Атом – это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него электронов, ядро состоит из протонов и нейтронов. Все электроны атома образуют его электронную оболочку, строение которой определяет многие химические свойства элемента.
Электрон (ē) – это отрицательно заряженная микрочастица, входящая в состав атома и несущая наименьший электрический заряд. Заряд электрона в кулонах оказался величиной чрезвычайно малой (1,610 -19 Кл), поэтому для удобства величина этого «элементарного» заряда принята за единицу qe=-1. Так как атом в целом электронейтрален, то число электронов, движущихся вокруг ядра, равно заряду ядра этого атома. Например, заряд ядра атома натрия +11. Вокруг ядра размещается 11 электронов с общим отрицательным зарядом –11. Самый простой состав имеет ядро атома водорода – один положительный заряд и массу, близкую к единице атомной массы. Ядро водорода назвали протоном. Протон (р + ) – это микрочастица, входящая в состав ядра атома, имеющая положительный заряд qр=+1 и массу, близкую к 1 а.е.м.. В любом атоме число протонов в ядре равно числу электронов. Нейтрон (n 0 ) – это электронейтральная микрочастица, входящая в состав ядра атома, его масса, как и масса протона, близка к 1 а.е.м..
Масса электронов в атоме очень мала – он почти в две тысячи раз легче протона, поэтому массой электрона в атоме пренебрегают и масса атома считается равной сумме масс протонов и нейтронов, т.е. сумме количества протонов и нейтронов в атоме.
Большинство элементов в природе встречаются в виде атомов, характеризующихся разными атомными массами. Такие атомы называются изотопы – атомы, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные атомные массы. Это объясняется тем, что они содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Например, изотопы водорода: протий, дейтерий и тритий. Ядро протия состоит из одного протона, дейтерия – из одного протона и одного нейтрона, трития – из одного протона и двух нейтронов.
Атомы различных изотопов одного и того же элемента наряду с разными ядерными свойствами имеют одинаковое строение электронной оболочки, поэтому химические и физические свойства изотопов почти одинаковы.
Строение электронной оболочки
Электроны характеризуются двойственной природой: они имеют свойства и частицы, и волны. Для движущегося электрона невозможно указать его точное местоположение, можно лишь определить вероятность нахождения электрона в различных частях внутриатомного пространства. Область пространства, в которой наиболее вероятно нахождение электрона, называется атомной орбиталью (АО).
Состояние электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами.
Главное квантовое число n определяет энергию электрона в атоме и размер АО, т.е. удаленность электрона от ядра. Главное квантовое число n принимает значения целых чисел 1, 2, 3, 4… Совокупность электронов с одинаковым значением n называется энергетическим уровнем. Наименьшую энергию имеют электроны первого от ядра энергетического уровня (n=1); с увеличением n энергия электрона и его удаленность от ядра возрастают. Состояние атома, когда его электроны находятся на таких энергетических уровнях, что их суммарная энергия является минимальной, называется основным, или невозбужденным. Состояния с более высокими значениями энергии называются возбужденными. Энергетические уровни обозначают буквами:
Ученые в панике. Что, если Вселенная — атом?
Числовое значение n 1 2 3 4 5 6 7
Буквенное обозначение K L M N O P Q.
На одном и том же энергетическом уровне могут находиться атомные орбитали различной формы, отличающиеся друг от друга по энергии. Поэтому энергетические уровни разделяются на подуровни. Энергию электрона на подуровне и форму атомной орбитали характеризует орбитальное квантовое число l. Значение l зависит от главного квантового числа: l принимает значения от 0 до (n–1), т. е. 0, 1, 2, 3… (n–1). В пределах данного энергетического уровня совокупность электронов, характеризующихся одинаковым значением l, называется энергетическим подуровнем. Подуровни обозначают буквами:
Орбитальное квантовое число l 0 1 2 3
Обозначение энергетического подуровня s p d f.
Таким образом, при l = 0, 1, 2, 3 электроны находятся соответственно на s-, p-, d-, f-подуровнях. При данном значении главного квантового числа n наименьшую энергию имеют электроны s-подуровня, затем p-, d-, f-подуровней. Электроны различных подуровней называют s-, p-, d-, f-электронами. В этом случае говорят также о состояниях s-, p-, d-, f-электронов, или s-, p-, d-, f-атомных орбиталях.
Число энергетических подуровней в уровне не должно быть больше главного квантового число n. Так, первый уровень (n=1) имеет один подуровень (s), второй уровень (n=2) – два подуровня (s и p), третий (n=3) – три (s, p, d), четвертый (n=4) – четыре (s, p, d, f). В оболочках атомов ныне известных элементов электроны застраивают на каждом уровне не более четырех подуровней. Уровни O (n=5), P (n=6), Q (n=7) содержат по четыре подуровня.
Каждый подуровень составлен из орбиталей, количество которых определяется магнитными квантовым числом ml. Магнитное квантовое число ml определяет возможные ориентации орбитали в пространстве, связано с орбитальным квантовым числом и может принимать целочисленные значения от –l до +l, включая ноль. Определенному значению l соответствует (2l+1) возможных значений магнитного квантового числа. Число значений ml указывает на число атомных орбиталей в подуровне и число возможных направлений, по которым они могут ориентироваться в пространстве.
Для s-подуровня l=0 и потому ml имеет единственное значение: ml =0. Таким образом, на s-подуровне имеется единственная s-орбиталь, которая расположена симметрично ядру атома. Для p-подуровня l=1 и ml приобретает три значения: –1, 0, 1, т. е. р-подуровень имеет три р-орбитали и они ориентированы по трем осям координат; d-подуровень (l=2) имеет пять значений ml: –2, –1, 0, 1, 2 и, следовательно, пять d-орбиталей, которые ориентированы по пяти разным направлениям; f-подуровень (l=3) имеет семь значений ml: –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, т. е. семь f-орбиталей. Число ориентаций f-орбиталей равно семи.
У
словно атомные орбитали АО обозначают в виде квадрата (квантовой ячейки) Error: Reference source not found. Соответственно для s-подуровня имеется одна АО Error: Reference source not found, для p‑подуровня – три АО , для d-подуровня – пять АО Error: Reference source not found, для f‑подуровня – семь АО .Error: Reference source not found
Таким образом, электроны в атоме располагаются по энергетическим уровням, удаленность которых от ядра характеризуется значением главного квантового числа n; уровни состоят из подуровней, число которых для каждого уровня не превышает значение n; в свою очередь, подуровень состоит из орбиталей, форма которых определяется значением орбитального квантового числа l, а количество задается числом значений магнитного квантового числа ml. Квантовые числа n, l, ml характеризуют орбиталь.
Кроме движения вокруг ядра, электрон вращается вокруг собственной оси. Это движение получило название «спин». Спиновое квантовое число ms характеризует два возможных направления вращения электрона вокруг собственной оси (по часовой стрелке или против). Спиновое квантовое число ms принимает два значения: + 1 /2 и – 1 /2. Электроны с разными спинами обычно обозначаются противоположно направленными стрелками ↓↑.
Четыре квантовых числа n, l, ml, ms полностью характеризуют состояние электрона в атоме.
Характеристика элементарных частиц
Из таблички видно, что вся масса атома сосредоточена в протонах и нейтронах, то есть в ядре. При этом само ядро положительно заряжено, а вокруг ядра вращаются отрицательно заряженные электроны.
В разновидностях одного и того же химического элемента может быть различное число элементарных частиц. Давай рассмотрим это на примере атома водорода.
Первый случай: ядро атома водорода состоит из одного протона (масса ядра = 1 а.е.м.). Такой атом называется протием, именно он указан в периодической системе Д.И. Менделеева.
Добавим к этому ядру один нейтрон, тогда масса ядра будет равна 2 а.е.м.. Мы получили вторую разновидность атома водорода — дейтерий.
Если добавить второй нейтрон к такому ядру, то мы получим тритий. Так вот, разновидности одного и того же химического элемента, которые различаются числом нейтронов в ядре, называются изотопами.
Как определить количество элементарных частиц
Сейчас мы научимся определять количество протонов, нейтронов и электронов в атоме любого химического элемента. В этом нам поможет периодическая система Д.И. Менделеева.
Давай рассмотрим ячейку в периодической системе с углеродом:
В верхней части ячейки располагается порядковый номер элемента (это целое число), под ним располагается относительная атомная масса. Она является нецелым числом, поэтому её легко определять. Относительная атомная масса, округленная до целого числа, называется массовым числом.
Эти характеристики связаны с количеством элементарных частиц в атоме следующим образом:
(№ элемента = p = Z = ē)
Число нейтронов = массовое число – порядковый номер
Давай рассмотрим основные определения и положения, связанные с характеристикой элемента и числовыми операциями:
- Орбиты, на которых располагаются электроны, называются электронными слоями (или энергетическими уровнями). Нумерация слоев начинается с ближайшего к ядру электронного слоя.
- На каждом электронном слое может находиться не более 2N2 электронов (где N — номер слоя).
- Число занятых электронами слоев в атоме элемента совпадает с номером периода, в котором он находится.
- Последний энергетический уровень называют внешним (максимальное число ē на внешнем уровне = 8). Обычно на нем находятся валентные электроны, то есть электроны на внешней (валентной) оболочке атома.
- Число валентных электронов, как правило, совпадает с номером группы, в котором находится элемент.
На примере атома углерода определим количество элементарных частиц в его атоме.
Порядковый номер углерода равен 6, значит, заряд его атома + 6, число протонов и число электронов совпадает и тоже равно 6.
Относительная атомная масса равна 12,01, а число нейтронов равно 12 – 6 = 6.
Углерод находится во втором периоде, IV группе. Это показывает нам, что занято лишь 2 электронных слоя, при этом на внешнем электронном уровне располагаются 4 электрона.
“Грустный” и “веселый” атом
При заполнении электронами ячеек мы описываем так называемое основное состояние. Это такое состояние атома, при котором энергия системы минимальна. Его состояние можно определить как “веселое”: в атоме всё спокойно и в порядке.
Но может быть и другая ситуация, когда на электроны оказывается какое-то воздействие. Тогда происходит процесс, похожий на развод пары в человеческом мире. В результате воздействия те электроны, которые находились на орбитали вдвоем и были спаренными, могут друг с другом “поссориться” и “разъехаться” по разным орбиталям.
Тогда атом можно определить как “грустный”: электроны ссорятся, атома грустит. В химии это состояние и называется возбужденным. Такой “развод” возможен только в пределах одного энергетического уровня.
Атомные подуровни заполняются электронами в порядке увеличения их энергии. Этот порядок выглядит следующим образом:
| 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → … |
Свойства атомов
Массу атомов принято измерять в атомных единицах массы – а.е.м. Атомная единица массы представляет собой массу 1/12 части свободно покоящегося атома углерода, находящегося в основном состоянии.
В химии для измерения массы атомов используется понятие «моль». 1 моль – это такое количество вещества, в котором содержится число атомов, равное числу Авогадро.
Размер
Размеры атомов чрезвычайно малы. Так, самый маленький атом – это атом Гелия, его радиус – 32 пикометра. Самый большой атом – атом цезия, имеющий радиус 225 пикометров. Приставка пико означает десять в минус двенадцатой степени! То есть , если 32 метра уменьшить в тысячу миллиардов раз, мы получим размер радиус атома гелия.
При этом, масштабы вещей таковы, что, по сути, атом на 99% состоит из пустоты. Ядро и электроны занимают крайне малую часть его объема. Для наглядности, рассмотрим такой пример. Если представить атом в виде олимпийского стадиона в Пекине (а можно и не в Пекине, просто представьте себе большой стадион), то ядро этого атома будет представлять собой вишенку, находящуюся в центре поля. Орбиты электронов при этом находились бы где-то на уровне верхних трибун, а вишня весила бы 30 миллионов тонн. Впечатляет, не так ли?
Атомы
Атом — это мельчайшая химически неделимая частица вещества, а также наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Химически неделимая означает, что атом в ходе химических реакций не делится на более мелкие части.
Атомы очень маленькие частицы, их размер находится в диапазоне от одного до пяти ангстрем (обозначается — Å.). Один ангстрем — это 10 –10 метра.
Состав и строение атомов
Атомы состоят из ещё более мелких частиц.
В центре любого атома находится положительно заряженное ядро. В пространстве вокруг ядра находятся отрицательно заряженные частицы — электроны, которые образуют так называемое электронное облако . Таким образом, атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающего его отрицательно заряженного электронного облака.
Пример. Атом гелия состоит из ядра, в котором находятся два протона и два нейтрона, и двух электронов:
Ядро атома — это центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса и весь положительный электрический заряд. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов.
Протон — это частица, которая имеет положительный электрический заряд. Заряд протона в условных единицах равен +1. Символ протона — p + .
Нейтрон — это частица, не имеющая электрического заряда. Заряд нейтрона равен 0. Символ нейтрона — n 0 .
Протоны и нейтроны имеют общее название — нуклоны.
Ядра атомов имеют положительный заряд, так как состоят из протонов с положительным зарядом и нейтронов. По величине заряд равен количеству протонов в ядре и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе.
Электрон — это частица, которая имеет отрицательный электрический заряд. Заряд электрона в условных единицах равен -1. Символ электрона — e .
Протоны, нейтроны и электроны имеют общее название — элементарные частицы или субатомные частицы.
| Протон | p + | +1 |
| Нейтрон | n 0 | 0 |
| Электрон | e | -1 |
Заряд протона и электрона одинаковы по величине, но противоположны по знаку. Любой атом содержит равное число протонов и электронов, значит заряд ядра и суммарный заряд всех электронов атома одинаковы по величине, но противоположны по знаку. Следовательно, атомы являются электронейтральными частицами.
Атом это мельчайшая частица
Каждый атом, будучи невероятно маленьким, состоит из еще более мелких частиц — нейтронов, протонов и электронов. Протоны обладают положительным электрическим зарядом, электроны — отрицательным, в то время как у нейтронов заряда нет:
 |  |  |
| электрон | протон | нейтрон |
Нейтроны и протоны находятся внутри маленького ядра в центре атома; здесь же, очевидно, сконцентрирован и весь положительный заряд. Нейтроны и протоны часто объединяют под общим названием нуклоны (от слова ну́клеос, в переводе с греческого — ядро). Электроны в свою очередь движутся вокруг ядра непредсказуемым образом, создавая так называемую электронную оболочку атома (рис. 1).
Условная схема атома лития
Количество протонов в атоме всегда равно количеству электронов: суммарный заряд ядра компенсируется суммарным зарядом электронной оболочки, поэтому в целом атомы электронейтральны, т. е. не имеют электрического заряда, как и любые образуемые ими молекулы.
- атом — это электронейтральная система, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов,
- атом — это мельчайшая химически неделимая частица вещества.
Количество протонов, определяющее величину заряда ядра, и есть основной признак, определяющий принадлежность атома к тому или иному элементу. Другими словами, химический элемент — это совокупность атомов, обладающих одним и тем же зарядом ядра. Заряд ядра совпадает с номером элемента в периодической системе Д. И. Менделеева (рис. 2).
Алюминий содержит 13 протонов, поэтому его ядро имеет заряд, равный 13
Как мы уже знаем, атомы одного элемента отличаются друг от друга массой. За массу атома отвечают в основном нуклоны — любой из них тяжелее электрона более чем в 1 800 раз; фактически, вся масса атома сосредоточена в ядре. Поэтому разные атомы одного элемента должны содержать разное количество нейтронов: это и объясняет их различие в массах. Атомы одного элемента, обладающие разным количеством нейтронов, называются изотопами . Например, элемент литий имеет два изотопа: с тремя и четырьмя нейтронами (рис. 3).
Что такое атом?
В школьной программе сказано, что атом – это наименьшая частица любого химического элемента. Следовательно, он есть во всём, что окружает в мире. Не важно, идёт речь о неодушевлённом или одушевлённом объекте. Любой предмет на низших химических и физиологических слоях состоит из атомов. Другой вопрос, из чего состоит частица.
Атомы – это элементы, входящие в состав молекулы. При этом они не самые маленькие во вселенной. Есть ещё кварки, о которых не принято рассказывать в школе и даже в высшем учебном заведении. Они меньше атомов, представляют собой химический элемент без внутренней структуры. По строению они значительно легче частей молекулы. Учёным удалось обнаружить 6 разновидностей кварков.
Интересный факт: кварки имеют необычные названия – верхний, нижний, странный, истинный, очарованный и прелестный. Частицы предпочитают образовываться из двух или трёх кварков. В первом случае их именуют мезонами, а во втором – барионами. При этом кварки никогда не появляются по одному.
Строение атома
Во вселенной каждый предмет из чего-то состоит. Допустим, стул сделан из дерева, а оно из молекул. В состав молекул входят атомы. В них есть ядро, внутри которого нейтроны и протоны. Это приходилось слышать всем на уроках физики. Протоны представляют собой частицы с положительным зарядом. Нейтроны не имеют заряда. Вокруг ядра присутствует электрическое облако, внутри которого движутся электроны. Они же считаются отрицательно заряженными элементами. Количество протонов и электронов способно меняться.
Интересно: Теория атомов — описание, фото и видео
Считается, что каждая из микрочастиц универсальна. В мире не удастся найти два разных электрона, протона или нейтрона. Они полностью похожи друг на друга. Свойства атома меняются в зависимости от количества частиц в составе.
Допустим, 1 атом водорода состоит из 1 электрона и 1 протона. Это простейший элемент. Атом гелия имеет в составе 2 нейтрона, 2 протона и 2 электрона. Его строение никогда не меняется. Атом лития создан из 4 нейтронов, 3 протонов и 3 электронов. Существуют и другие вещества, и учёные их отличают в зависимости от состава.
Атомы всегда соединяются молекулы, а те – в организмы, минералы. Следовательно, всё в этом мире сделано из мельчайших частиц. Допустим, молекула ДНК является основой всех живых организмов. Она сложная, но сделана из тех же ключевых элементов, что и неодушевлённые предметы. Стоит отметить, что любая плотная материя на 99% состоит из энергетических связей между вышеуказанными частицами. Оставшийся 1% – это физические формы.
Атом это мельчайшая частица
8(800) 333 58 91
![[[pictureof]]](https://dist-tutor.info/s3/dist-tutor/user/2/ava/thumbnails/qYIsb3Bdhb458iZ.jpg)
Меня зовут Кузьмин Владимир Александрович.
Вам нужны консультации по Химии по Skype?
Если да, подайте заявку. Стоимость договорная.
Чтобы закрыть это окно, нажмите «Нет».
Укажите реальные данные, иначе мы не сможем с вами связаться! Отправляя форму, Вы принимаете Условия использования и даёте Согласие на обработку персональных данных
Отправить заявку
Основы химии
Данный курс предназначен для тех, кто желает более подробно познакомиться с такой замечательной наукой, как химия и углубить свои знания.
Мы рекомендуем его учителям химии средней школы, репетиторам химии и ученикам профильных классов.
Курс состоит из разделов, каждый из которых посвящён определённой теме. Разделы рекомендуется изучать по порядку. Пока не все темы Вы сможете найти здесь, так как курс только начал пополняться материалами. В разделах особое внимание уделяется спорным теоретическим и методологическим моментам, а также распространённым заблуждениям некоторых авторов.
С уважением, Кузьмин Владимир Александрович.
