Центр атома как называется

Если молекулы – основные структуры, задействованные в химии – это слова, из которых состоят все окружающие нас материалы, тогда атомы – это буквы, строительные блоки молекул. Слова бывают разной длины, и типичная молекула тоже может содержать несколько атомов, или несколько сотен, или даже сто тысяч атомов. Молекула столовой соли NaCl состоит из двух атомов, натрия Na и хлора Cl. Молекула воды H2O содержит два атома водорода и один кислорода. Молекула столового сахара C12H22O11 содержит 12 атомов углерода, 11 кислорода и 22 водорода, организованных определённым образом.

Откуда нам известно о существовании атомов? Иногда их можно «видеть», так же, как мы видим молекулы, которые они могут формировать. Не глазами, но более продвинутыми устройствами. Один из методов использует сканирующий туннельный микроскоп, способный показывать атомы в кристалле или даже передвигать их по одному. Другой метод использует нашу возможность захвата ионов (немного изменённых атомов – подробности ниже).

image

На фото – три иона, пойманных одновременно. На них падает свет, они поглощают его и снова испускают. Повторно испущенный свет можно обнаружить, благодаря чему мы можем увидеть, где находятся ионы – примерно так отражение света от небольшого, но яркого бриллианта может помочь нам найти его.

Сколько же типов атомов существует? Типы называются «химическими элементами» и точное их количество зависит от того, как их считать. Но допустим, что атомный алфавит состоит из примерно сотни химических элементов, а к тонкостям подсчёта вернёмся позже. Так же, как мы могли назначить буквам алфавита от А до Я номера от 1 до 33, каждому элементу назначается не только имя, но и атомный номер (обозначается «Z»). Самые простые атомы – у водорода, их атомный номер = 1. Самые сложные в изобилии встречаются в природе, это уран с атомным номером 92. Другие – кислород (8), азот (7), кальций (20), криптон (36), лантан (57), платина (78). Полный список ищите в периодической системе элементов Менделеева. У каждого элемента своя химия – то, как он ведёт себя внутри молекул – примерно так, как у каждой буквы есть свои правила, по которым она может встречаться в словах.

Вопросы, которые можно задать об атомах:

1. Из чего состоят атомы?
2. В чём смысл атомного номера?
3. Каков главный источник различий в химическом поведении атомов разных элементов?
4. До какой степени разные атомы одного элемента схожи между собой?
5. Как части атома удерживаются вместе?
6. Почему атомы удерживаются вместе и образуют молекулы?

Оказывается, на все эти вопросы лучше всего отвечать, начав с первого: из чего состоят атомы? Атомы состоят из того, что обычно называют «субатомными частицами» (к сожалению, этот термин некорректен, поскольку у этих «частиц» есть некоторые свойства, частицам не присущие). Конкретнее, атомы состоят из набора небольших и очень лёгких электронов, окружающих крохотное, но тяжёлое атомное ядро, в котором содержится большая часть массы атома. Ядро состоит из других «частиц», в свою очередь также состоящих из других «частиц», и мы до них ещё доберёмся.

Рисованный атом

Частенько мы видим изображения атомов, нарисованные на книгах по химии, на рекламках и предупреждающих знаках. Пример – рис. 1. Он передаёт очень грубую идею того, как устроен атом: снаружи у него есть определённое количество электронов (синие), и они вращаются вокруг центрального атомного ядра. Ядро – это скопление протонов (красные) и нейтронов (белые).

Что такое атом?

image

Теперь мы можем ответить на 2-й вопрос: что означает атомное число Z? Это просто количество протонов в ядре. У кислорода атомный номер 8, и у него в ядре 8 протонов.

В простейших условиях атомное число также равняется количеству электронов атома. С количеством нейтронов всё сложнее, мы вернёмся к этому позже. У электронов отрицательный электрический заряд (-е), а у протонов – положительный (+е). Нейтроны нейтральны, электрического заряда у них нет. Когда количество электронов и протонов совпадает, их заряды взаимно уничтожаются, и у атома электрического заряда не наблюдается – такой атом нейтрален.

Но нет ничего необычного – к примеру, в процессе формирования молекул – если атом приобретёт или потеряет один или несколько внешних, валентных электронов. В этом случае электрические заряды электронов и протонов не уничтожаются, и получившийся заряженный атом называют ионом.

Общее прототипическое значение — внутренняя, центральная часть чего-либо.

  1. также перен. (переносное значение) внутренняя, центральная часть сложного объекта
  2. ботан. (ботаническое) внутренняя часть плода, семени, заключённая в твёрдую оболочку
  3. биол. (биологическое) органелла клетки у многих одноклеточных и всех многоклеточных организмов, часть клетки, в которой содержится генетическая информация в форме молекул ДНК ◆ Когда митоз закончился и в новых клетках образовались ядра , суперскрученные молекулы ДНК, находящиеся в хромосомах, раскручиваются.
  4. истор. (историческое) снаряд в виде металлического или каменного шара, предназначенный для выстреливания из пушки ◆ Стрелять ядрами . ◆ Забить ядро в пушку.
  5. спорт. (спортивное) легкоатлетический снаряд в виде металлического шара, предназначенный для соревнований в толкании ◆ Чемпион мира по толканию ядра .
  6. комп. (компьютерное) основная программа операционной системы ◆ Ядро Windows поддерживает многозадачность в виде нитей — отдельных частей одного процесса, выполняемых параллельно.
  7. физ. (физическое) центральная положительно заряженная часть атома ◆ Ядро трития состоит из одного протона и двух нейтронов.
  8. геол. (геологическое) , астрон. (астрономическое) центральная часть планеты, звезды ◆ В ядре Земли выделяются внутренняя и внешняя части.
  9. матем. (математический термин) в ряде областей математики — функция или иной объект, определяющий некоторое преобразование ◆ Ядро конволюции. ◆ Ядро интегрального уравнения может иметь обратное ядро .
  10. матем. (математический термин) в ряде областей математики — множество всех элементов, которые превращаются в нулевой элемент под действием заданного преобразования ◆ Если ядро не тривиально, то оператор называется вырожденным.
  11. мн.ч (множественное число) бран. (бранное) то же, что яички; мужские половые железы ◆ Щас дам по ядрам !
  12. лингв. (лингвистический термин) центральная часть слога, первая часть рифмы ◆ Инициаль, рифма, ядро и кода — так часто называют части слога. Светлана Бурлак, «Происхождение языка», 2013 г.

ЯДРО́, -а́, множественное число я́дра, я́дер, я́драм, средний род

1. Внутренняя часть плода, заключенная в твердую оболочку. Не разгрызть ореха, не съесть и ядра. Пословица. А орешки не простые: Все скорлупки золотые, Ядра — чистый изумруд. Пушкин, Сказка о царе Салтане.

2. Внутренняя центральная часть чего-либо Ядро древесины. Ядро атома (центральная часть атома, в которой сосредоточена основная часть его массы). ◆ Труды Гумбольдта, Броньяра, Кювье распластали перед нами шар земной до самого ядра его. Герцен, О месте человека в природе. || Биол. Важнейшая составная часть всякой растительной и животной клетки.

3. переносное значение Сущность, основа чего-либо — Слушая вас, почтеннейший Константин Федорович, вникаешь, так сказать, в смысл жизни, щупаешь самое ядро дела. Гоголь, Мертвые души. — Ядро мысли вылупляется на другой странице листа, а на первую просится вступление. И. Гончаров, Воспоминания.

4. переносное значение Главная часть какого-либо коллектива, организации, группы и т. п. — Подумайте вы о нас, — об армейской пехоте, об этом главном ядре славного и храброго русского войска. Куприн, Поединок.

5. Шаровидный сплошной снаряд, применявшийся в гладкоствольной артиллерии. С зловещим свистом пролетело ядро и ударилось в середине обоза, подле дороги, в кукурузное поле, взрыв на нем землю. Л. Толстой, Хаджи-Мурат. С трудом притащили пушку, засыпали пороху, стали забивать ядро. Шишков, Емельян Пугачев.

6. Металлический шар, служащий для спортивных упражнений в метании. Соревнования по толканию ядра.

Ядро́ может означать:

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 → …

Проскок электрона

Это явление характерно для элементов IB и VIB групп, например, Cr, Cu, Ag.

Например, у меди электронная оболочка должна выглядеть как ..3d 9 4s 2 . Но так как для заполнения d-подуровня не хватает одного электрона, то более выгодной становится ситуация, когда с s-подуровня электрон “перепрыгивает” на внутренний d-подуровень. В результате, конфигурация меди выглядит как 3d 10 4s 11

Итог: иметь конфигурации nd 5 и nd 10 более энергетически выгодно, чем nd 4 и nd 9 . Поэтому у таких элементов, как Cu, Cr, Ag, Au, Nb, Mo, Ru, Pt, Pd происходит проскок (провал) электрона: электрон с верхнего “этажа” как будто проваливается на нижний.

Классификация химических элементов: s-,p-,d-,f-элементы

В зависимости от положения “последнего электрона” бывают s-, p-, d-, f-элементы:

  • s-элементы: IA и IIA группы;
  • p-элементы: IIIA-VIIIA группы;
  • d-элементы: элементы побочных подгрупп;
  • f-элементы: вынесены в отдельную группу лантаноидов и актиноидов.

У s- и p-элементов валентные электроны находятся на внешнем уровне.

У d-элементов — на внешнем s- и на предвнешнем d-подуровнях.

Далее приведены электронные формулы атомов элементов первых четырех периодов. Благодаря этой шпаргалке всегда можно сверить свой вариант электронной конфигурации и проверить себя.

Продолжение темы читайте в статье «Строение атома и электронные конфигурации 2.0».

Энергия связи ядра

Энергетической характеристикой атомного ядра является его энергия связи – минимальная энергия, которая необходима для расщепления ядра на свободные нуклоны:

E св = ( Z m p + N m n ) c 2 – M c 2 , E_ = (Zm_p + Nm_n)c^2 – Mc^2, E св ​ = ( Z m p ​ + N m n ​ ) c 2 – M c 2 , где M , M, M , m p , m_p, m p ​ , m n m_n m n ​ – масса ядра, протона и нейтрона соответственно, c c c – скорость света. E св E_ E св ​ ядра тем больше, чем больше A , A, A , а удельная энергия связи (энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон) для большинства ядер лежит в интервале энергий 7–9 МэВ (рис. 7). Такая особенность удельной энергии связи атомного ядра объясняется короткодействием ядерных сил: нуклон в ядре, как правило, взаимодействует лишь со своим ближайшим окружением.

Постоянство плотности и удельной энергии связи позволяет рассматривать атомное ядро как каплю заряженной жидкости, что привело к разработке капельной модели ядра . На основе этой модели немецкий физик К. Ф. фон Вайцзеккер в 1935 г. предложил полуэмпирическую формулу для энергии связи ядра, названную формулой Вайцзеккера :

E св = a 1 A – a 2 A 2 / 3 – a 3 Z ( Z – 1 ) A – 1 / 3 – a 4 ( N – Z ) 2 A – 1 + a 5 A – 3 / 4 , E_ = a_1A – a_2A^ – a_3Z(Z–1)A^ – a_4(N–Z)^2A^ + a_5A^, E св ​ = a 1 ​ A – a 2 ​ A 2/3 – a 3 ​ Z ( Z –1 ) A –1/3 – a 4 ​ ( N – Z ) 2 A –1 + a 5 ​ A –3/4 , где a 1 , a_1, a 1 ​ , a 2 , a_2, a 2 ​ , a 3 , a_3, a 3 ​ , a 4 , a_4, a 4 ​ , a 5 a_5 a 5 ​ – эмпирические коэффициенты, имеющие размерность энергии.

В дальнейшем были обнаружены ядра, у которых наблюдались значительные отклонения от формулы Вайцзеккера. Это магические ядра , проявляющие наибольшую устойчивость, т. е. имеющие аномально большую энергию связи по сравнению с близкими по составу нуклидами и повышенную распространённость в природе. Их форма близка к сферической, а число нейтронов и/или протонов в них равно 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126. Обнаружение и исследование магических ядер привело к созданию оболочечной модели ядра .

Зависимость удельной энергии связи атомного ядра от массового числа

Рис. 7. Зависимость удельной энергии связи атомного ядра от массового числа. Архив БРЭ. Рис. 7. Зависимость удельной энергии связи атомного ядра от массового числа. Архив БРЭ. Атомное ядро – потенциальный источник огромной энергии. Зависимость удельной энергии связи от числа нуклонов (рис. 7) имеет максимум при A ≈ Aapprox A ≈ 50–60, где располагаются наиболее устойчивые ядра. Поэтому существуют два возможных процесса, позволяющих извлечь ядерную энергию : деление тяжёлых ядер и синтез (слияние) лёгких ядер. В обоих процессах удельная энергия связи конечных ядер возрастает и возникающий при этом избыток энергии освобождается. Первый процесс, проходящий при возникновении неуправляемой цепной ядерной реакции деления, может привести к ядерному взрыву , а идущий в контролируемом режиме используется в ядерных реакторах . Второй процесс ( термоядерные реакции ) имеет место в звёздах и был реализован человечеством в термоядерном оружии (водородной бомбе). Предпринимаются попытки создания термоядерного реактора для использования этой самой большой (при расчёте на единицу массы топлива) энергии в мирных целях.

Энергетические состояния ядра

Атомные ядра могут находиться в различных энергетических состояниях: невозбуждённом (с наименьшей энергией) и возбуждённых состояниях . Возбуждённые состояния образуют спектр ядерных уровней, который дискретен до энергии возбуждения около 10 МэВ. При бóльших энергиях этот спектр становится непрерывным за счёт возрастающей плотности уровней и их ширины. Область ядерных возбуждений лежит в интервале 0–100 МэВ. Выше этой энергии в ядре начинают проявляться возбуждённые состояния отдельных нуклонов. Сведения о различных ядерных состояниях собраны в базах данных международных ядерных центров.

Несмотря на то что атомное ядро открыто более 100 лет назад, его изучение ещё далеко от завершения. Это связано с необычайной сложностью ядра, включающего до 300 нуклонов, которые также имеют сложную внутреннюю структуру. Причём нуклоны размером около 10 –15 м плотно сжаты в пространстве размером не более 10 –14 м, где они движутся со скоростями, достигающими 20 % скорости света, и испытывают самые сильные из известных взаимодействий. При теоретическом описании атомного ядра используют приближённые методы решения задачи многих тел; широко распространён феноменологический подход, в основе которого лежат ядерные модели, отражающие различные свойства атомного ядра. Обусловлено это тем, что в разных процессах атомное ядро проявляет различные и, на первый взгляд, несовместимые друг с другом свойства. Оно похоже на газ (вырожденный ферми-газ ), и в то же время большая плотность роднит его с ферми-жидкостью . В ряде случаев атомное ядро проявляет свойства, сближающие его и с плазмой , и с твёрдым телом . В нём присутствуют как одночастичные возбуждения, характерные для атомов, так и коллективные, присущие молекулам и макроскопическим объектам. Поэтому в физике атомного ядра часто используют идеи из других областей физики (атомной и молекулярной физики, гидродинамики, физики твёрдого тела и элементарных частиц). Теоретический аппарат ядерной физики также весьма разнообразен – от классической электродинамики и статистической физики до квантовой механики и квантовой теории поля .

Опубликовано 21 ноября 2022 г. в 12:47 (GMT+3). Последнее обновление 21 ноября 2022 г. в 12:47 (GMT+3). Связаться с редакцией

Строение атома

Атом — это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и электронной оболочки.

В состав ядра входят нуклоны, или ядерные частицы. Это протоны и нейтроны. Электронная оболочка образована электронами. Протоны, нейтроны и электроны называют элементарными частицами атома.

Нуклоны в ядре удерживаются ядерным взаимодействием, энергия которого намного больше энергии химической связи. Поэтому в химических реакциях ядра не разрушаются.

Протон ((p)) — это частица с относительным зарядом (+1) и относительной массой (1).
Нейтрон ((n)) не имеет заряда, а его относительная масса тоже равна (1).
Электрон ( e − ) имеет заряд (-1), а его масса в (1837) раз меньше массы протона и нейтрона.
Строение атома можно охарактеризовать по положению химического элемента в периодической системе.

Порядковый номер элемента равен заряду ядра, числу протонов в ядре и числу электронов в его электронной оболочке.

Учитывая, что масса атома в основном сосредоточена в ядре и масса каждого нуклона равна (1), можно определить число нейтронов. Для этого от массового числа нужно отнять число протонов (порядковый номер).

порядковый номер радия Ra (88), относительная атомная масса равна (226). Значит, в атоме содержится (88) протонов и (88) электронов, а число нейтронов равно (226 — 88 = 138).

Число нейтронов в атомах одного элемента непостоянно. Поэтому атомы одного химического элемента могут различаться своими массами и существуют в виде разных нуклидов (изотопов).

Изотопы (нуклиды) — разновидности атомов с одинаковым зарядом ядра, но разными массами.

Изотопы с одинаковым зарядом ядра составляют химический элемент. Их обозначают, указывая справа вверху от символа элемента массовое число. Справа внизу часто записывают также протонное число (порядковый номер): O 8 16 , O 8 17 .

Большинство химических элементов в природе представлено несколькими разновидностями атомов. Всего их известно более (2500).

водород в природе представлен тремя изотопами. Ядро самого лёгкого изотопа (протия) состоит только из одного протона. В ядре дейтерия один протон и один нейтрон, а в ядре трития один протон и два нейтрона.

Frame 605.png

Рис. (1). Изотопы водорода

Указанная в периодической системе относительная атомная масса — это средняя масса всех существующих в природе изотопов данного элемента. Когда мы её округляем до целых, то получаем массу самого распространённого изотопа.

Электронное строение атома

Исследование таинственного микромира продолжается. Изучение движения электронов и внутриатомных взаимодействий выделилось в отдельную область физики — квантовую механику. Главный постулат квантовой механики — все волны обладают свойствами частиц, а микрочастицы имеют волновую природу.

В макромире физическое тело всегда находится в какой-то конкретной точке пространства. Даже если вы сфотографируете летящую муху и на фотографии она будет в виде черной полосы, вы все равно будете уверены, что в конкретный момент времени она была в определенном месте.

В мире атома все иначе. Легкий подвижный электрон находится одновременно во всех точках околоядерного пространства. Если провести аналогию с макромиром, больше всего это напомнит неплотный клубок мягкой пушистой шерсти.

И именно эта зона пространства, где существует вероятность встретить электрон, называется электронным облаком. Плотность электронного облака неравномерна.

В электронном облаке выделяют зону, где вероятность встречи с электроном более 90% — эта область обозначена как атомная или электронная орбиталь.

Все электроны в атоме обладают определенной энергией. Чтобы описать состояние электрона, ученые используют квантовые числа. Всего их четыре. Целое число n, которое определяет энергию электронов на конкретном энергетическом уровне, называют главным квантовым числом.

На одной электронной оболочке находятся атомные орбитали с единым значением главного квантового числа n.

У невозбужденного атома электроны расположены на орбиталях 4-х видов: s, p, d и f.

Но почему нельзя было обозначить буквами по алфавиту a, b, c? Все не так просто, для обозначения атомных орбиталей ученые решили использовать начальные буквы от прилагательных, описывающих спектральные линии в атомных спектрах:

Чтобы графически представить расположение электронов на уровнях и подуровнях атомной оболочки, ученые ввели электронные формулы. Это такие численно-буквенные комбинации, где подуровень обозначен строчной латинской литерой, а цифровой индекс вверху справа обозначает количество электронов на подуровне.

Например, атом водорода имеет один электрон, который расположен на s-подуровне 1-го энергетического уровня: 1s 1 . Электроны углерода расположены на двух энергетических уровнях, на внешнем энергетическом уровне у углерода выделяют два подуровня 2s и 2p, где находятся 4 электрона. Также используется графическая схема строения атома.

Для наглядности строения атомной оболочки углерода и процессов в ней можно воспользоваться схемой , представленной на нашем ресурсе.

Несмотря на свои способности быть одновременно в любой точке пространства, электроны при заполнении орбиталей соблюдают определенный порядок:

  • Принцип наименьшей энергии. Электроны занимают атомные орбитали от наименьшей энергии к наибольшей. Распределение подуровней по энергиям представлено рядом : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, где от 1s до 7p — энергия увеличивается.
  • Принцип Паули — на одной орбитали помещается два электрона. Суммарное количество электронов в одном электронном слое или на одном электронном уровне равно 2n2.
  • Правило Хунда — прежде чем начать собираться в пары, электроны сначала в пределах подуровня по одному занимают вакантные орбитали.

У этого правила есть еще одно мнемоническое название — правило троллейбуса. Расположение электронов напоминает рассадку в общественном транспорте. Если есть свободные места и человек входит один, он сядет на свободное сиденье, и только если нет свободных сидений, подсядет к кому-то на свободное место.

Итак, подведем выводы, на которые ученым понадобилось более сотни лет опытов, исследований, научных дискуссий и даже трагедий.

  • Форма атома — сфера.
  • Ядро и электронная оболочка — составные структуры атома.
  • По электронной оболочке движутся электроны с отрицательным зарядом.
  • Масса ядра составляет основную часть массы атома, т.к. протон весит примерно в 2000 раз больше электрона.
  • Радиус атома приблизительно в 100000 раз больше чем радиус ядра.
  • Атомное ядро состоит из нуклонов: протонов (p+) и нейтронов (n0), которые состоят из кварков.
  • Количество протонов N(p+) равно заряду ядра (Z) и порядковому номеру элемента в периодической системе элементов, т.е. N(p+) = Z
  • Количество электронов в нейтральном атоме равно количеству протонов в его ядре.
  • Массовое число представляет собой сумму протонов Z и нейтронов N и обозначается литерой А.
  • Если атом приобретает лишние электроны или теряет свои, то его заряд изменяется и он превращается в ион с положительным или отрицательным зарядом, что можно увидеть на иллюстрации в учебнике «Введение в естественно-научные предметы» , под редакцией А.Е. Гуревич.

 Введение в естественно-научные предметы. 5 класс. Рабочая тетрадь

Введение в естественно-научные предметы. 5 класс. Рабочая тетрадь

В тетрадь включены вопросы и расчетные задачи, экспериментальные задания и лабораторные работы. Пособие предназначено для организации самостоятельной работы учащихся при изучении нового материала, а также для закрепления и проверки полученных знаний.

Чтобы проверить насколько хорошо усвоен материал, предлагаем вашему вниманию тест на тему «Строение атома» для 8-11 классов:

  1. Кто придумал название атом?
    • Архимед
    • Менделеев
    • Демокрит
    • Ломоносов
    • Как называются частицы, из которых состоит ядро атома?
      • нуклоны
      • позитроны
      • феромоны
      • интерфероны
      • На что, согласно теории Томсона, похож атом?
        • на пирожок с повидлом
        • на «Киевский» торт
        • на булочку с изюмом
        • на горшок с медом
        • Какую форму имеет атом?
          • сферическую
          • цилиндрическую
          • кубическую
          • додекаэдрическую
          • Как называется составная часть нуклона?
            • тверк
            • кварк
            • парк
            • трак
            • Что не является изотопом водорода?
              • дейтерий
              • тритий
              • радий
              • протий
              • Как называется атом, в котором число протонов не совпадает с числом электронов?
                • изотоп
                • ион
                • нуклон
                • борион
                • Сколько электронов помещается на одной орбитали?
                  • 3
                  • 10
                  • 2
                  • 15
                  • Какая наука изучает движение электронов?
                    • квантическая химия
                    • механическая биология
                    • коллоидная математика
                    • квантовая механика
                    • Основная масса атома содержится?
                      • в ядре
                      • в электронах
                      • в орбиталях
                      • в протонах

                      Строение атома

                      Атом — это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и электронной оболочки.

                      В состав ядра входят нуклоны, или ядерные частицы. Это протоны и нейтроны. Электронная оболочка образована электронами. Протоны, нейтроны и электроны называют элементарными частицами атома.

                      Нуклоны в ядре удерживаются ядерным взаимодействием, энергия которого намного больше энергии химической связи. Поэтому в химических реакциях ядра не разрушаются.

                      Протон ((p)) — это частица с относительным зарядом (+1) и относительной массой (1).
                      Нейтрон ((n)) не имеет заряда, а его относительная масса тоже равна (1).
                      Электрон ( e − ) имеет заряд (-1), а его масса в (1837) раз меньше массы протона и нейтрона.
                      Строение атома можно охарактеризовать по положению химического элемента в периодической системе.

                      Порядковый номер элемента равен заряду ядра, числу протонов в ядре и числу электронов в его электронной оболочке.

                      Учитывая, что масса атома в основном сосредоточена в ядре и масса каждого нуклона равна (1), можно определить число нейтронов. Для этого от массового числа нужно отнять число протонов (порядковый номер).

                      порядковый номер радия Ra (88), относительная атомная масса равна (226). Значит, в атоме содержится (88) протонов и (88) электронов, а число нейтронов равно (226 — 88 = 138).

                      Число нейтронов в атомах одного элемента непостоянно. Поэтому атомы одного химического элемента могут различаться своими массами и существуют в виде разных нуклидов (изотопов).

                      Изотопы (нуклиды) — разновидности атомов с одинаковым зарядом ядра, но разными массами.

                      Изотопы с одинаковым зарядом ядра составляют химический элемент. Их обозначают, указывая справа вверху от символа элемента массовое число. Справа внизу часто записывают также протонное число (порядковый номер): O 8 16 , O 8 17 .

                      Большинство химических элементов в природе представлено несколькими разновидностями атомов. Всего их известно более (2500).

                      водород в природе представлен тремя изотопами. Ядро самого лёгкого изотопа (протия) состоит только из одного протона. В ядре дейтерия один протон и один нейтрон, а в ядре трития один протон и два нейтрона.

                      Frame 605.png

                      Рис. (1). Изотопы водорода

                      Указанная в периодической системе относительная атомная масса — это средняя масса всех существующих в природе изотопов данного элемента. Когда мы её округляем до целых, то получаем массу самого распространённого изотопа.

                      Атомы и электроны

                      Мы приступаем к изучению химии — мира молекул и атомов. В этой статье мы рассмотрим базисные понятия и разберемся с электронными формулами элементов.

                      Атом (греч. а — отриц. частица + tomos — отдел, греч. atomos — неделимый) — электронейтральная частица вещества микроскопических размеров и массы, состоящая из положительно заряженного ядра (протонов) и отрицательно заряженных электронов (электронные орбитали).

                      Описываемая модель атома называется «планетарной» и была предложена в 1913 году великими физиками: Нильсом Бором и Эрнестом Резерфордом

                      Планетарная модель атома

                      Протон (греч. protos — первый) — положительно заряженная (+1) элементарная частица, вместе с нейтронами образует ядра атомов элементов. Нейтрон (лат. neuter — ни тот, ни другой) — нейтральная (0) элементарная частица, присутствующая в ядрах всех химических элементов, кроме водорода.

                      Электрон (греч. elektron — янтарь) — стабильная элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом (-1), заряд атома — порядковый номер в таблице Менделеева — равен числу электронов (и, соответственно, протонов).

                      Запомните, что в невозбужденном состоянии атом содержит одинаковое число электронов и протонов. Так у кальция (порядковый номер 20) в ядре находится 20 протонов, а вокруг ядра на электронных орбиталях 20 электронов.

                      Электроны и протоны

                      Я еще раз подчеркну эту важную деталь. На данном этапе будет отлично, если вы запомните простое правило: порядковый номер элемента = числу электронов. Это наиболее важно для практического применения и изучения следующей темы.

                      Электронная конфигурация атома

                      Электроны атома находятся в непрерывном движении вокруг ядра. Энергия электронов отличается друг от друга, в соответствии с этим электроны занимают различные энергетические уровни.

                      Состоит из s-подуровня: одной «1s» ячейки, в которой помещаются 2 электрона (заполненный электронами — 1s 2 )

                      Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (2s 2 ) и p-подуровня: трех «p» ячеек (2p 6 ), на которых помещается 6 электронов

                      Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (3s 2 ), p-подуровня: трех «p» ячеек (3p 6 ) и d-подуровня: пяти «d» ячеек (3d 10 ), в которых помещается 10 электронов

                      Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (4s 2 ), p-подуровня: трех «p» ячеек (4p 6 ), d-подуровня: пяти «d» ячеек (4d 10 ) и f-подуровня: семи «f» ячеек (4f 14 ), на которых помещается 14 электронов

                      Энергетические уровни

                      Зная теорию об энергетических уровнях и порядковый номер элемента из таблицы Менделеева, вы должны расположить определенное число электронов, начиная от уровня с наименьшей энергией и заканчивая к уровнем с наибольшей. Чуть ниже вы увидите несколько примеров, а также узнаете об исключении, которое только подтверждает данные правила.

                      Подуровни: «s», «p» и «d», которые мы только что обсудили, имеют в определенную конфигурацию в пространстве. По этим подуровням, или атомным орбиталям, движутся электроны, создавая определенный «рисунок».

                      S-орбиталь похожа на сферу, p-орбиталь напоминает песочные часы, d-орбиталь — клеверный лист.

                      Атомные орбитали

                      Правила заполнения электронных орбиталей и примеры
                      • Сперва следует заполнить орбитали с наименьшей энергией, и только после переходить к энергетически более высоким
                      • На орбитали (в одной «ячейке») не может располагаться более двух электронов
                      • Орбитали заполняются электронами так: сначала в каждую ячейку помещают по одному электрону, после чего орбитали дополняются еще одним электроном с противоположным направлением
                      • Порядок заполнения орбиталей: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s

                      Должно быть, вы обратили внимание на некоторое несоответствие: после 3p подуровня следует переход к 4s, хотя логично было бы заполнить до конца 4s подуровень. Однако природа распорядилась иначе.

                      Запомните, что, только заполнив 4s подуровень двумя электронами, можно переходить к 3d подуровню.

                      Без практики теория мертва, так что приступает к тренировке. Нам нужно составить электронную конфигурацию атомов углерода и серы. Для начала определим их порядковый номер, который подскажет нам число их электронов. У углерода — 6, у серы — 16.

                      Теперь мы располагаем указанное количество электронов на энергетических уровнях, руководствуясь правилами заполнения.

                      Электронные конфигурации углерода и серы

                      Обращаю ваше особе внимание: на 2p-подуровне углерода мы расположили 2 электрона в разные ячейки, следуя одному из правил. А на 3p-подуровне у серы электронов оказалось много, поэтому сначала мы расположили 3 электрона по отдельным ячейкам, а оставшимся одним электроном дополнили первую ячейку.

                      • Углерод — 1s 2 2s 2 2p 2
                      • Серы — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
                      Внешний уровень и валентные электроны
                      • Углерод — 2s 2 2p 2 (4 валентных электрона)
                      • Сера -3s 2 3p 4 (6 валентных электронов)

                      Неспаренные валентные электроны способны к образованию химической связи. Их число соответствует количеству связей, которые данный атом может образовать с другими атомами. Таким образом неспаренные валентные электроны тесно связаны с валентностью — способностью атомов образовывать определенное число химических связей.

                      Валентные электроны углерода и серы

                      • Углерод — 2s 2 2p 2 (2 неспаренных валентных электрона)
                      • Сера -3s 2 3p 4 (2 неспаренных валентных электрона)
                      Тренировка

                      Потренируйтесь и сами составьте электронную конфигурацию для магния и скандия. Определите число электронов на внешнем (валентном) уровне и число неспаренных электронов. Ниже будет дано наглядное объяснение этой задаче.

                      Электронные конфигурации магния и фтора и их валентные электроны

                      • Магний — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
                      • Скандий — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1

                      Блиц-опрос по теме Атомы и электроны

                      Оцените статью
                      TutShema
                      Добавить комментарий