это химические, которые характеризуют его способность образовывать другие вещества, и физические, которые объективно наблюдаются и могут быть рассмотрены в отрыве от химических превращений. Так, например, физическими свойствами вещества являются его агрегатное состояние (твердое, жидкое или газообразное), теплопроводность, теплоемкость, растворимость в различных средах (вода, спирт и др.), плотность, цвет, вкус и т.д.

Превращения одних химических веществ в другие вещества называют химическими явлениями или химическими реакциями. Следует отметить, что существуют также и физические явления, которые, очевидно, сопровождаются изменением каких-либо физических свойств вещества без его превращения в другие вещества. К физическим явлениям, например, относятся плавление льда, замерзание или испарение воды и др.

О том, что в ходе какого-либо процесса имеет место химическое явление, можно сделать вывод, наблюдая характерные признаки химических реакций, такие как изменение цвета, образование осадка, выделение газа, выделение теплоты и (или) света.

Так, например, вывод о протекании химических реакций можно сделать, наблюдая:

— образование осадка при кипячении воды, называемого в быту накипью;

— выделение тепла и света при горении костра;

— изменение цвета среза свежего яблока на воздухе;

— образование газовых пузырьков при брожении теста и т.д.

Мельчайшие частицы вещества, которые в процессе химических реакций практически не претерпевают изменений, а лишь по-новому соединяются между собой, называются атомами.

Сама идея о существовании таких единиц материи возникла еще в древней Греции в умах античных философов, что собственно и объясняет происхождение термина «атом», поскольку «атомос» в буквальном переводе с греческого означает «неделимый».

Тем не менее, вопреки идее древнегреческих философов, атомы не являются абсолютным минимумом материи, т.е. сами имеют сложное строение.

Каждый атом состоит из так называемых субатомных частиц – протонов, нейтронов и электронов, обозначаемых соответственно символами p+, no и e. Надстрочный индекс в используемых обозначениях указывает на то, что протон имеет единичный положительный заряд, электрон – единичный отрицательный заряд, а нейтрон заряда не имеет.

Что касается качественного устройства атома, то у каждого атома все протоны и нейтроны сосредоточены в так называемом ядре, вокруг которого электроны образуют электронную оболочку.

Протон и нейтрон обладают практически одинаковыми массами, т.е. mp ≈ mn , а масса электрона почти в 2000 раз меньше массы каждого из них, т.е. mp/me ≈ mn/me ≈ 2000.

Поскольку фундаментальным свойством атома является его электронейтральность, а заряд одного электрона равен заряду одного протона, из этого можно сделать вывод о том, что количество электронов в любом атоме равно количеству протонов.

Так, например, в таблице ниже представлен возможный состав атомов:

  атом1 атом2 атом3 атом4
ядро 1p+ 1p+, 1n0 4p+, 3n0 4p+, 4n0
оболочка 1e 1e 4e 4e

Вид атомов с одинаковым зарядом ядер, т.е. с одинаковым числом протонов в их ядрах, называют химическим элементом. Таким образом, из таблицы выше можно сделать вывод о том, что атом1 и атом2 относятся в одному химическому элементу, а атом3 и атом4 — к другому химическому элементу.

Каждый химический элемент имеет свое название и индивидуальный символ, который читается определенным образом. Так, например, самый простой химический элемент, атомы которого содержат в ядре только один протон, имеет название «водород» и обозначается символом «Н», что читается как «аш», а химический элемент с зарядом ядра +7 (т.е. содержащий 7 протонов) — «азот», имеет символ «N» , который читается как «эн».

Как можно заметить из представленной выше таблицы, атомы одного химического элемента могут отличаться количеством нейтронов в ядрах.

Атомы, относящиеся к одному химическому элементу, но имеющие разное количество нейтронов и, как следствие массу, называют изотопами.

Так, например, химический элемент водород имеет три изотопа – 1Н, 2Н и 3Н. Индексы 1, 2 и 3 сверху от символа Н означают суммарное количество нейтронов и протонов. Т.е. зная, что водород – это химический элемент, который характеризуется тем, что в ядрах его атомов находится по одному протону, можно сделать вывод о том, что в изотопе 1Н вообще нет нейтронов (1-1=0), в изотопе 2Н – 1 нейтрон (2-1=1) и в изотопе 3Н – два нейтрона (3-1=2). Поскольку, как уже было сказано, нейтрон и протон имеют одинаковые массы, а масса электрона по сравнению с ними пренебрежимо мала, это значит, что изотоп 2Н практически в два раза тяжелее изотопа 1Н, а изотоп 3Н — и вовсе в три раза. В связи с таким большим разбросом масс изотопов водорода изотопам 2Н и 3Н даже были присвоены отдельные индивидуальные названия и символы, что не характерно больше ни для одного другого химического элемента. Изотопу 2Н дали название дейтерий и присвоили символ D, а изотопу 3Н дали название тритий и присвоили символ Т.

Если принять массу протона и нейтрона за единицу, а массой электрона пренебречь, фактически верхний левый индекс помимо суммарного количества протонов и нейтронов в атоме можно считать его массой, в связи с чем этот индекс называют массовым числом и обозначают символом А. Поскольку за заряд ядра любого атома отвечают протоны, а заряд каждого протона условно считается равным +1, количество протонов в ядре называют зарядовым числом (Z). Обозначив количество нейтронов в атоме буквой N, математически взаимосвязь между массовым числом, зарядовым числом и количеством нейтронов можно выразить как:

Согласно современным представлениям, электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Он обладает свойствами как частицы, так и волны. Подобно частице, электрон имеет массу и заряд, но в то же время поток электронов, подобно волне, характеризуется способностью к дифракции.

Для описания состояния электрона в атоме используют представления квантовой механики, согласно которым электрон не имеет определенной траектории движения и может находиться в любой точке пространства, но с разной вероятностью.

Область пространства вокруг ядра, где наиболее вероятно нахождение электрона, называется атомной орбиталью.

Атомная орбиталь может обладать различной формой, размером и ориентацией. Также атомную орбиталь называют электронным облаком.

Графически одну атомную орбиталь принято обозначать в виде квадратной ячейки:

Квантовая механика имеет крайне сложный математический аппарат, поэтому в рамках школьного курса химии рассматриваются только лишь следствия квантово-механической теории.

Согласно этим следствиям, любую атомную орбиталь и находящийся на ней электрон полностью характеризуют 4 квантовых числа.

  • Главное квантовое число – n — определяет общую энергию электрона на данной орбитали. Диапазон значений главного квантового числа – все натуральные числа, т.е. n = 1,2,3,4, 5 и т.д.
  • Орбитальное квантовое число — l – характеризует форму атомной орбитали и может принимать любые целочисленные значения от 0 до n-1, где n, напомним, — это главное квантовое число.

Орбитали с l = 0 называют s-орбиталями. s-Орбитали имеют сферическую форму и не обладают направленностью в пространстве:

Орбитали с l = 1 называются p-орбиталями. Данные орбитали обладают формой трехмерной восьмерки, т.е. формой, полученной вращением восьмерки вокруг оси симметрии, и внешне напоминают гантель:

Орбитали с l = 2 называются d-орбиталями, а с l = 3 – f-орбиталями. Их строение намного более сложное.

3) Магнитное квантовое число – ml – определяет пространственную ориентацию конкретной атомной орбитали и выражает проекцию орбитального момента импульса на направление магнитного поля. Магнитное квантовое число ml соответствует ориентации орбитали относительно направления вектора напряженности внешнего магнитного поля и может принимать любые целочисленные значения от –l до +l, включая 0, т.е. общее количество возможных значений равно (2l+1). Так, например, при l = 0 ml = 0 (одно значение), при l = 1 ml = -1, 0, +1 (три значения), при l = 2 ml = -2, -1, 0, +1, +2 (пять значений магнитного квантового числа) и т.д.

Так, например, p-орбитали, т.е. орбитали с орбитальным квантовым числом l = 1, имеющие форму «трехмерной восьмерки», соответствуют трем значениям магнитного квантового числа (-1, 0, +1), что, в свою очередь, соответствует трем перпендикулярным друг другу направлениям в пространстве.

4) Спиновое квантовое число (или просто спин) — ms — условно можно считать отвечающим за направление вращения электрона в атоме, оно может принимать значения . Электроны с разными спинами обозначают вертикальными стрелками, направленными в разные стороны: ↓ и ↑.

Совокупность всех орбиталей в атоме, имеющих одно и то же значение главного квантового числа, называют энергетическим уровнем или электронной оболочкой. Любой произвольный энергетический уровень с некоторым номером n состоит из n2 орбиталей.

Множество орбиталей с одинаковыми значениями главного квантового числа и орбитального квантового числа представляет собой энергетический подуровень.

Каждый энергетический уровень, которому соответствует главное квантовое число n, содержит n подуровней. В свою очередь, каждый энергетический подуровень с орбитальным квантовым числом l, состоит из (2l+1) орбиталей. Таким образом, s-подуровень состоит из одной s-орбитали, p-подуровень – трех p-орбиталей, d-подуровень – пяти d-орбиталей, а f-подуровень — из семи f-орбиталей. Поскольку, как уже было сказано, одна атомная орбиталь часто обозначается одной квадратной ячейкой, то s-, p-, d- и f-подуровни можно графически изобразить следующим образом:

Каждой орбитали соответствует индивидуальный строго определенный набор трех квантовых чисел n, l и ml.

Распределение электронов по орбиталям называют электронной конфигурацией.

Заполнение атомных орбиталей электронами происходит в соответствии с тремя условиями:

  • Принцип минимума энергии: электроны заполняют орбитали, начиная с подуровня с наименьшей энергией. Последовательность подуровней в порядке увеличения их энергий выглядит следующим образом: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

Для того чтобы проще запомнить данную последовательность заполнения электронных подуровней, весьма удобна следующая графическая иллюстрация:

  • Принцип Паули: на каждой орбитали может находиться не более двух электронов.

Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, а если два, то их называют электронной парой.

  • Правило Хунда: наиболее устойчивое состояние атома является такое, при котором в пределах одного подуровня атом обладает максимально возможным числом неспаренных электронов. Такое наиболее устойчивое состояние атома называется основным состоянием.

Фактически вышесказанное означает то, что, например, размещение 1-го, 2-х, 3-х и 4-х электронов на трех орбиталях p-подуровня будет осуществляться следующим образом:

Заполнение атомных орбиталей от водорода, имеющего зарядовое число равное 1, до криптона (Kr) с зарядовым числом 36 будет осуществляться следующим образом:

Подобное изображение порядка заполнения атомных орбиталей называется энергетической диаграммой. Исходя из электронных диаграмм отдельных элементов, можно записать их так называемые электронные формулы (конфигурации). Так, например, элемент с 15ю протонами и, как следствие, 15ю электронами, т.е. фосфор (P), будет иметь следующий вид энергетической диаграммы:

При переводе в электронную формулу атома фосфора примет вид:

15P = 1s22s22p63s23p3

Цифрами нормального размера слева от символа подуровня показан номер энергетического уровня, а верхними индексами справа от символа подуровня показано количество электронов на соответствующем подуровне.

Ниже приведены электронные формул первых 36 элементов периодической системы Д.И. Менделеева.
период № элемента символ название электронная формула
I 1 H водород 1s1
2 He гелий 1s2
II 3 Li литий 1s22s1
4 Be бериллий 1s22s2
5 B бор 1s22s22p1
6 C углерод 1s22s22p2
7 N азот 1s22s22p3
8 O кислород 1s22s22p4
9 F фтор 1s22s22p5
10 Ne неон 1s22s22p6
III 11 Na натрий 1s22s22p63s1
12 Mg магний 1s22s22p63s2
13 Al алюминий 1s22s22p63s23p1
14 Si кремний 1s22s22p63s23p2
15 P фосфор 1s22s22p63s23p3
16 S сера 1s22s22p63s23p4
17 Cl хлор 1s22s22p63s23p5
18 Ar аргон 1s22s22p63s23p6
IV 19 K калий 1s22s22p63s23p64s1
20 Ca кальций 1s22s22p63s23p64s2
21 Sc скандий 1s22s22p63s23p64s23d1
22 Ti титан 1s22s22p63s23p64s23d2
23 V ванадий 1s22s22p63s23p64s23d3
24 Cr хром 1s22s22p63s23p64s13d5 здесь наблюдается проскок одного электрона с s на d подуровень
25 Mn марганец 1s22s22p63s23p64s23d5
26 Fe железо 1s22s22p63s23p64s23d6
27 Co кобальт 1s22s22p63s23p64s23d7
28 Ni никель 1s22s22p63s23p64s23d8
29 Cu медь 1s22s22p63s23p64s13d10 здесь наблюдается проскок одного электрона с s на d подуровень
30 Zn цинк 1s22s22p63s23p64s23d10
31 Ga галлий 1s22s22p63s23p64s23d104p1
32 Ge германий 1s22s22p63s23p64s23d104p2
33 As мышьяк 1s22s22p63s23p64s23d104p3
34 Se селен 1s22s22p63s23p64s23d104p4
35 Br бром 1s22s22p63s23p64s23d104p5
36 Kr криптон 1s22s22p63s23p64s23d104p6

Как уже было сказано, в основном своем состоянии электроны в атомных орбиталях расположены согласно принципу наименьшей энергии. Тем не менее, при наличии пустых p-орбиталей в основном состоянии атома, нередко, при сообщении ему избыточной энергии атом можно перевести в так называемое возбужденное состояние. Так, например, атом бора в основном своем состоянии имеет электронную конфигурацию и энергетическую диаграмму следующего вида:

5B = 1s22s22p1

А в возбужденном состоянии (*), т.е. при сообщении некоторой энергии атому бора, его электронная конфигурация и энергетическая диаграмма будут выглядеть так:

5B* =  1s22s12p2

В зависимости от того, какой подуровень в атоме заполняется последним, химические элементы делят на s, p, d или f.

Нахождение s, p, d и f-элементов в таблице Д.И. Менделеева:

  • У s-элементов последний заполняемый s-подуровень. К данным элементам относятся элементы главных (слева в ячейке таблицы) подгрупп I и II групп.
  • У p-элементов заполняется p-подуровень. К p-элементам относят последние шесть элементов каждого периода, кроме первого и седьмого, а также элементы главных подгрупп III-VIII групп.
  • d-Элементы расположены между s – и p-элементами в больших периодах.
  • f-Элементы называют лантаноидами и актиноидами. Они вынесены вниз таблицы Д.И. Менделеева.

Электронные конфигурации простых ионов

Ионами называют частицы, имеющие либо положительный, либо отрицательный заряд. Ионы бывают простые и сложные. Простые ионы образованы одним химическим элементом, сложные – двумя или более элементами.

Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные ионы – анионами. Заряд иона обозначают надстрочным индексом, сначала указывая величину заряда, затем его знак. При этом в случае, если заряд иона по модулю равен единице, пишут только знак (+ или -).

Примеры простых ионов: Na+, Ca2+, Al3+, S2-, I и т.д.
Примеры сложных ионов: SO42-, NO3, [AlF6]3- и т.д.

Рассмотрим детальнее простые ионы. Откуда у них может возникнуть заряд? Вспомним тот факт, что любой атом является электронейтральной частицей вследствие того, что количество отрицательно заряженных электронов в его оболочках равно количеству положительно заряженных протонов в его ядре.

Если мы «удалим» у атома часть электронов, то получим часть некомпенсированных положительных зарядов. При удалении части электронов у атома получим катион, при присоединении одного или нескольких электронов к атому получим анион.

Например, катион натрия Na+, от атома натрия Na0 отличает  то, что частица Na+ содержит в себе на один электрон меньше чем, атом натрия. Для того чтобы записать электронную конфигурацию катиона натрия Na+, сначала вспомним, сколько электронов имеет атом натрия. Сделать мы это можем, взглянув на порядковый номер химического элемента в таблице Д.И. Менделеева. Натрий имеет порядковый номер 11, следовательно, его атом содержит 11 электронов, тогда катион натрия будет иметь на один электрон меньше, то есть 10 электронов.
Далее распределим 10 электронов по энергетическим подуровням, исходя из всех тех же принципов, что использовались для записи электронных конфигураций атомов:

Аналогично попробуем записать электронно-графическую формулу сульфид-иона S2-. В таблице Д.И. Менделеева сера имеет порядковый номер, равный 16. Это значит, что атом серы S0 содержит 16 электронов. Отрицательный заряд иона серы равный 2- указывает на то, что у этого иона на два электрона больше, чем у атома серы, то есть 18 электронов. Тогда электронно-графическая формула и обычная электронная формула сульфид-иона S2- будут иметь вид:

Мы поняли, как записать электронно-графическую (или обычную электронную) формулу иона, зная точное его обозначение. Однако, для того чтобы успешно сдать ЕГЭ, нам нужно уметь самим определять заряды ионов, которые склонны образовывать те или иные химические элементы.  Причем уметь определять заряд наиболее устойчивых ионов мы обязаны только для элементов главных подгрупп.

Все очень просто, если учитывать, что атомы элементов главных подгрупп «хотят» получить электронную конфигурацию, как у ближайшего к ним по номеру в таблице атома благородного газа.

Например, определим, какой наиболее устойчивый ион образует магний. Смотрим в таблицу Д.И. Менделеева и видим, что ближайший по значению порядкового номера к нему благородный газ – неон. Атом неона содержит 10 электронов, значит и катион магния будет содержать 10 электронов, в то время как у обычного атома магния 12 электронов. Значит наиболее устойчивый катион магния будет иметь заряд 2+  (от 12 отнимаем 10), то есть мы можем обозначить его как Mg2+.

Установим формулу наиболее устойчивого иона хлора. Для этого снова смотрим в таблицу Д.И. Менделеева и видим, что ближайший по порядковому номеру благородный химический элемент — аргон. Атом аргона имеет 18 электронов, а атом хлора – 17 электронов. То есть наиболее устойчивый ион хлора содержит один «избыточный» электрон по сравнению с нейтральным атомом хлора. Таким образом, формулу наиболее устойчивого иона хлора можно записать как Cl.

Также есть еще один простой способ установления формул наиболее устойчивых ионов химических элементов, который заключается в том, чтобы попытаться найти их в ряду катионов и анионов таблицы растворимости. Если мы не находим анион соответствующего элемента, можно посмотреть на заряд его «родственника» по подгруппе. Например, в таблице растворимости мы не найдем ион кислорода, однако, в той же подгруппе, что и кислород, расположена сера, обозначение аниона которой мы легко находим в таблице растворимости – S2-. Следовательно, и наиболее устойчивый ион кислорода мы можем записать как O2-.

Строение атома — Всё для чайников

Строение атома

Подробности
Категория: Документальные учебные фильмы. Серия «Физика».

Документальные учебные фильмы. Серия «Физика».

 

 

 

Атом (от греческого atomos — неделимый)  — одноядерная, неделимая химическим путем частица химического элемента, носитель свойства вещества. Вещества состоят из атомов. Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью определяется размером его электронного облака, поскольку размер ядра ничтожно мал по сравнению с размером электронного облака. Ядро состоит из Z положительно заряженных протонов (заряд протона соответствует +1 в условных единицах) и N нейтронов, которые не несут на себе заряда (протоны и нейтроны называют нуклонами). Таким образом, заряд ядра определятся только количеством протонов и равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами (заряд электрона -1 в условных единицах), которые формируют электронное облако. Количество электронов равно количеству протонов. Массы протонов и нейтронов равны (соответственно 1 и 1 а.е.м.).

Масса атома определяется массой его ядра, поскольку масса электрона примерно в 1850 раз меньше массы протона и нейтрона и в расчетах редко учитывается. Количество нейтронов можно узнать по разности между массой атома и количеством протонов (N=A-Z). Вид атомов какого-либо химического элемента с ядром, состоящим из строго определённого числа протонов (Z) и нейтронов (N) называется нуклидом.

 

Перед изучением свойств электрона и правил формирования электронных уровней, необходимо затронуть историю формирования представлений о строении атома. Мы не будем рассматривать полную историю становления атомарного строения, а остановимся лишь на самых актуальных и наиболее «верных» представлениях, способных наиболее наглядно показать как располагаются электроны в атоме. Первыми наличие атомов как элементарных составляющих вещества, предположили еще древнегреческие философы. После чего история строения атома прошла сложный путь и разные представления, такие как неделимость атома, Томсоновская модель атома и другие. Наиболее близкой оказалась модель атома, предложенная Эрнестом Резерфордом в 1911 году. Он сравнил атом с солнечной системой, где в роли солнца выступало ядро атома, а электроны двигались вокруг него подобно планетам. Размещение электронов на стационарных орбитах было очень важным шагом в понимании строения атома. Однако такая планетарная модель строения атома шла в противоречие с классической механикой. Дело в том, что при движении электрона по орбите он должен был терять потенциальную энергию и в конце концов «упасть» на ядро и атом должен был прекратить свое существование. Такой парадокс был устранен введением постулатов Нильсом Бором. Согласно этим постулатам электрон двигался по стационарным орбитам вокруг ядра и при нормальных условиях не поглощал и не испускал энергию. Постулаты показывают, что для описания атома законы классической механики не подходят. Такая модель атома называется моделью Бора-Резерфорда. Продолжением планетарного строения атома является квантово-механическая модель атома, согласно которой мы и будем рассматривать электрон.

Электрон является квазичастицей проявляя корпускулярно-волновой дуализм. Он одновременно является и частицей (корпускула) и волной. К свойствам частицы можно отнести массу электрона и его заряд, а к волновым свойствам — способность к дифракции и интерференции. Связь между волновыми и корпускулярными свойствами электрона отражены в уравнении де Бройля.

Схема строения атома: ядро, электронная оболочка. Примеры

Давайте рассмотрим, как построен атом. Учитывайте, что речь будет вестись исключительно о моделях. На практике атомы представляют собой гораздо более сложную структуру. Но благодаря современным разработкам мы имеем возможность объяснять и даже успешно предсказывать свойства химических элементов (пускай даже и не все). Итак, какова схема строения атома? Из чего он «сделаны»?

Планетарная модель атома

Впервые была предложена датским физиком Н. Бором в 1913 году. Это первая теория строения атома, основанная на научных фактах. К тому же она положила основу современной тематической терминологии. В ней электроны-частицы производят вращательные движения вокруг атома по такому же принципу, как планеты вокруг Солнца. Бор высказал предположение, что они могут существовать исключительно на орбитах, находящихся на строго определённом расстоянии от ядра. Почему именно так, учёный с позиции науки не смог объяснить, но такая модель потдтверждалась многими экспериментами. Для обозначения орбит использовались целые числа, начиная с единицы, которой нумеровалась, самая близкая к ядру. Все эти орбиты также называют уровнями. У атома водорода только один уровень, на котором вращается один электрон. Но сложные атомы имеют ещё уровни. Они делятся на составляющие, которые объединяют близкие по энергетическому потенциалу электроны. Так, второй уже имеет два подуровня – 2s и 2р. Третий имеет уже три – 3s, 3р и 3d. И так далее. Сначала «заселяются» более близкие к ядру подуровни, а потом дальние. На каждом из них может быть размещено только определённое количество электронов. Но это ещё не конец. Каждый подуровень делится на орбитали. Давайте проведём сравнение с обычной жизнью. Электронное облако атома сравнимо с городом. Уровни – это улицы. Подуровень – частный дом или квартира. Орбиталь – комната. В каждой из них «проживает» один или два электрона. Все они имеют конкретные адреса. Вот такой была первая схема строения атома. А напоследок про адреса электронов: они определяются наборами чисел, которые называют «квантовыми».

Волновая модель атома

Но со временем планетарная модель подверглась пересмотру. Была предложена вторая теория строения атома. Она более совершенна и позволяет объяснить результаты практических экспериментов. На смену первой пришла волновая модель атома, которую предложит Э. Шредингер. Тогда уже было установлено, что электрон может проявлять себя не только в качестве частицы, но и как волна. А что сделал Шредингер? Он применил уравнение, описывающее движение волны в трёхмерном пространстве. Таким образом можно найти не траекторию движения электрона в атоме, а вероятность его обнаружения в определённой точке. Объединяет обе теории то, что элементарные частицы находятся на конкретных уровнях, подуровнях и орбиталях. На этом похожесть моделей заканчивается. Приведу один пример – в волновой теории орбиталью называется область, где можно будет найти электрон с вероятностью в 95%. На всё остальное пространство приходится 5%.Но в конечном итоге получилось, что особенности строения атомов изображаются с использование волновой модели, при том, что используется терминология используется общая.

Понятие вероятности в данном случае

Почему был использован этот термин? Гейзенбергом в 1927 г. был сформулирован принцип неопределенности, который сейчас используется, чтобы описывать движение микрочастиц. Он основан на их фундаментальном отличии от обычных физических тел. В чем оно заключается? Классическая механика предполагала, что человек может наблюдать явления, не влияя на них (наблюдение за небесными телами). На основе полученных данных можно рассчитать, где объект будет в определенный момент времени. Но в микромире дела необходимо обстоят по-другому. Так, к примеру, наблюдать за электроном, не влияя на него, сейчас не представляется возможным ввиду того, что энергии инструмента и частицы несопоставимы. Это приводит к тому, что меняется его местоположение элементарной частицы, состояние, направление, скорость движения и другие параметры. И бессмысленно говорить о точных характеристиках. Сам принцип неопределенности говорит нам о том, что невозможно вычислить точную траекторию полёта электрона вокруг ядра. Можно только указать вероятность нахождения частицы в определённом участке пространства. Вот такую особенность имеет строение атомов химических элементов. Но это следует учитывать исключительно ученым в практических экспериментах.

Состав атома

Но давайте сконцентрируемся на всём объекте рассмотрения. Итак, кроме неплохо рассмотренной электронной оболочки, второй составляющей атома является ядро. Оно состоит из позитивно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Все мы знакомы с таблицей Менделеева. Номер каждого элемента соответствует количеству протонов, что в нём есть. Количество нейтронов равняется разнице между массой атома и его количеством протонов. Могут и быть отклонения от этого правила. Тогда говорят о том, что присутствует изотоп элемента. Схема строения атома такова, что его «окружает» электронная оболочка. Число электронов обычно равняется количеству протонов. Масса последнего примерно в 1840 раз больше, чем у первого, и примерно равна весу нейтрона. Радиус ядра составляет около 1/200000 диаметра атома. Сам он имеет сферическую форму. Таково, в общем, строение атомов химических элементов. Несмотря на различие в массе и свойствах, выглядят они примерно одинаково.

Орбиты

Говоря о том, что такое схема строения атома, нельзя умолчать о них. Итак, есть такие виды:

  1. s. Имеют сферическую форму.
  2. p. Являются похожими на объемные восьмерки или веретено.
  3. d и f. Имеют сложную форму, которая с трудом описывается формальным языком.

Электрон каждого типа можно с вероятностью в 95% найти на территории соответствующей орбитали. К представленной информации необходимо относиться спокойно, поскольку это, скорее, абстрактная математическая модель, нежели физическое реальное положение дел. Но при всём этом она обладает хорошей предсказательной силой относительно химических свойств атомов и даже молекул. Чем дальше от ядра расположен уровень, тем больше электронов можно на нём разместить. Так, количество орбиталей можно подсчитать с помощью специальной формулы: х2. Здесь х равно количеству уровней. А поскольку на орбитали можно разместить до двух электронов, то в конечном итоге формула их численного поиска будет выглядеть следующим образом: 2х2.

Орбиты: технические данные

Если говорить про строение атома фтора, то он будет иметь три орбитали. Все они будут заполнены. Энергия орбиталей в рамках одного подуровня одинакова. Чтобы их обозначить, добавляют номер слоя: 2s, 4p, 6d. Возвращаемся к разговору про строение атома фтора. У него будет два s- и один p-подуровень. У него девять протонов и столько же электронов. Сначала один s-уровень. Это два электрона. Потом второй s-уровень. Ещё два электрона. И 5 заполняют p-уровень. Вот такое у него строение. После прочтения следующего подзаголовка можно собственноручно проделать необходимые действия и убедиться в этом. Если говорить про физические свойства галогенов, к которым относится и фтор, то следует отметить, что они, хотя и в одной группе, полностью различаются по своим характеристикам. Так, их температура кипения колеблется от -188 до 309 градусов Цельсия. Так почему их объединили? Все благодаря химическим свойствам. Все галогены, а в наибольшей степени фтор обладают высочайшей окислительной способностью. Они реагируют с металлами и без проблем могут самостоятельно воспламеняться при комнатной температуре.

Как заполняются орбиты?

По каким правилам и принципам располагаются электроны? Предлагаем ознакомиться с тремя основными, формулировка которых была упрощена для лучшего понимания:

  1. Принцип наименьшей энергии. Электронам свойственно заполнять орбитали в порядке увеличения их энергии.
  2. Принцип Паули. На одной орбитали не может располагаться больше двух электронов.
  3. Правило Хунда. В пределах одного подуровня электроны заполняют сначала свободные орбитали, и только потом образуют пары.

В деле заполнения поможет периодическая система Менделеева, и строение атома в таком случае станет более понятным в плане изображения. Поэтому при практической работе с построением схем элементов, необходимо держать её под рукой.

Пример

Для того, чтобы обобщить всё сказанное в рамках статьи, можно составить образец, как же распределяются электроны атома по своим уровням, подуровням и орбиталям (то есть, какой является конфигурация уровней). Он может быть изображен как формула, энергетическая диаграмма или как схема слоев. Здесь присутствуют очень хорошие иллюстрации, которые при внимательном рассмотрении помогают понять структуру атома. Так, сначала заполняется первый уровень. В нём имеется только один подуровень, в котором только одна орбиталь. Все уровни заполняются последовательно, начиная с меньшего. Сначала в рамках одного подуровня по одному электрону размещается на каждой орбитали. Потом создаются пары. И при наличии свободных происходит переключение на другой субъект заполнения. А теперь можно самостоятельно узнать, каково строение атома азота или фтора (который рассматривался раньше). Первоначально может быть немного сложно, но можно ориентироваться по картинкам. Давайте для ясности рассмотрим и строение атома азота. Он имеет 7 протонов (вместе с нейтронами составляющих ядро) и столько же электронов (которые составляют электронную оболочку). Сначала заполняется первый s-уровень. На нем 2 электрона. Потом идёт второй s-уровень. На ней тоже 2 электрона. И три остальных размещаются на p-уровне, где каждый из них занимает по одной орбитали.

Заключение

Как видите, строение атома – не такая сложная тема (если подходить к ней с позиции школьного курса химии, конечно). И понять данную тему не составляет труда. Напоследок хочется сообщить про некоторые особенности. К примеру, говоря про строение атома кислорода, мы знаем, что он имеет восемь протонов, и 8-10 нейтронов. И так как все в природе стремится к равновесию, два атома кислорода образуют молекулу, где два непарных электрона образуют ковалентную связь. Подобным же образом образуется другая стойкая молекула кислорода — озон (O3). Зная строение атома кислорода, можно правильно составлять формулы окислительных реакций, в которых участвует самое распространенное на Земле вещество.

Схемы строения атомов — Справочник химика 21


    Схему строения атомов можно изобразить следующим образом  [c.376]

    Составить электронные схемы строения атомов калия и цезия. Какой из этих элементов является более сильным восстановителем Почему  [c.263]

    Изобразите электронные схемы строения атомов элементов с порядковыми номерами 15, 20, 36, 40, 47. Укажите расположение этих элементов в периодической системе Д. И. Менделеева и их высшую валентность.  [c.44]

    Изобразите электронные схемы строения атомов натрия, хлора, хрома, кальция и железа. [c.44]

    Составить электронные схемы строения атомов щелочных металлов. Какой из них является наиболее сильным восстановителем Почему  [c.231]

    Нарисуйте схемы строения атомов С и 81. Разъясните, чем сходны и чем отличаются свойства этих элементов  [c.357]

    Нарисуйте схемы строения атомов элементов с № I по [c.44]

    Срисуйте себе в тетрадь эту схему строения атома лития. [c.82]

    Изобразить в виде схем строение атомов элементов, имеющих порядковые номера а) 6 б) 11 в) 20. [c.40]

    Представить с помощью схем строения атомов процессы образования молекул следующих простых веществ а) водорода б) кислорода в) азота г) фтора. [c.42]

    Наиболее проста схема строения атома водорода (порядковый номер равен 1). Его ядро имеет один элементарный положительный заряд и в поле ядра вращается один электрон. [c.41]


    В электронных схемах строения атомов следующих элементов подчеркнуть атомные остовы и указать число валентных электронов в атоме каждого элемента  [c.36]

    Подсчитать общее число электронов в каждом случае, указать положительный заряд ядра представ ить электронные схемы строения атомов подобно тому, как это сделано в задаче 17, Назвать элементы, схемы строения электронных оболочек которых даны выше. [c.37]

    Представить схемы строения атомов и отвечающих им ионов следующих элементов с разбивкой электронов по квантовым уровням, атомные остовы подчеркнуть, как это выполнено в примере (а)  [c.38]

    Начертите электронные схемы строения атомов элементов, имеющих порядковые номера 14, 15, 16 и 17. [c.176]

    Изобразите схемы строения атома и иона натрия. [c.44]

    Неправильно. Вы только что сами срисовывали схему строения атома водорода и записывали символы составляющих его частиц. [c.73]

    Второй учащийся запишите в тетради схемы строения атомов кремния (порядковый № 14) и олова (№ 50). [c.130]

    Составить электронные схемы строения атомов бериллия, магния и щелочноземельных металлов. [c.330]

    Неправильно. Вы сами только что срисовывали схему строения атома водорода, поэтому должны знать, что он состоит всего из двух частиц. [c.88]

    Наиболее проста схема строения атома водорода (порядковый номер равен 1). Его ядро имеет один элементарный положительный заряд, и вокруг ядра вращается один электрон. Ядро атома водорода — элементарная частица, которую называют протоном. [c.67]

    Начертите электронные схемы строения атомов первых четырех элементов четвертого периода, укажите наибольшую валентность этих элементов и изобразите символами соответствующие ионы.,  [c.176]

    Цель на основе использования ранее приобретенных знаний о строении атомов составить схемы строения атомов элементов подгруппы углерода, сделать заключение о сходстве и различии строения этих атомов и предположение о свойствах данных элементов. [c.130]

    Первый учащийся запишите в тетради схемы строения атомов углерода (порядковый № 6) и германия (№ 32). [c.130]

    Изобразить схему строения атома серы. [c.97]

    Содержание пособия используют для иллюстрации высказанной мысли, ее конкретизации с целью создания более ясного представления об изучаемом явлении. В этом отношении большое значение имеют экранные пособия, в которых последовательность видеоряда соответствует последовательности содержания изложения. Такие экранные средства особенно эффективны для закрепления и совершенствования знаний учащихся. В их отдельные кадры или графопособия включаются закономерности изменения физических констант веществ, схемы строения атомов и молекул, процессы разрыва и образования новых химических связей, энергетические эффекты химических взаимодействий. [c.120]

    При составлении таблицы учащимся разрещается пользоваться учебником. Из него они могут извлечь данные о строении атома хрома. Затем по аналогии, а также с учетом числа электронных слоев и максимального количества электронов для каждого слоя записывают схемы строения атомов молибдена и вольфрама. [c.147]

    А1. Еслн химическому элементу соответствует схема строения атома [c.5]

    Ц м о л и п ычуг- «. Jтo важное-положение-тгостгг-нгтзва ние правила Хиноа. Из двух приведенных схем строения атома азота устойчивому состоянию (с наименьшей энергией) отвечает первая, где все р-электроны занимают разные орбитали. [c.29]

    Наряду с проблемным обучением, постоянно используется в процессе изучения периодического закона работа с карточками, на которых учащиеся записывают известные им сведения о каждом элементе. Работа с карточками не ограничивается только этапом выведения периодического закона. Учащиеся пользуются ими постоянно в ходе изучения темы на разных дидактических этапах. На карточке отмечают химический знак элемента, характер его свойств, высшую валентность в оксидах, формулы оксидов, валентность в летучих водородных соединениях и гидридах, схемы строения атомов, степень окисления элементов и т. д. Карточки позволяют эффективно организовать самостоятельную работу. Они используются как справочные материалы, способствуют выработке умений пользоваться периодической системой. [c.228]

    Привести схему строения атомов хрома, молибдена и вольфрама. Какой из этих элементов должен проявлять металлические свойства в меньшей степени Ответ мотивировать. [c.274]

    На рис. 20 приведены схемы строения атомов элементов, имеющих заряд ядра от 1 до 18. [c.58]

    Привести схемы строения атомов водорода (1), гелия (2), калия (19). В скобках указан заряд ядра атома. [c.59]

    На рис. 29, 30 и 31 даны схемы строения атомов гелия, неона и натрия по Бору с орбитами, по которым движутся электроны. Ядро обозначено точкой внутри системы. [c.175]

    Изобразить с помош,ьго схем строения атомов образование молекул следующих ветцеств а) фтористого калия КР б) хлористого магиия Mg l2 в) сернистого алюминия А125з г) азотного ангидрида N265. [c.42]


    Каждому квадрату (называемому каОнтовой ячейкой) соответствует определенная орбиталь. В первой схеме все р-электроны имеют разные значения /я во второй — у двух р-электронов они одинаковы. Квантовая механика и анализ атомных спектров показывают, что заполнение орбиталей, отвечающее низшему энергетическому состоянию атома, происходит следующим образом. При заполнении подуровня электроны сначала располагаются по орбиталям, отвечающим различным значениям магнитного квантового числа, и только после того как все орбитали подуровня однократно заполнены, в орбиталях появляется по два электрона с противоположно направленными спинами . Иными словами, заполнение энергетических подуровней происходит таким образом, чтобы суммарный спин был максимальным. Это важное положение носит название правила Хунда. Из двух приведенных схем строения атома азота устойчивому состоянию (с наименьшей энергией) отвечает первая, где все р-электроны занимают разные орбитали. [c.32]

    Составить э.пектронные схемы строения атомов щелочноземельных металлов. Какая степень окисления характерна для этих элементов Чем объяснить их более низкую восстановительную способность по сравнению со щелочными металлами  [c.241]


Структура атома, объясненная с помощью маркированной диаграммы

Атом – основная единица материи. В следующей статье представлены диаграммы, которые помогут вам лучше понять структуру атома.

Атом — это наименьший строительный блок всей материи, состоящий из нейтронов, протонов и электронов. Атомы как основная единица материи были концептуализированы еще в 500 г. до н.э., когда это было предложено греческим философом Левкиппом и его учеником Демокритом. Затем, к сожалению, на следующие 2000 лет эта концепция была утеряна, и люди верили только в четыре элемента: землю, огонь, воздух и воду.Однако сегодня мы все знаем, что атомы выходят. В этой статье мы познакомим вас с базовой структурой атома.

Основная схема атома

Большая часть атома представляет собой просто пустое пространство и состоит из положительно заряженного ядра протонов и нейтронов, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Центром атома является ядро ​​и один или несколько электронов, окружающих ядро. Когда говорят, что атом электрически нейтрален, это означает, что количество электронов равно количеству положительных зарядов на ядре.Это означает, что положительный заряд протонов и отрицательный заряд электронов компенсируют друг друга, в результате чего получается электрически нейтральный атом.

Модель атома на диаграмме ниже показывает протоны и нейтроны, сконцентрированные в атомном ядре, и электроны на окружающих его орбитах. Протоны заряжены положительно, электроны — отрицательно, а нейтроны не несут заряда.

Дж.Дж. Сливовый пудинг Thomson Модель

Первоначально люди не понимали атом, и было проведено множество научных исследований, чтобы понять модель атома.Первый человек, открывший электроны, сэр Дж.Дж. Томпсон выдвинул свою модель атома «Сливовый пудинг». Он считал, что атом представляет собой однородную сферу с положительным зарядом, в которую встроены электроны. Он мог объяснить электрическую нейтральность атома, но не мог объяснить расположение элементарных частиц в атоме.

Модель атома Резерфорда

Позже Эрнест Резерфорд изучал свойства самопроизвольно испускаемых частиц радиоактивных веществ.В своем эксперименте по бомбардировке альфа-частицами фольги из атомов золота он обнаружил, что альфа-частицы проходят прямо через золотую фольгу, не отклоняясь. Это показало, что в атоме много пустого пространства.

Затем он заметил, что некоторые альфа-частицы отклоняются на малые и большие углы. Это доказывало существование в атоме «центра положительного заряда». Этот центр отталкивал положительно заряженные альфа-частицы и отклонял их от первоначального пути.Лишь несколько альфа-частиц отскочили после удара о золотую фольгу, и это доказывает, что ядро ​​очень плотное и твердое.

Таким образом, Резерфорд смог доказать, что ядро ​​положительно заряжено, плотно и твердо. Ядро очень мало по сравнению с размером атома, и вся масса атома сосредоточена в ядре. Этот вывод помог ему предложить «Модель атома Резерфорда».

Согласно его диаграмме атома, атом имеет маленькое положительно заряженное ядро ​​в центре.Это ядро ​​несет всю массу атома. Электроны вращаются вокруг ядра с большой скоростью. Число электронов было равно числу протонов и, следовательно, атом электрически нейтрален. Объем ядра считался ничтожным по сравнению с объемом атома. В атоме было много пустого пространства. Резерфорд сравнил свою схему атома с солнечной системой, где ядро ​​подобно солнцу, а электрон вращается вокруг него подобно планетам.

Тем не менее, его модель имела несколько существенных недостатков.Его теория предполагала, что электроны вращаются с большой скоростью вокруг положительно заряженного ядра. Но, согласно электромагнитной теории, это привело бы к непрерывному излучению энергии. Потеря энергии в конечном итоге замедлит скорость электрона, и, в конце концов, электрон упадет на ядро. Однако этого не происходит, и модель Резерфорда не могла объяснить, почему коллапса не происходит.

Модель атома Бора

В 1913 году Нил Бор предложил теорию, объясняющую стабильность атома, когда электроны вращаются вокруг ядра на определенных энергетических уровнях.Каждая орбиталь имела разный радиус, и электроны, вращающиеся по определенной орбите, не излучали энергию. Это происходило даже в том случае, если электрон имел ускоренное движение вокруг ядра. Бор выдвинул несколько постулатов, подтверждающих его схему атома.

Постулаты Бора

  • Электроны вращаются вокруг ядра. Электростатические силы удерживают электроны на орбите.
  • Электрон может находиться только на определенной орбите, и когда он находится на этой конкретной орбите, он не излучает энергию.
  • Когда электрон переходит из более высокого энергетического состояния в более низкое, только тогда он испускает излучение.
  • Радиусы орбиталей квантуются, и каждое энергетическое состояние имеет определенный радиус, пропорциональный h/2n.
  • Угловой момент электрона будет mvr = nh/2n, где n — главное квантовое число.

Модель атома Бора смогла объяснить стабильность атома, а также объяснить явления атомных спектров и ионизации газов.

Джеймс Чедвик и открытие нейтронов

Было много проблем, связанных с вычислением массы ядра, хотя модель Резерфорда могла объяснить проблему рассеяния альфа. Можно было вычислить заряд ядра с помощью экспериментов по рассеянию, но нельзя было найти массу ядра, так как протоны составляли только половину массы ядра. Уильям Дрейпер Харкинс в 1920 году предположил, что в ядре могут быть какие-то другие частицы, подобные протонам.Он назвал эту частицу нейтроном, не имеющим заряда. В 1932 году Джеймс Чедвик в своем эксперименте открыл нейтрон. Чедвик бомбардировал элемент бериллий альфа-частицами и обнаружил, что излучение имеет высокую проникающую способность и не подвергается воздействию электрического или магнитного поля. Это показало, что излучение было нейтральным. Эти испускаемые частицы имели ту же массу, что и протоны, и относительная масса такой частицы составляла 1 а.е.м. Абсолютная масса составляла примерно 1,6×10 -24 г.Эти частицы были электрически нейтральны и назывались нейтронами.

С открытием протонов, нейтронов и электронов физики смогли составить схему атома. Они могли объяснить, что атом состоит из электронов, нейтронов и протонов. Центром атома является ядро, содержащее протоны и нейтроны. Это делает ядро ​​положительно заряженным. Электроны находятся на разных оболочках или орбитах, вращающихся вокруг ядра. Это помогает определить размер атома.

Многие ученые усердно работали, чтобы помочь проанализировать мельчайшую из всех материй и предложить правильную схему атома.

Структура атома

Обзор атомной структуры

Атомы состоят из частиц, называемых протонами, нейтронами и электронами, которые отвечают за массу и заряд атомов.

Цели обучения

Обсудите электронные и структурные свойства атома

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Атом состоит из двух областей: ядра, которое находится в центре атома и содержит протоны и нейтроны, и внешней области атома, которая удерживает электроны на орбите вокруг ядра.
  • Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу, около 1,67 × 10-24 грамма, которую ученые определяют как одну атомную единицу массы (а.е.м.) или один дальтон.
  • Каждый электрон имеет отрицательный заряд (-1), равный положительному заряду протона (+1).
  • Нейтроны — это незаряженные частицы, находящиеся внутри ядра.
Основные термины
  • атом : Наименьшее возможное количество вещества, которое все еще сохраняет свою идентичность как химический элемент, состоящий из ядра, окруженного электронами.
  • протон : Положительно заряженная субатомная частица, составляющая часть ядра атома и определяющая атомный номер элемента. Он весит 1 а.е.м.
  • нейтрон : Субатомная частица, входящая в состав ядра атома. У него нет заряда. По массе он равен протону или весит 1 а.е.м.

Атом — наименьшая единица вещества, сохраняющая все химические свойства элемента. Атомы объединяются, образуя молекулы, которые затем взаимодействуют, образуя твердые тела, газы или жидкости.Например, вода состоит из атомов водорода и кислорода, которые, объединившись, образуют молекулы воды. Многие биологические процессы посвящены расщеплению молекул на составные атомы, чтобы их можно было собрать в более полезную молекулу.

Атомные частицы

Атомы состоят из трех основных частиц: протонов, электронов и нейтронов. Ядро (центр) атома содержит протоны (положительно заряженные) и нейтроны (без заряда). Самые внешние области атома называются электронными оболочками и содержат электроны (отрицательно заряженные).Атомы обладают различными свойствами в зависимости от расположения и количества их основных частиц.

Атом водорода (H) содержит только один протон, один электрон и не содержит нейтронов. Это можно определить, используя атомный номер и массовое число элемента (см. понятие об атомных числах и массовых числах).

Структура атома : Элементы, такие как гелий, изображенные здесь, состоят из атомов. Атомы состоят из протонов и нейтронов, расположенных внутри ядра, с электронами на орбиталях, окружающих ядро.

Атомная масса

Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу, примерно 1,67×10 -24 грамма. Ученые определяют это количество массы как одну атомную единицу массы (аму) или один дальтон. Несмотря на то, что протоны имеют одинаковую массу, они заряжены положительно, а нейтроны заряда не имеют. Следовательно, количество нейтронов в атоме вносит значительный вклад в его массу, но не в его заряд.

Электроны намного меньше по массе, чем протоны, всего 9.11 × 10 -28 грамма, или примерно 1/1800 атомной единицы массы. Следовательно, они не вносят большого вклада в общую атомную массу элемента. При рассмотрении атомной массы принято игнорировать массу любых электронов и вычислять массу атома, основываясь только на числе протонов и нейтронов.

Электроны вносят большой вклад в заряд атома, поскольку каждый электрон имеет отрицательный заряд, равный положительному заряду протона. Ученые определяют эти заряды как «+1» и «-1».В незаряженном нейтральном атоме число электронов, вращающихся вокруг ядра, равно числу протонов внутри ядра. В этих атомах положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, что приводит к атому без суммарного заряда.

Протоны, нейтроны и электроны : И протоны, и нейтроны имеют массу 1 а.е.м. и находятся в ядре. Однако протоны имеют заряд +1, а нейтроны не заряжены. Электроны имеют массу примерно 0 а.е.м., вращаются вокруг ядра и имеют заряд -1.

Изучение свойств электронов : Сравните поведение электронов с поведением других заряженных частиц, чтобы узнать свойства электронов, такие как заряд и масса.

Объем атомов

С учетом размеров протонов, нейтронов и электронов большая часть объема атома — более 99 % — фактически представляет собой пустое пространство. Несмотря на все это пустое пространство, твердые объекты не просто проходят друг через друга. Электроны, окружающие все атомы, заряжены отрицательно и заставляют атомы отталкиваться друг от друга, не позволяя атомам занимать одно и то же пространство.Эти межмолекулярные силы не позволяют вам провалиться сквозь такой предмет, как ваш стул.

Interactive: Build an Atom : Создайте атом из протонов, нейтронов и электронов и посмотрите, как изменяются элементы, заряд и масса. Тогда сыграйте в игру, чтобы проверить свои идеи!

Атомный номер и массовое число

Атомный номер — это количество протонов в элементе, а массовое число — это количество протонов плюс количество нейтронов.

Цели обучения

Определить соотношение между массовым числом атома, его атомным номером, его атомной массой и числом субатомных частиц

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Нейтральные атомы каждого элемента содержат равное количество протонов и электронов.
  • Число протонов определяет атомный номер элемента и используется для отличия одного элемента от другого.
  • Количество нейтронов различно, в результате чего изотопы, которые представляют собой разные формы одного и того же атома, различаются только количеством нейтронов, которыми они обладают.
  • Вместе количество протонов и количество нейтронов определяют массовое число элемента.
  • Поскольку изотопы элемента имеют немного разные массовые числа, атомная масса рассчитывается путем получения среднего значения массовых чисел для его изотопов.
Основные термины
  • массовое число : Сумма числа протонов и числа нейтронов в атоме.
  • атомный номер : Количество протонов в атоме.
  • атомная масса : Средняя масса атома с учетом всех его природных изотопов.

Атомный номер

Нейтральные атомы элемента содержат равное количество протонов и электронов. Количество протонов определяет атомный номер элемента (Z) и отличает один элемент от другого. Например, атомный номер углерода (Z) равен 6, потому что у него 6 протонов. Количество нейтронов может варьироваться для получения изотопов, которые представляют собой атомы одного и того же элемента, имеющие разное количество нейтронов.Количество электронов также может быть разным в атомах одного и того же элемента, что приводит к образованию ионов (заряженных атомов). Например, железо Fe может существовать в нейтральном состоянии или в ионных состояниях +2 и +3.

Массовый номер

Массовое число элемента (А) представляет собой сумму числа протонов и числа нейтронов. Небольшой вклад массы от электронов не учитывается при вычислении массового числа. Это приближение массы можно использовать, чтобы легко вычислить, сколько нейтронов имеет элемент, просто вычитая количество протонов из массового числа.Протоны и нейтроны весят примерно одну атомную единицу массы или а.е.м. Изотопы одного и того же элемента будут иметь одинаковый атомный номер, но разные массовые числа.

Атомный номер, химический символ и массовое число : Углерод имеет атомный номер шесть и два стабильных изотопа с массовыми числами двенадцать и тринадцать соответственно. Его средняя атомная масса составляет 12,11.

Ученые определяют атомную массу, вычисляя среднее значение массовых чисел встречающихся в природе изотопов.Часто полученное число содержит десятичную дробь. Например, атомная масса хлора (Cl) составляет 35,45 а.е.м., поскольку хлор состоит из нескольких изотопов, некоторые из которых (большинство) имеют атомную массу 35 а.е.м. (17 протонов и 18 нейтронов), а некоторые — 37 а.е.м. (17 протонов и 20 нейтронов).

Зная атомный номер (Z) и массовое число (A), вы можете найти количество протонов, нейтронов и электронов в нейтральном атоме. Например, атом лития (Z=3, A=7 а.е.м.) содержит три протона (определено из Z), три электрона (поскольку число протонов равно числу электронов в атоме) и четыре нейтрона (7 – 3 = 4).

Изотопы

Изотопы — это различные формы элемента, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.

Цели обучения

Обсудить свойства изотопов и их использование в радиометрическом датировании

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Изотопы — это атомы одного и того же элемента, содержащие одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.
  • Несмотря на разное количество нейтронов, изотопы одного и того же элемента имеют очень похожие физические свойства.
  • Некоторые изотопы нестабильны и подвергаются радиоактивному распаду, превращаясь в другие элементы.
  • Предсказуемый период полураспада различных распадающихся изотопов позволяет ученым датировать материал на основе его изотопного состава, например, с помощью датирования по углероду-14.
Основные термины
  • изотоп : Любая из двух или более форм элемента, в которых атомы имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов в ядрах.
  • период полураспада : Время, за которое половина исходной концентрации изотопа распадается обратно в более стабильную форму.
  • радиоактивные изотопы : атом с нестабильным ядром, характеризующийся избыточной доступной энергией, который подвергается радиоактивному распаду и создает чаще всего гамма-лучи, альфа- или бета-частицы.
  • радиоуглеродное датирование : Определение возраста объекта путем сравнения отношения обнаруженной в нем концентрации 14С к количеству 14С в атмосфере.

Что такое изотоп?

Изотопы — это различные формы элемента, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Некоторые элементы, такие как углерод, калий и уран, имеют несколько встречающихся в природе изотопов. Изотопы определяются сначала их элементом, а затем суммой присутствующих протонов и нейтронов.

  • Углерод-12 (или 12 C) содержит шесть протонов, шесть нейтронов и шесть электронов; следовательно, он имеет массовое число 12 а.е.м. (шесть протонов и шесть нейтронов).
  • Углерод-14 (или 14 C) содержит шесть протонов, восемь нейтронов и шесть электронов; его атомная масса составляет 14 а.е.м. (шесть протонов и восемь нейтронов).

Несмотря на то, что масса отдельных изотопов различна, их физические и химические свойства в основном остаются неизменными.

Изотопы отличаются стабильностью. Углерод-12 ( 12 C) является наиболее распространенным из изотопов углерода, на его долю приходится 98,89% углерода на Земле. Углерод-14 ( 14 C) нестабилен и встречается только в следовых количествах.Нестабильные изотопы чаще всего испускают альфа-частицы (He 2+ ) и электроны. Нейтроны, протоны и позитроны также могут испускаться, а электроны могут быть захвачены для достижения более стабильной атомной конфигурации (более низкий уровень потенциальной энергии) посредством процесса, называемого радиоактивным распадом. Созданные новые атомы могут находиться в состоянии с высокой энергией и испускать гамма-лучи, которые снижают энергию, но сами по себе не превращают атом в другой изотоп. Эти атомы называются радиоактивными изотопами или радиоизотопами.

Радиоуглеродный анализ

Углерод обычно присутствует в атмосфере в виде газообразных соединений, таких как двуокись углерода и метан. Углерод-14 ( 14 C) представляет собой встречающийся в природе радиоизотоп, который создается из атмосферного 14 N (азота) путем добавления нейтрона и потери протона, что вызвано космическими лучами. Это непрерывный процесс, поэтому в атмосфере всегда создается больше 14 C. После производства 14 C часто соединяется с кислородом в атмосфере с образованием углекислого газа.Углекислый газ, образующийся таким образом, диффундирует в атмосферу, растворяется в океане и усваивается растениями посредством фотосинтеза. Животные поедают растения и, в конечном счете, радиоуглерод распространяется по всей биосфере.

В живых организмах относительное количество 14 С в их организме примерно равно концентрации 14 С в атмосфере. Когда организм умирает, он больше не поглощает 14 C, поэтому соотношение между 14 C и 12 C будет уменьшаться, поскольку 14 C постепенно возвращается к 14 N.Этот медленный процесс, называемый бета-распадом, высвобождает энергию за счет испускания электронов из ядра или позитронов.

Приблизительно через 5730 лет половина исходной концентрации 14 C превратится обратно в 14 N. Это называется периодом полураспада, или временем, которое требуется для половины исходной концентрации 14 N. изотопа распадаться до более стабильной формы. Поскольку период полураспада 14 C велик, он используется для определения возраста ранее живших объектов, таких как старые кости или дерево.Сравнивая отношение концентрации 14 С, обнаруженной в объекте, к количеству 14 С в атмосфере, можно определить количество еще не распавшегося изотопа. На основе этого количества можно точно рассчитать возраст материала, если считается, что возраст материала составляет менее 50 000 лет. Этот метод называется радиоуглеродным датированием, или сокращенно углеродным датированием.

Применение углеродного датирования : Возраст углеродсодержащих останков возрастом менее 50 000 лет, таких как этот карликовый мамонт, можно определить с помощью углеродного датирования.

Другие элементы имеют изотопы с разным периодом полураспада. Например, 40 K (калий-40) имеет период полураспада 1,25 миллиарда лет, а 235 U (уран-235) имеет период полураспада около 700 миллионов лет. Ученые часто используют эти другие радиоактивные элементы для датирования объектов старше 50 000 лет (предел углеродного датирования). С помощью радиометрического датирования ученые могут изучать возраст окаменелостей или других остатков вымерших организмов.

Атомная структура | АРПАНСА

Атомы — это очень маленькие частицы, которые являются основными строительными блоками обычной материи.

Атомы могут объединяться в молекулы, из которых состоит большинство объектов. Различные элементы (например, кислород, углерод, уран) состоят из разных типов атомов. Атом — это наименьшая единица элемента, которая будет вести себя как этот элемент.

Атомы состоят из очень маленького положительно заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Хотя обычно ядро ​​меньше одной десятитысячной размера атома, ядро ​​содержит более 99.9% массы атома. Ядра состоят из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, удерживаемых вместе ядерной силой. Эта сила намного сильнее электростатической силы, которая связывает электроны с ядром, но ее диапазон ограничен расстояниями порядка 1 x 10 -15 метров. См. рис. 1.

Количество протонов в ядре называется атомным номером (Z), атомный номер определяет элемент.Число нейтронов в ядре обозначается буквой N. Массовое число (А) ядра равно Z + N (рис. 2). Масса ядра в атомных единицах массы (а.е.м.) обычно немного отличается от массового числа.

Атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов, и они называются изотопами этого элемента. Например, водород имеет три (3) изотопа: водород-1 (водород), водород-2 (дейтерий) и водород-3 (тритий) (рис. 3).

В настоящее время известно 118 элементов, которые обычно отображаются в периодической таблице элементов.Было показано, что все элементы с атомными номерами 1–98 существуют в природе, в то время как элементы с атомными номерами 99–118 когда-либо производились только искусственно.

Нуклиды часто идентифицируют по названию элемента и массовому числу (суммарное число протонов и нейтронов), например, литий-7, уран-238 и т. д. (рис. 4). Когда речь идет о нуклидах одного и того же элемента, они обычно называются изотопами, то есть ураном-238 и ураном-235. Радионуклиды или изотопы называются радионуклидами или радиоизотопами.

Среди элементов 253 стабильных нуклида и более 3000 радиоизотопов. Большинство радиоизотопов (>2400) получают искусственно и в настоящее время не встречаются в природе.

Атомная структура


Идея о том, что все состоит из атомов, впервые была высказана Джоном Дальтоном (1766–1844) в книге, опубликованной им в 1808 году.Его иногда называют «отцом» атомной теории, но, судя по этой фотографии справа, лучше было бы назвать «дедушкой».

В течение почти 100 лет после этого большинство ученых думали об атомах как о твердых структурах, пока в 1897 году Дж. Дж. Томпсон не обнаружил, что атомы содержат еще более мелкие частицы, называемые электронами . Таким образом, модифицированная атомная структура теперь содержала электроны, встроенные в атом, как M&Ms в мороженом.

Поэтому было шоком, когда в 1906 году Резерфорд и Гигер объявили, что когда они выстреливают альфа-частицами в тонкий лист золотой фольги, большинство альфа-частиц проходят прямо через него, но некоторые отскакивают обратно.Как сказал Резерфорд: «Это было почти так, как если бы вы выпустили артиллерийский снаряд по куску папиросной бумаги, а он вернулся и попал в вас!» Альфа-частицы регистрировались по вспышкам света на экране.

Этот эксперимент показал, что большая часть атома представляет собой пустое пространство, но в центре есть очень маленькое, плотное ядро ​​, имеющее почти всю массу всего атома. Позже Резерфорд открыл положительно заряженных протона из в ядре атома. Резерфорд был известен своими интересными фразами, такими как эта:

«Вся наука либо физика, либо коллекционирование марок!»

Только в 1932 году Джеймс Чедвик открыл другую частицу в ядре, электрически нейтральный нейтрон , хотя на этой фотографии он не выглядит слишком взволнованным своим открытием.Возможно, ему следует добавить в свой рацион больше клетчатки! Карьера Чедвика началась неудачно. Он отправился из Англии в Германию в 1914 году, чтобы работать с Гансом Гейгером (соавтором счетчика Гейгера, который используется для обнаружения радиоактивных атомов). К сожалению, вскоре после этого началась Первая мировая война, поэтому Чедвик провел следующие 4 года в лагере для военнопленных. Находясь там, он обнаружил, что популярная зубная паста, использовавшаяся в то время в Германии, на самом деле была радиоактивной!

Итак, наконец, в 1930-х годах появилась современная модель атома: плотное ядро, содержащее протоны и нейтроны, с электронами, вращающимися вокруг атома снаружи.Большинство диаграмм, таких как приведенная ниже, дают очень неточное представление об атоме:

На самом деле электроны находятся гораздо дальше от ядра, чем можно было бы ожидать. Если бы ядро ​​было представлено мячом для гольфа, весь атом был бы шириной три мили! Так что теперь эксперимент Резерфорда имеет смысл: типичная альфа-частица прошла бы прямо через атом, и лишь изредка она отскакивала бы от крошечного ядра.



Каждый химический элемент имеет определенное количество протонов в ядре.Например, углерод — единственный элемент с 6 протонами на атом. Число протонов называется атомным номером элемента. В атоме количество электронов равно количеству протонов, поэтому каждый атом углерода имеет 6 протонов и 6 электронов. Однако количество нейтронов может варьироваться от одного атома к другому. Атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов называются изотопами .

Помните, что большая часть веса атома приходится на его ядро ​​(протоны и нейтроны).Массовое число или атомный вес элемента говорят вам об общем количестве протонов + нейтронов в элементе. Например, на этой диаграмме показано ядро ​​атома бериллия. Красная буква «P» говорит вам о количестве протонов, а нейтроны показаны фиолетовой буквой «N».

Обратите внимание, что 4 электрона находятся в двух слоях или энергетических уровнях. На первом энергетическом уровне может находиться максимум 2 электрона, на втором — максимум 8 электронов.

Так, например, атом натрия с 11 электронами выглядит так:

Структура атома | Протоны, нейтроны, электроны

Основные понятия:

Что такое атом? В этом уроке по атомной структуре вы узнаете о различных частях атома, а также о субатомных частицах, обнаруженных в каждой области.Вы также узнаете о свойствах, которые можно найти в субатомных частицах. Эти свойства включают атомный номер , атомную массу и чистый заряд . Вы также узнаете определения атомов — что такое электрон, что такое протон и что такое нейтрон.

Охвачено в других статьях:

Что такое атом?

Итак, каково определение атома ? Атом — это строительный блок материи, используемый для определения характеристик элемента.Изучите определение элемента.

Атомы способны взаимодействовать друг с другом посредством связывания, образуя более сложные вещества, также известные как молекулы. Эти взаимодействия определяют состояние вещества, в котором находятся атомы, поскольку они могут быть твердыми, жидкими или газообразными.

Из каких частей состоит атом?

Атомы состоят из 3 основных компонентов, известных как субатомные частицы, состоящих из протонов (положительно заряженных), нейтронов (без заряда) и электронов (отрицательно заряженных).Это части атома.

Атомная структура этих строительных блоков очень интересна. Протоны и нейтроны расположены в центре атома, а электроны довольно далеко от центра. Рассмотрим эти атомарные частицы более подробно.

Важные понятия:

  • Атомы состоят из очень маленьких частиц, называемых протонами, нейтронами и электронами – частями атома.
  • Протоны и нейтроны находятся в центре атома и составляют ядро.
  • Протоны имеют положительный заряд.
  • Нейтроны имеют нейтральный заряд (без заряда).
  • Электроны имеют отрицательный заряд и находятся далеко от ядра.
  • Заряды протона и электрона абсолютно одинаковы по величине, но противоположны по знаку.
  • Протоны и электроны притягиваются друг к другу, поскольку имеют противоположные заряды.

Что такое протоны?

Протон Определение: Протоны — это положительно заряженные субатомные частицы, находящиеся в ядрах всех атомов.Заряд протона +1. Атомный номер элемента равен количеству протонов в ядре. Протоны состоят из двух верхних кварков и одного нижнего кварка. Он имеет массу 1,007277 а.е.м. (атомные единицы массы).

Что такое нейтроны?

Определение нейтрона: Так что же такое нейтрон? Нейтрон — это нейтрально заряженная субатомная частица, присутствующая в ядре всех атомов, кроме водорода. Нейтрон имеет массу чуть больше массы протона.

Нейтрон — это тип адрона, который состоит из одного верхнего кварка и двух нижних кварков.Он имеет массу 1,008665 а.е.м. (атомные единицы массы). При бета-распаде нейтрон может превратиться в протон, электрон и антинейтрино. Протоны и нейтроны оба называются нуклонами .

Нейтроны важны, потому что они определяют изотоп элемента. Например, углерод с 6 нейтронами — это углерод-12, но добавьте еще два нейтрона, и вы получите углерод-14, присутствие которого в органическом материале используется при радиоуглеродном датировании, известном как датирование по углероду-14.

Что такое электроны?

Определение электрона: Электроны — это субатомные частицы, вращающиеся вокруг ядра атома.Они имеют отрицательный заряд и намного меньше, чем протоны или нейтроны. На самом деле они в 1800 раз меньше. Они также несут электричество. Заряд электрона равен -1. Электрон несет заряд 1,6·10-19 Кл. У них нет известных компонентов или подструктуры. Они имеют массу 0,000549 а.е.м.

Что такое ядро ​​

Поговорим подробнее об атомной структуре. Центр атома называется ядром и состоит как из протонов, так и из нейтронов. Эта часть атома способна определять широкий спектр свойств, таких как атомный номер и атомная масса .

Атомный номер элемента определяется по количеству протонов, присутствующих в ядре. Пример: углерод имеет 6 протонов в ядре, что делает его также шестым элементом в периодической таблице.

Как найти атомную массу

Самый простой способ найти атомную массу элемента — посмотреть в периодическую таблицу. Атомная масса также может быть рассчитана путем сложения количества нейтронов и протонов. Это связано с тем, что электроны имеют очень маленькую массу, поэтому не вносят существенного вклада в атомную массу.Пример: Атом кислорода, содержащий 8 протонов и 8 нейтронов, имеет атомную массу 16 а.е.м. (протоны и нейтроны имеют массу примерно 1 а.е.м.). Вы также можете рассчитать среднюю атомную массу, известную как атомный вес, если вы знаете распространенность каждого изотопа.

Вы можете узнать о том, как было открыто ядро.

Что такое электронные оболочки

электронных оболочек расположены в самой внешней области атома, окружающей ядро. Эта область содержит только электроны и способна определить суммарный заряд атома.

Суммарный заряд атома определяется разностью общего числа электронов и протонов. Если атом содержит больше протонов, чем электронов, суммарный заряд положительный, и наоборот. Пример: атом, содержащий 5 протонов и 3 электрона, имеет суммарный заряд +2.

Части атома – словарь Определения:

Протоны : Положительно заряженные субатомные частицы, находящиеся в ядре.

Нейтроны : Нейтрально заряженные субатомные частицы, находящиеся в ядре.

Электроны : Отрицательно заряженные субатомные частицы, обнаруженные в электронных оболочках, окружающих ядро.

Ядро : Область, расположенная в центре атома, содержащая как протоны, так и нейтроны.

Электронные оболочки : Область, расположенная на самой внешней части атома, содержащая только электроны.

Структура атома: Как протоны, нейтроны и электроны расположены в атоме

Определение, структура и части с маркированной схемой

Что такое атом

Атомы — это мельчайшие частицы, образующие основные строительные блоки всей материи во Вселенной, будь то твердое, жидкое или газообразное.Все живые организмы и неживые объекты на Земле состоят из триллионов и триллионов атомов. Меньшие частицы, из которых состоит атом, известны как субатомные частицы.

Части диаграммы атома

Термин «атом» произошел от греческого слова «атомос», что означает «неделимый». Древнегреческие и индийские философы были первыми, кто считал атом основной единицей всей материи во Вселенной. В начале 19 века ученые начали более детально разбираться в строении атома с его внутренними частями.В 1926 году Эрвин Шредингер предложил современную модель атома, которую мы используем до сих пор.

Существует множество различных атомов, каждый из которых имеет свое имя, размер, массу и количество субатомных частиц. Они известны как элементы. Таким образом, атом можно определить и как простейшую структурную единицу элемента, сохраняющую все его свойства. На сегодняшний день существует 92 природных элемента и 118 созданных человеком элементов.

Структура с деталями

Размер атома крошечный, с диаметром 0.от 1 до 0,5 нанометров (от 1 × 10 −10 до 5 × 10 −10 м). Таким образом, их нельзя увидеть невооруженным глазом. Слой атома чем-то похож на лист бумаги.

Атомная структура

Все атомы, кроме водорода, содержат три основные субатомные частицы: 1) электроны, 2) протоны и нейтроны. Электроны и протоны находятся в центре атома в плотной области, называемой ядром. Напротив, электроны находятся вне ядра в области, называемой электронным облаком или электронной оболочкой.

1) Электроны

Это отрицательно заряженные частицы, вращающиеся вокруг ядра по фиксированной орбите. В отличие от протонов и нейтронов, электроны — элементарные частицы, значительно меньшие (почти в 1800 раз) по размерам, чем протоны и нейтроны. Стандартный символ, используемый для электрона, — e или e . Британский физик Дж.Дж. Томсон открыл его в 1897 году.

Электроны движутся вокруг ядра так быстро, что их точное положение внутри атома невозможно определить с точностью.Когда число отрицательно заряженных электронов равно числу положительно заряженных протонов, атом имеет нейтральный заряд.

2) Протоны

Протоны — это положительно заряженные частицы, находящиеся в плотной области в центре атома, называемой ядром. Они были открыты Эрнестом Резерфордом в 1917 году и обозначаются символом p или p + . Протоны состоят из еще более мелких частиц, называемых кварками и глюонами.

Плотно упакованные в ядро, они вместе с нейтронами составляют практически всю массу атома.

3) Нейтроны

Они также находятся внутри ядра вместе с протонами в плотно упакованном виде. Нейтроны, как и протоны, состоят из кварков и глюонов. Они были открыты Джеймсом Чедвиком в 1932 году и обозначены символом n или n 0 .

Нейтроны — это нейтральные частицы без заряда, но имеющие значительный размер и массу, подобные протону.

Ниже приведена таблица, показывающая заряд, массу и местоположение трех субатомных частиц:

0

5 3. Электрон

Название частицы Относительный заряд

8

Расположение в атоме
1.Proton P / P + +1 +1 +1

4

2. Neutron N / N 0 0 Nucreus
e/e -1 Оболочка или орбита

Прочие элементарные частицы

  • Кварки : Это фундаментальные субатомные частицы, из которых состоят протоны и электроны.Они были независимо открыты Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом в 1964 году. Однако их точное положение в атоме невозможно измерить с точностью. Кварки бывают шести различных типов: верхние, нижние, верхние, нижние, обаятельные и странные. Протон содержит три кварка (два верхних кварка и один нижний кварк), а нейтрон содержит (два нижних кварка и один верхний кварк).
  • Глюоны : Также встречаются в протонах и электронах, они действуют как обменные частицы, которые помогают передавать сильное взаимодействие между кварками.Джон Эллис и его коллеги открыли их в 1979 году.
  • Нейтрино : Они похожи на электроны, образующиеся в результате ядерных реакций. Нейтрино не имеет заряда, но движется с очень высокой скоростью, близкой к скорости света, и может пройти сквозь любой твердый объект. Огромная энергия Солнца, получаемая в результате ядерного синтеза, каждую секунду испускает триллионы нейтрино.

Часто задаваемые вопросы

Q1. Сколько атомов во Вселенной?

Ответ .Во Вселенной примерно от 10 78 до 10 82 атомов.

Q2. Как связаны атомы и элементы?

Ответ . Элемент полностью состоит только из атомов одного типа. Другими словами, элемент состоит из нескольких атомов одного типа.

Q3. Чем молекулы отличаются от атомов?

Ответ . Атом — это наименьшая единица элемента, тогда как молекула состоит из двух или более атомов.

Q4. Что происходит, когда атом теряет электрон?

Ответ . Когда атом теряет электрон, он становится положительным ионом.

Последний раз статья рецензировалась в субботу, 23 октября 2021 г.

Атомная структура

Атомная структура Атомные спектры – что мы видим из атомов?

Из чего состоит атом? Атом состоит из тяжелого ядра протонов (положительно заряженные частицы, записываются как p + ) и нейтроны (нейтральные частиц, записываемых как n 0 ), вокруг которых вращается облако чрезвычайно легкие электроны (отрицательно заряженные частицы, записываются как е ).

Что определяет элемент? Число протонов в ядре каждый атом.

  • Атомы водорода (H) имеют 1 протон.
  • Атомы водорода с 1 протоном и 1 электроном нейтральны водород ( 1 Н 1 ).
  • Атомы водорода с 1 протоном, 1 электроном и 1 нейтроном являются тяжелыми изотоп водорода, называемый дейтерием ( 2 H 1 ).
  • Если к водороду добавить протон, мы получим другой элемент — гелий ( 4 He 2 ).
  • Номенклатура: Для каждого элемента верхний индекс обозначает количество протоны и нейтроны, а нижний индекс число протонов.
  • Сколько нейтронов содержится в нейтральном углероде ( 12 C 6 )?
  • Сколько нейтронов содержится в радиоактивном изотопе называется углерод-14 ( 14 C 6 )?
    [НМГУ, Н. Фогт]

Как строение атома или элемента говорит нам, как будет выглядеть его спектр?

  • Электроны существуют в стационарных состояниях внутри атомов, каждое из которых определяется дискретный, уникальный уровень энергии.Только определенные энергетические уровни, такие как орбиты с определенными радиусами.
  • Свет или излучение, испускаемое или поглощаемое атомами при движении электронов из с одного энергетического уровня на другой можно представить как поток из квантов называются фотонами. Каждый фотон несет энергию E = h × v . Мы определяем эти энергетические уровни следующим образом, говоря, что электрон находится в возбужденное состояние, когда у него есть дополнительная энергия (представьте себе ребенка, отскакивающего от стены с волнением).
    [НМСУ, Н. Фогт]

  • Состояние заземления , самый низкий возможный уровень энергии
  • Первое возбужденное состояние, следующий максимально допустимый уровень энергии
  • Второе возбужденное состояние, следующий по величине разрешенный уровень энергии
  • Третье возбужденное состояние, следующий по величине разрешенный уровень энергии
  • До точки, в которой электрон больше не связан с атомом
  • Атом обычно имеет одинаковое количество протонов и электронов.Потому что протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный, он переносит в этом состоянии нет заряда. Когда атом теряет (или приобретает) электрон, мы говорим что это ионизированное , и тогда оно несет электрический заряд.

Энтропия говорит нам, что все вещи естественным образом тяготеют к минимально возможному энергетическое состояние:

  • Бревна и вода катятся вниз по склону.
  • Прыгающие мячи замедляются до полной остановки.
  • Люди валятся ночью в постель и с трудом встают утром.
  • Точно так же атомы водорода склонны находиться в основном состоянии.
какой происходит, когда мы добавляем энергию к атому водорода, бомбардируя его фотонами?
  • Большинство фотонов пролетают мимо, не взаимодействуя с атомом.
  • Но фотоны только с правильной энергией поглощаются атомом.
  • В данном случае правильно означает, что энергия фотона соответствует разница энергетических уровней между допускала орбиту в водороде атома, а поглотил означает, что энергия фотона будет поглощается атомом (оставляя атом в более высоком энергетическом состоянии).
    [НМГУ, Н. Фогт]

  • энергия фотона соответствует разнице уровней энергии между разрешенными состояний в атоме.

Что будет дальше?

  • Помните, что энтропия ищет самый низкий доступный уровень энергии для всех вещи, так что электрон, поднятый на возбужденную орбиту, будет в конце концов вернуться в основное состояние.
  • Сохранение энергии говорит нам, что разница в энергии между возбужденным состоянием и основным состоянием должно появиться где-то, когда электрон совершает переход. Он испускается атомом в виде фотона с ту же энергию, что и исходная, которая была поглощена.
    [НМГУ, Н. Фогт]

Вот схематическая диаграмма разрешенных орбит в атоме водорода. Если вы можете ответить на вопросы, перечисленные ниже, у вас есть правильная идея!

    [НМСУ, Н.Vogt]

  • Какие переходы соответствуют поглощению фотона? А и Д
  • Какой переход соответствует испускаемому фотону с наивысшей энергией ? С
  • Какой переход соответствует самой короткой длине волны испущенного фотона? С
  • Какой переход соответствует поглощенному фотону с наименьшей энергией ? А
  • Какой переход соответствует самой высокой частоте испущенного фотона? С

Благодаря Майку Болте (UC Santa Cruz) за основное содержание этого слайда.

0 comments on “Строение атома схема: Урок 1. Схема строения атомов – HIMI4KA

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.