Из каких частиц состоят атомы вещества

Атом можно представить как конструктор «Лего», который можно собрать из более простых “элементарных” частиц. У каждого атома число “деталек” может быть различным. Об этом и о других особенностях строения атома поговорим в статье.

Великие ученые и философы древности упорно бились над вопросом, из чего же состоят вещества, которые их окружают. Впервые идею о том, что все тела живой и неживой природы состоят из мельчайших частиц — атомов — высказал древнегреческий ученый Демокрит целых 2500 лет назад!

Что же из себя представляет атом?

Атом — это мельчайшая химически неделимая частица вещества.

Атомы могут соединяться друг с другом с помощью химических связей в различной последовательности, образуя более сложные частицы — молекулы. Можно провести аналогию:

  • атом — отдельный человек,
  • молекулы — группы людей, объединенные общим признаком (семья, одноклассники, коллеги, любители кошек, любители собак).

Молекула — это мельчайшие частицы, которые состоят из атомов. Они являются химически делимыми.

Долгое время считалось, что атом нельзя разделить далее на составляющие. Но с развитием науки учёные-физики выяснили, что атом состоит из более мелких, или элементарных частиц — протонов (p), нейтронов (n) и электронов (ē).

В центре атома располагается ядро, которое состоит из протонов и нейтронов (их общее название нуклоны), а вокруг ядра вращаются электроны.

Чем атом похож на Солнечную систему?
Можно представить атом как Солнечную систему, где вокруг ядра (Солнца) по орбитам вращаются электроны (планеты). Это так называемая планетарная модель атома. В реальности атом намного сложнее, но для запоминания нам удобнее пользоваться этими представлениями.

Тогда более точно определение атома будет звучать так:

Атом — электронейтральная химически неделимая частица, которая состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Каждая из элементарных частиц в атоме имеет свой заряд и массу:

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.

Как выглядит атом, молекулы и частицы.

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.

Атомы

На сегодняшний день известно (118) видов атомов. Более (90) из них существуют в природе, а остальные получены искусственно.

Атомы характеризуются:

  • определёнными очень малыми размерами;
  • определённой, тоже очень малой, массой;
  • определённым строением.

Размеры атомов настолько малы, что увидеть их невозможно даже в самый мощный микроскоп. Радиусы атомов составляют (0,046)–(0,25) нм ((1) нм (=) 10 − 9 м). Самый маленький — атом гелия, а самый большой — франция.

3 Ресурс 1.png

Рис. (1). Атомы гелия и франция
Массы атомов тоже ничтожно малы. Так масса атома водорода составляет всего 1,67 ⋅ 10 − 24 г.

До конца (19)-го столетия атомы считали неделимыми частицами. Но учёные доказали, что атом имеет сложное строение.

Согласно современным представлениям каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него электронов . Электроны имеют отрицательный заряд и нейтрализуют положительный заряд ядра.

Ядро намного меньше самого атома. Так, радиус атома водорода составляет (0,046) нм, а радиус его ядра — всего (0,00000065) нм. В его состав входят ещё более мелкие частицы: протоны ((p)) и нейтроны ((n)). Протоны заряжены положительно и определяют заряд ядра. Нейтроны — частицы без заряда.

Заряд протона равен по величине заряду электрона, а число протонов в ядре равно числу электронов в атоме. Поэтому атомы нейтральны.

Атомы различаются между собой строением (числом содержащихся в них частиц), а также массой и размерами.

Рис. (2). Атом гелия

1 Ресурс 1 (1).png

Рис. (3). Атом кислорода

В химических реакциях атомы не изменяются, а только перегруппировываются — объединяются в новых комбинациях.

Атом — мельчайшая химически неделимая электронейтральная частица вещества, состоящая из положительного ядра и отрицательных электронов.

Атомы не изменяются в химических реакциях, но существуют ядерные реакции, при протекании которых их строение изменяется.

Атомы редко встречаются в изолированном виде. Обычно они соединяются друг с другом в молекулы или более крупные структуры. Число вариантов соединения атомов практически бесконечно, и их относительно небольшое число приводит к образованию огромного количества разнообразных веществ.

Атомно-молекулярное учение. Строение атома

Практически до середины XVIII века, пока М.В. Ломоносов не принес в химию количественные эксперименты, учение об атомах оставалось лишь прерогативой философских размышлений. Михаил Васильевич считал, что лишь знание физических законов поможет правильно истолковать результаты химических опытов.

В своих исследованиях ученый выделил в веществе крупные частицы — «корпускулы», и мелкие — «элементы», или как мы называем их сейчас — атомы.

Ломоносов считал, что каждая молекула по своему составу идентична всему веществу, а также, что различные по химическому строению элементы имеют и разные по составу молекулы. Ученый предполагал, что вещества имеют особенности не только из-за отличий в составе молекул, но и благодаря различному расположению атомов в молекуле.

Следующий шаг в изучении атомов сделал английский естествоиспытатель Джон Дальтон. Проводя различные эксперименты с растворением газов в жидкостях, ученый открыл главное физическое качество атомов: эти мельчайшие частицы имеют вес. Но поскольку атом до сих пор никто не видел, Дальтон назвал вес частицы относительным. Он установил, что самым легким элементом является водород и предложил его вес принять за единицу.

Открытие Дальтона стало прорывом в химии. Ведь теперь к любому химическому соединению можно было подойти с измерительным прибором. Это исследование позволило приблизиться к современной записи химических формул и уравнений. И именно Дальтон придумал первые обозначения для известных химических элементов.

До конца XIX века, несмотря на все старания ученых, химическое строение атома по-прежнему оставалось лишь гипотезой.Ученым не хватало оборудования, чтобы постичь тайну мельчайшей частицы.

Открытие Дальтона дало толчок дальнейшим опытам, в ходе которых ученые вычислили относительную атомную массу разнообразных химических элементов, что позволило их классифицировать, а Д.И.Менделееву – сформулировать периодический закон и представить научному миру Периодическую систему химических элементов.

Протоны и нейтроны

Обнаружение катодных лучей немецким ученым-физиком Юлиусом Плюккером в 1859 году и создание прототипа электронной трубки Ульямом Круксом в 1879 году положили новый виток исследованиям в атомистике.

Однако потребовалось еще несколько десятков лет, чтобы строение атомов химических элементов приоткрыло свои тайны. на заре XX века в одном журнале появились две публикации, которые пытались объяснить структуру атома. Одна из публикаций принадлежала английскому ученому Д.Д. Томсону, автором другой был японский физик Хантаро Нагаока.

Нагаока описал в статье так называемую «сатурнианскую» модель атома. Он думал, что атом по своей структуре напоминает планету Сатурн. В его центре находится массивное ядро с положительным зарядом, а электроны с отрицательными зарядами передвигаются вокруг ядра по орбитам. .

При создании своей атомной структуры Нагаока использовал разработанную Максвеллом в 1856 году теорию устойчивости колец Сатурна. Японский ученый был убежден, что опираясь на «сатурнианскую» модель ядра в будущих исследованиях, можно прояснить все основные свойства материи.

Исследователь ошибся, однако два постулата его теории впоследствии подтвердились:

  • ядро атома имеет значительную массу;
  • электростатические силы удерживают электроны на орбите (сходство с кольцами Сатурна, что удерживаются благодаря гравитационным силам).

Томсон выдвинул гипотезу о том, что атом напоминает шарообразную, электронейтральную сферу диаметром около 10 –10 м, где положительный заряд равномерно распределен по всей структуре атома, а электроны хаотично расположены в этом поле. Поэтому, можно сказать, что атом напоминает микроскопическую булочку с изюмом.

Опыты продолжались в разных странах. В лаборатории Резерфорда проходили испытания, которые смогли доказать, что в центре атома расположено крупное ядро с диаметром около —10 —15 м, в котором содержится более 99,95 % его массы, а заряд его положительный.

Ученые продолжали исследования с катодным излучением, и выяснили, что масса ядра была примерно в два раза больше, чем масса всех протонов в нем. Опираясь на это знание, Резерфорд выдвинул гипотезу, что в ядре атома присутствует еще некая тяжелая частица, лишенная заряда. С биографией выдающегося ученого можно кратко ознакомиться в учебнике «Введение в естественно-научные предметы» , под редакцией А.Е. Гуревич.

В 1932 году и Джеймс Чедвик обнаружил нейтрон — третий недостающий элемент атома.

Атомное взаимодействие обеспечивает тесную связь протонам и нейтронам в ядре атома. Протоны и нейтроны имеют общее название — нуклоны. Ученые считают, что их характеристики достаточно подобны, чтобы отнести эти частицы к одному семейству, как биологи относят в один вид собак и волков.

Казалось бы, вот оно – тайна ядра разгадана. Но нет, в современной физике считается, что нуклоны состоят из еще более мелких частиц, которые называют кварками, и кварковая модель является ведущей в современной науке.

Эксперименты по исследованию атома и его ядра не прекращаются, и в 2010 году международная группа физиков при исследовании протонов в мюонном водороде установила, что размер радиуса протона меньше на 4%, чем считалось до этого.

Так в фундаментальную физику ворвалась загадка протонного радиуса, почему измерение одной и той же величины в обычном и в мюонном водороде дает разные результаты — и, несмотря на усилия сотен специалистов, она до сих пор не решена.

 Введение в естественно-научные предметы. 5 - 6 классы. Учебник

Введение в естественно-научные предметы. 5 — 6 классы. Учебник

Учебник знакомит учащихся 5-6 классов с основами физики и химии — двух важнейших составных частей естествознания. Изложение ведется нетрадиционно — рисунок является основным средством подачи материала. Много внимания уделено фронтальному эксперименту. В учебник включено более 30 лабораторных работ, завершающих изучение тем как по физике, так и по химии.

Из каких частиц состоят атомы вещества

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:

электронпротоннейтрон

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).

Откуда взялись атомы?

Как известно, сейчас различные атомы сгруппированы в таблицу Менделеева. В ней насчитывается 118 (а если с предсказанными, но еще не открытыми элементами — 126) элементов, не считая изотопов. Но так было далеко не всегда.

В самом начале формирования Вселенной никаких атомов не было и подавно, существовали лишь элементарные частицы, под воздействием огромных температур взаимодействующие между собой. Как сказал бы поэт, это был настоящий апофеоз частиц. В первые три минуты существования Вселенной, из-за понижения температуры и совпадения еще целой кучи факторов, запустился процесс первичного нуклеосинтеза, когда из элементарных частиц появились первые элементы: водород, гелий, литий и дейтерий (тяжелый водород). Именно из этих элементов образовались первые звезды, в недрах которых проходили термоядерные реакции, в результате которых водород и гелий «сгорали», образуя более тяжелые элементы. Если звезда была достаточно большой, то свою жизнь она заканчивала так называемым взрывом «сверхновой», в результате которого атомы выбрасывались в окружающее пространство. Так и получилась вся таблица Менделеева.

Так что, можно сказать, что все атомы, из которых мы состоим, когда-то были частью древних звезд.

Почему ядро атома не распадается?

В физике существует четыре типа фундаментальных взаимодействий между частицами и телами, которые они составляют. Это сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное взаимодействия.

Именно благодаря сильному взаимодействию, которое проявляется в масштабах атомных ядер и отвечает за притяжение между нуклонами, атом и является таким «крепким орешком».

Не так давно люди поняли, что при расщеплении ядер атомов высвобождается огромная энергия. Деление тяжелых атомных ядер является источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Итак, друзья, познакомив Вас со структурой и основами строения атома, нам остается только напомнить о том, что наши авторы готовы в любой момент прийти Вам на помощь. Не важно, нужно Вам выполнить диплом по ядерной физике, или самую маленькую контрольную – ситуации бывают разные, но выход есть из любого положения. Подумайте о масштабах Вселенной, закажите работу в Zaochnik и помните – нет поводов для беспокойства.

Строение атома | Конспект

Cart ocenka

Атом – это мельчайшая частица вещества, размером приблизительно 10 -10 М.

В середине атома находится ядро, размер которого 10 -15 М. Вокруг ядра вращаются электроны, образуя электронные облака разной формы.

Ядро имеет сложное строение: в состав ядра входят протоны.

Протоны – это положительно заряженные частицы массой (approx) 1,66 • 10 -27 кг.

Заряд протонов является элементарным (неделимым) (approx) 1,6 • 10 -19 Кл.

Нейтроны – не заряженные частицы, их масса (approx) 1,66 • 10 -27 кг.

Электроны – отрицательно заряженные частицы. Их заряд равен элементарному. Масса (approx) 9 • 10 -31 кг.

Масса электрона гораздо меньше массы ядерных частиц. Таким образом вся масса атома сосредоточена в ядре.

Число электронов = числу протонов, атом электрически нейтрален.

Зная строение атома, легко объяснить процесс электризации: тело, потерявшее электроны – положительно заряженное, получившее – отрицательно.

Все материальные объекты делятся на 2 группы: вещества и поля.

Поля – это особые представители материальных объектов, которые человек не регистрирует. По этой причине изучать поля сложно.

Атом – это частицы, из которых состоят молекулы.

А – массовое число;

А = О – атом. единицы массы;

Z – число протонов;

N – число нейтронов;

Е – число электронов;

Z = 0 – число протонов;

Е = 0 – число электронов;

N = 1 – число нейтронов;

Свободные электроны – это электроны, которые находятся на достаточно большом расстоянии от ядра, поэтому на них ядро действует с меньшей силой, чем на электроны, которые находятся близко к ядру, а соответственно, электроны могут свободно покидать атомы.

Атом, потерявший один или более электронов (положительных), приобрел отрицательные.

Число протонов и электронов у атомов по абсолютному значению равны, поэтому атом изначально нейтральный.

Ученый Резерфорд открыл строение атома:

В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся электроны (ē).

Ядро состоит из мелких частиц – протонов ( (overline

) ) и нейтронов ( (overline) ).

qp = 1,6 + 10 -19 Кл

m (overline

) > mē в 1840 раз

m (overline) = m (overline

)

В нейтральном атоме ē = (overline<mathbf

>) .

Атом электронейтрален (q = 0).

Атом, потерявший электрон (ē), – это положительный ион.

Атом, который получил электрон (ē) – отрицательный ион.

Закон сохранения электрического заряда

Заряды складываются как числа в математике.

Модели атомов

На протяжении долго времени ученые стремились познать природу атома. На раннем этапе большой вклад внес древнегреческий философ Демокрит. Хотя сейчас его теория и кажется нам банальной и слишком простой, в тот период, когда представления об элементарных частицах только начинало зарождаться, его теория о кусочках материи воспринималась совершенно серьезно. Демокрит считал, что свойства любого вещества зависят от формы, массы и других характеристик атомов. Так, например, у огня, полагал он, острые атомы – поэтому огонь обжигает; у воды атомы гладкие, поэтому она способна течь; у твердых предметов, по его представлению, атомы были шереховатые.

Демокрит считал, что из атомов состоит абсолютно все, даже душа человека.

В 1904 году Дж. Дж. Томсон предложил свою модель атома. Основные положения теории сводились к тому, что атом представлялся положительно заряженным телом, внутри которого находились электроны с отрицательным зарядом. Позже эта теория была опровергнута Э. Резерфордом.

Модель атома Томсона

Также в 1904 году японским физиком Х. Нагаока была предложена ранняя планетарная модель атома по аналогии с планетой Сатурн. Электроны по этой теории объединены в кольца и вращаются вокруг положительно заряженного ядра. Эта теория оказалась ошибочной.

В 1911 году Э. Резерфорд, проделав ряд опытов, сделал выводы, что атом по своему строению похож на планетную систему. Ведь электроны, словно планеты, движутся по орбитам вокруг тяжелого положительно заряженного ядра. Однако это описание противоречило классической электродинамике. Тогда датский физик Нильс Бор в 1913 году ввел постулаты, суть которых заключалась в том, что электрон, находясь в некоторых специальных состояниях, не излучает энергию. Таким образом, постулаты бора показали, что для атомов классическая механика неприменима. Планетарная модель, описанная Резерфордом и дополненная Бором, получила название – планетарная модель Бора-Резерфорда.

Планетарная модель Бора-Резерфорда

Дальнейшее изучение атома привело к созданию такого раздела, как квантовая механика, с помощью которого объяснялись многие научные факты. Современные представления об атоме развились из планетарной модели Бора-Резерфорда.

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

Ядро атома

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.

Что говорят учёные и древние мыслители об атоме

За всё время было выдвинуто немало любопытных предположений об атоме. Можно выделить самые интересные из них.

Демокрит думал, что свойство объекта зависит от формы атома. Допустим, жидкость сделана из гладких атомов. То есть, по мнению древнегреческого философа, молоко и вода состоят из схожих частиц.

В 20 веке учёные предполагали, что атом напоминает планету. Связано это с тем, что у элемента, как и у Сатурна, есть кольца вокруг ядра. По ним перемещаются электроны. Хоть планета с атомами схожа, но теория получила опровержение.

Интересно: Состав атмосферы Земли, размер молекулы воздуха — описание, фото и видео

Наиболее точной считалась модель Резерфорда-Бора. Учёный отмечал, что атом похож на ядро, которое имеет положительный заряд, а вокруг него движутся атомы. При этом современные деятели науки выяснили, что движение электронов хаотично, и они не имеют определённого направления.

Атом – это главная единица материи. Он состоит из протона, электрона и нейтрона. Они же построены из кварков. Атом является частью молекулы, которая присутствует во всех окружающих предметах и живых организмах. Учёные утверждают, что всё в мире – это всего лишь энергетическое состояние бесконечных полей, присутствующих в пространстве Вселенной.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий