Как обозначаются протоны нейтроны электроны: «Как определить число нейтронов?» – Яндекс.Кью

ядро, нейтрон, протон, электрон. Строение атома водорода Каким символом обозначается ядро атома водорода

«Атом и атомное ядро» — Изотопы. Биография атома. Решение задач. Открытие нейтрона. Вклады неравны. Модель атома в виде положительно заряженного шара. Викторина. Обозначение ядра атома. Атом имеет ядро. Ядерные силы. В космических глубинах. Представления о строении атома. Теория ядра. Ядро атома состоит из нуклонов. Протонно-нейтронная модель ядра атома.

«Энергия связи ядра» — Уменьшение удельной энергии связи у легких элементов объясняется поверхностными эффектами. — Дефект массы. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро. Удельная энергия связи. Максимальную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60. Энергия связи атомных ядер. Энергия связи нуклонов на поверхности меньше, чем у нуклонов внутри ядра.

«Ядро атома» — Эрнест Резерфорд. Тест (продолжение). Изотопы одного элемента различаются числом … в ядре. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Информация о составе атомного ядра указывается следующим образом: Молекулы Ионы Протоны. А суммарный заряд электронов –Ze. Тест: Например, в ядро атома кислорода. Протоны являются носителями элементарного положительного заряда, нейтроны – электрически нейтральны.

«Атомное ядро» — 1932 г Иваненко и Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель атомного ядра. Кванты ядерных взвимодействий. Открытие строения ядра. Модель ядра. Однако внутри стабильного ядра нейтроны связаны с протонами и самопроизвольно не распадаются. Дж.Чедвик повторил эксперимент. Открытие нейтрона явилось важным шагом вперед.

«Фундаментальные взаимодействия» — Ньютоновская теория всемирного тяготения. Суперобъединение. Модели объединения. Типы взаимодействия элементарных частиц. Создание единой теории фундаментальных взаимодействий. Теоретические достижения. Элементарная частица. Условное обозначение слабого взаимодействия. Взаимодействия. Рычажные весы. Электромагнитное взаимодействие.

«Физика атомного ядра» — Активность препарата – число ядер, распадающихся за единичный промежуток времени: Типы ядерных реакций. Виртуальные частицы. I. Нуклон. 3. Странность. Законы сохранения. Элементарные частицы – частицы, ведущие себя как безструктрурные. Синтез трансурановых химических элементов. Спектр?-излучения – дискретный.

Всего в теме
9 презентаций

Электроны

Понятие атом возникло еще в античном мире для обозначения частиц вещества. В переводе с греческого атом означает «неделимый».

Ирландский физик Стони на основании опытов пришел к выводу, что электричество переносится мельчайшими частицами, сущеетвующими в атомах всех химических элементов. В 1891 г. Стони предложил эти частицы назвать электронами, что по-гречески означает «янтарь». Через несколько лет после того, как электрон получил свое название, английский физик Джозеф Томсон и французский физик Жан Перрен доказали, что электроны несут на себе отрицательный заряд. Это наименьший отрицательный заряд, который в химии принят за единицу (-1). Томсон даже сумел определить скорость движения электрона (скорость электрона на орбите обратно пропорциональна номеру орбиты n. Радиусы орбит растут пропорционально квадрату номера орбиты. На первой орбите атома водорода (n=1; Z=1) скорость равна ≈ 2,2·106 м/с, то есть примерно в сотню раз меньше скорости света с=3·108 м/с.) и массу электрона (она почти в 2000 раз меньше массы атома водорода).

Состояние электронов в атоме

Под состоянием электрона в атоме понимают со­вокупность информации об энергии определенного электрона и пространстве, в котором он находится
. Электрон в атоме не имеет траектории движения, т. е. можно говорить лишь о веро­ятности нахождения его в пространстве вокруг ядра
.

Он может находиться в лю­бой части этого пространства, окружающего ядро, и совокупность его различных положений рассматривают как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда. Образно это можно предста­вить себе так: если бы удалось через сотые или миллионные доли секунды сфотографиро­вать положение электрона в атоме, как при фотофинише, то электрон на таких фотогра­фиях был бы представлен в виде точек. При наложении бесчисленного множества та­ких фотографий получилась бы картина электронного облака с наибольшей плот­ностью там, где этих точек будет больше всего.

Пространство вокруг атомного ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называ­ется орбиталью. В нем заключено приблизительно 90 % электронного облака
, и это означает, что около 90 % времени электрон находится в этой части пространства. По форме различают 4 известных ныне типа орбиталей
, которые обозначаются латинскими буквами s, p, d и f
. Графическое изображение некоторых форм электронных орбиталей представлено на рисунке.

Важнейшей характеристикой движения электрона на определенной орбитали является энергия его связи с ядром
. Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют единый электронный слои, или энергетический уровень. Энергетические уровни нумеруют, начиная от ядра, — 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7.

Целое число n, обозначающее номер энергетического уровня, называют главным квантовым числом. Оно характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Наименьшей энергией обладают электроны первого энергетического уровня, наиболее близкого к ядру.
По сравнению с электронами первого уровня, электроны последующих уровней будут характеризоваться большим запасом энергии. Следовательно, наименее прочно связаны с ядром атома электроны внешнего уровня.

Наибольшее число электронов на энергетичес­ком уровне определяется по формуле:

N = 2n 2 ,

где N — максимальное число электронов; n — но­мер уровня, или главное квантовое число. Следовательно, на первом, ближайшем к ядру энергетическом уровне может находиться не бо­лее двух электронов; на втором — не более 8; на третьем — не более 18; на четвертом — не бо­лее 32.

Начиная со второго энергетического уровня (n = 2) каждый из уровней подразделяется на подуровни (подслои), несколько отличающиеся друг от друга энергией связи с ядром. Число подуровней равно значению главного квантового числа: первый энергетический уровень имеет один подуровень; второй — два; третий — три; четвертый — четыре подуровня
. Подуровни в свою очередь образованы орбиталями. Каждому значению
n соответствует число орбиталей, равное n.

Подуровни принято обозначать латинскими буквами, равно как и форму орбиталей, из которых они состоят: s, p, d, f.

Протоны и нейтроны

Атом любого химического элемента сравним с крохотной Солнечной системой. Поэтому такую модель атома, предложенную Э. Резерфордом, называют планетарной
.

Атомное ядро, в котором сосредоточена вся масса атома, состоит из частиц двух видов — протонов и нейтронов
.

Протоны имеют заряд, равный заряду электронов, но противоположный по знаку (+1), и массу, равную массе атома водорода (она принята в химии за единицу). Нейтроны не несут заряда, они нейтральны и имеют массу, равную массе протона.

Протоны и нейтроны вместе называют нуклонами (от лат. nucleus — ядро). Сумма числа протонов и нейтронов в атоме называется массовым числом
. Например, массовое число атома алюминия:

13 + 14 = 27

число протонов 13, число нейтронов 14, массовое число 27

Так как массой электрона, ничтожно малой, можно пренебречь, то очевидно, что в ядре сосредоточена вся масса атома. Электроны обозначают e — .

Поскольку атом электронейтрален
, то также очевидно, что число протонов и электронов в атоме одинаково. Оно равно порядковому номеру химического элемента, присвоенному ему в Периодической системе. Масса атома складывается из массы протонов и нейтронов. Зная порядковый номер элемента (Z), т. е. число протонов, и массовое число (А), равное сумме чисел протонов и нейтронов, можно найти число нейтронов (N) по формуле:

N = A — Z

Например, число нейтронов в атоме железа равно:

56 — 26 = 30

Изотопы

Разновидности атомов одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разное массовое число, называются изотопами
. Химические элементы, встречающиеся в природе, являются смесью изотопов. Так, углерод имеет три изотопа с массой 12, 13, 14; кислород — три изотопа с массой 16, 17, 18 и т. д. Обычно приводимая в Периодической системе относительная атомная масса химического элемента является средним значением атомных масс природной смеси изотопов данного элемента с учетом их относительного содержания в природе. Химические свойства изотопов большинства химических элементов совершенно одинаковы. Однако изотопы водорода сильно различаются по свойствам из-за резкого кратного увеличения их относительной атомной массы; им даже присвоены индивидуальные названия и химические знаки.

Элементы первого периода

Схема электронного строения атома водорода:

Схемы электронного строения атомов показывают распределение электронов по электронным слоям (энергетическим уровням).

Графическая электронная формула атома во­дорода (показывает распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням):

Графические электронные формулы атомов показывают распределение электронов не только по уровням и подуровням, но и по орбиталям.

В атоме гелия первый электронный слой завершен — в нем 2 электрона. Водород и гелий — s-элементы; у этих атомов заполняется электронами s-орбиталь.

У всех элементов второго периода первый электронный слой заполнен
, и электроны заполняют s- и р-орбитали второго электронного слоя в соот­ветствии с принципом наименьшей энергии (снача­ла s, а затем р) и правилами Паули и Хунда.

В атоме неона второй электронный слой завершен — в нем 8 электронов.

У атомов элементов третьего периода первый и второй электронные слои завершены, поэтому заполняется третий электронный слой, в котором электроны могут занимать 3s-, 3р- и 3d- подуровни.

У атома магния достраивается 3s- электронная орбиталь. Na и Mg — s-элементы.

У алюминия и последующих элементов запол­няется электронами 3р-подуровень.

У элементов третьего периода остаются неза­полненными 3d-орбитали.

Все элементы от Al до Ar — р-элементы. s- и р-элементы образуют главные подгруппы в Пе­риодической системе.

Элементы четвертого — седьмого периодов

У атомов калия и кальция появляется четвертый электронный слой, заполняется 4s-подуровень, т. к. он имеет меньшую энергию, чем 3d-подуровень.

К, Са — s-элементы, входящие в главные под­группы. У атомов от Sc до Zn заполняется электро­нами 3d-подуровень. Это 3d-элементы. Они входят в побочные подгруппы, у них заполняется пред­внешний электронный слой, их относят к переход­ным элементам.

Обратите внимание на строение электронных оболочек атомов хрома и меди. В них происходит «провал» одного электрона с 4s- на 3d-подуровень, что объясняется большей энергетической устойчи­востью образующихся при этом электронных кон­фигураций 3d 5 и 3d 10:

В атоме цинка третий электронный слой завер­шен — в нем заполнены все подуровни 3s, 3р и 3d, всего на них 18 электронов. У следующих за цин­ком элементов продолжает заполняться четвертый электронный слой, 4р-подуровень.

Элементы от Ga до Кr — р-элементы.

У атома криптона внешний слой (четвертый) завершен, имеет 8 электронов. Но всего в четвертом электронном слое может быть 32 электрона; у атома криптона пока остаются незаполненными 4d- и 4f-подуровни.У элементов пятого периода идет заполнение по-дуровней в следующем порядке: 5s — 4d — 5р. И так-же встречаются исключения, связанные с «провалом
» электронов, у 41 Nb, 42 Мо, 44 Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

В шестом и седьмом периодах появляются f-элементы, т. е. элементы, у которых идет заполнение соответственно 4f- и 5f-подуровней третьего снаружи электронного слоя.

4f-элементы называют лантаноидами.

5f-элементы называют актиноидами.

Порядок заполнения электронных подуровней в атомах элементов шестого периода: 55 Cs и 56 Ва — 6s-элементы; 57 La … 6s 2 5d x — 5d-элемент; 58 Се — 71 Lu — 4f-элементы; 72 Hf — 80 Hg — 5d-элементы; 81 Т1 — 86 Rn — 6d-элементы. Но и здесь встречаются элементы, у которых «нарушается» порядок заполне­ния электронных орбиталей, что, например, связано с большей энергетической устойчивостью наполовину и полностью заполненных f-подуровней, т. е. nf 7 и nf 14 . В зависимости от того, какой подуровень атома заполняется электронами последним, все элемен­ты делят на четыре электронных семейства, или блока:

• s-элементы
  . Электронами заполняется s-под­уровень внешнего уровня атома; к s-элементам относятся водород, гелий и элементы главных подгрупп I и II групп.

• p-элементы
  . Электронами заполняется р-подуровень внешнего уровня атома; к р-элементам относятся элементы главных подгрупп III- VIII групп.

• d-элементы
  . Электронами заполняется d-под­уровень предвнешнего уровня атома; к d-эле­ментам относятся элементы побочных подгрупп I-VIII групп, т. е. элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s- и р-элементами. Их также называют переход­ными элементами.

• f-элементы
  . Электронами заполняется f-подуро­вень третьего снаружи уровня атома; к ним от­носятся лантаноиды и антиноиды.

Швейцарский физик В. Паули в 1925 г. установил, что в атоме на одной орбитали может находиться не более двух электронов, имеющих противоположные (антипараллельные) спины (в переводе с английского — «веретено»), т. е. обладающих такими свойствами, которые условно можно представить себе как вращение электрона вокруг своей воображаемый оси: по часовой или против часовой стрелки.

Этот принцип носит название принципа Паули
. Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, если два, то это спаренные электроны, т. е. электроны с противоположными спинами. На рисунке показана схема подразделения энергетических уровней на подуровни и очередность их заполнения.

Очень часто строение электронных оболочек атомов изображают с помощью энергетических или квантовых ячеек — записывают так называемые графические электронные формулы. Для этой записи используют следующие обозначения: каждая квантовая ячейка обозначается клеткой, которая соответствует одной орбитали; каждый электрон обозначается стрелкой, соответствующей направлению спина. При записи графической электронной формулы следует помнить два правила: принцип Паули и правило Ф. Хунда
, согласно которому электроны занимают свободные ячейки сначала по одному и имеют при этом одинаковое значение спина, а лишь затем спариваются, но спины, при этом по принципу Паули будут уже противоположно направленными.

Правило Хунда и принцип Паули

Правило Хунда
— правило квантовой химии, определяющее порядок заполнения орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным. Сформулировано Фридрихом Хундом в 1925 году.

Это означает, что в каждой из орбиталей подслоя заполняется сначала один электрон, а только после исчерпания незаполненных орбиталей на эту орбиталь добавляется второй электрон. При этом на одной орбитали находятся два электрона с полуцелыми спинами противоположного знака, которые спариваются (образуют двухэлектронное облако) и, в результате, суммарный спин орбитали становится равным нулю.

Другая формулировка
: Ниже по энергии лежит тот атомный терм, для которого выполняются два условия.

1. Мультиплетность максимальна
2. При совпадении мультиплетностей суммарный орбитальный момент L максимален.

Разберём это правило на примере заполнения орбиталей p-подуровня p
-элементов второго периода (то есть от бора до неона (в приведённой ниже схеме горизонтальными чёрточками обозначены орбитали, вертикальными стрелками — электроны, причём направление стрелки обозначает ориентацию спина).

Правило Клечковского

Правило Клечковского —
по мере увеличения суммарного числа электронов в атомах (при возрастании зарядов их ядер, или порядковых номеров химических элементов) атомные орбитали заселяются таким образом, что появление электронов на орбитали с более высокой энергией зависит только от главного квантового числа n и не зависит от всех остальных квантовых чисел, в том числе и от l. Физически это означает, что в водородоподобном атоме (в отсутствие межэлектронного отталкивания) орбитальная энергия электрона определяется только пространственной удаленностью зарядовой плотности электрона от ядра и не зависит от особенностей его движения в поле ядра.

Эмпирическое правило Клечковского и вытекающее из него схема очерёдностей несколько противоречатреальной энергетической последовательности атомых орбиталей только в двух однотипных случаях: у атомов Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au имеет место “провал” электрона с s-подуровня внешнего слояна d-подуровень предыдущего слоя, что приводит к энергетически более устойчивому состоянию атома, аименно: после заполнения двумя электронами орбитали 6s

Атом — это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Атом состоит из ядра, имеющего положительный электрический заряд, и отрицательно заряженных электронов. Заряд ядра любого химического элемента равен произведению Z на e, где Z — порядковый номер данного элемента в периодической системе химических элементов, е — величина элементарного электрического заряда.

Электрон
— это мельчайшая частица вещества с отрицательным электрическим зарядом е=1,6·10 -19 кулона, принятым за элементарный электрический заряд. Электроны, вращаясь вокруг ядра, располагаются на электронных оболочках К, L, М и т. д. К — оболочка, ближайшая к ядру. Размер атома определяется размером его электронной оболочки. Атом может терять электроны и становиться положительным ионом или присоединять электроны и становиться отрицательным ионом. Заряд иона определяет число потерянных или присоединенных электронов. Процесс превращения нейтрального атома в заряженный ион называется ионизацией.

Атомное ядро
(центральная часть атома) состоит из элементарных ядерных частиц — протонов и нейтронов. Радиус ядра примерно в сто тысяч раз меньше радиуса атома. Плотность атомного ядра чрезвычайно велика. Протоны
— это стабильные элементарные частицы, имеющие единичный положительный электрический заряд и массу, в 1836 раз большую, чем масса электрона. Протон представляет собой ядро атома самого легкого элемента — водорода. Число протонов в ядре равно Z. Нейтрон
— это нейтральная (не имеющая электрического заряда) элементарная частица с массой, очень близкой к массе протона. Поскольку масса ядра складывается из массы протонов и нейтронов, то число нейтронов в ядре атома равно А — Z, где А — массовое число данного изотопа (см. ). Протон и нейтрон, входящие в состав ядра, называются нуклонами. В ядре нуклоны связаны особыми ядерными силами.

В атомном ядре имеется огромный запас энергии, которая высвобождается при ядерных реакциях. Ядерные реакции возникают при взаимодействии атомных ядер с элементарными частицами или с ядрами других элементов. В результате ядерных реакций образуются новые ядра. Например, нейтрон может переходить в протон. В этом случае из ядра выбрасывается бета-частица, т. е. электрон.

Переход в ядре протона в нейтрон может осуществляться двумя путями: либо из ядра испускается частица с массой, равной массе электрона, но с положительным зарядом, называемая позитроном (позитронный распад), либо ядро захватывает один из электронов с ближайшей к нему К-оболочки (К-захват).

Иногда образовавшееся ядро обладает избытком энергии (находится в возбужденном состоянии) и, переходя в нормальное состояние, выделяет лишнюю энергию в виде электромагнитного излучения с очень малой длиной волны — . Энергия, выделяющаяся при ядерных реакциях, практически используется в различных отраслях промышленности.

Атом (греч. atomos — неделимый) наименьшая частица химического элемента, обладающая его химическими свойствами. Каждый элемент состоит из атомов определенного вида. В состав атома входят ядро, несущее положительный электрический заряд, и отрицательно заряженные электроны (см. ), образующие его электронные оболочки. Величина электрического заряда ядра равна Z-e, где е — элементарный электрический заряд, равный по величине заряду электрона (4,8·10 -10 эл.-ст. ед.), и Z — атомный номер данного элемента в периодической системе химических элементов (см.). Так как неионизированный атом нейтрален, то число электронов, входящих в него, также равно Z. В состав ядра (см. Ядро атомное) входят нуклоны, элементарные частицы с массой, примерно в 1840 раз большей массы электрона (равной 9,1·10 -28 г), протоны (см.), заряженные положительно, и не имеющие заряда нейтроны (см.). Число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А. Количество протонов в ядре, равное Z, определяет число входящих в атом электронов, строение электронных оболочек и химические свойства атома. Количество нейтронов в ядре равно А-Z. Изотопами называются разновидности одного и того же элемента, атомы которых отличаются друг от друга массовым числом А, но имеют одинаковые Z. Таким образом, в ядрах атомов различных изотопов одного элемента имеется разное число нейтронов при одинаковом числе протонов. При обозначении изотопов массовое число А записывается сверху от символа элемента, а атомный номер внизу; например, изотопы кислорода обозначаются:

Размеры атома определяются размерами электронных оболочек и составляют для всех Z величину порядка 10 -8 см. Поскольку масса всех электронов атома в несколько тысяч раз меньше массы ядра, масса атома пропорциональна массовому числу. Относительная масса атома данного изотопа определяется по отношению к массе атома изотопа углерода С 12 , принятой за 12 единиц, и называется изотопной массой. Она оказывается близкой к массовому числу соответствующего изотопа. Относительный вес атома химического элемента представляет собой среднее (с учетом относительной распространенности изотопов данного элемента) значение изотопного веса и называется атомным весом (массой).

Атом является микроскопической системой, и его строение и свойства могут быть объяснены лишь при помощи квантовой теории, созданной в основном в 20-е годы 20 века и предназначенной для описания явлений атомного масштаба. Опыты показали, что микрочастицы — электроны, протоны, атомы и т. д.,- кроме корпускулярных, обладают волновыми свойствами, проявляющимися в дифракции и интерференции. В квантовой теории для описания состояния микрообъектов используется некоторое волновое поле, характеризуемое волновой функцией (Ψ-функция). Эта функция определяет вероятности возможных состояний микрообъекта, т. е. характеризует потенциальные возможности проявления тех или иных его свойств. Закон изменения функции Ψ в пространстве и времени (уравнение Шредингера), позволяющий найти эту функцию, играет в квантовой теории ту же роль, что в классической механике законы движения Ньютона. Решение уравнения Шредингера во многих случаях приводит к дискретным возможным состояниям системы. Так, например, в случае атома получается ряд волновых функций для электронов, соответствующих различным (квантованным) значениям энергии. Система энергетических уровней атома, рассчитанная методами квантовой теории, получила блестящее подтверждение в спектроскопии. Переход атома из основного состояния, соответствующего низшему энергетическому уровню Е 0 , в какое-либо из возбужденных состояний E i происходит при поглощении определенной порции энергии Е i — Е 0 . Возбужденный атом переходит в менее возбужденное или основное состояние обычно с испусканием фотона. При этом энергия фотона hv равна разности энергий атома в двух состояниях: hv= E i — Е k где h — постоянная Планка (6,62·10 -27 эрг·сек), v — частота света.

Кроме атомных спектров, квантовая теория позволила объяснить и другие свойства атомов. В частности, были объяснены валентность, природа химической связи и строение молекул, создана теория периодической системы элементов.

Строение ядра — материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев.

Темы кодификатора ЕГЭ: нуклонная модель ядра, заряд ядра, массовое число ядра.

После опытов Резерфорда, прояснивших устройство атома, возник естественный вопрос: из чего состоит атомное ядро? Ответа пришлось ждать двадцать лет — до открытия нейтрона.

Ядро самого простого атома водорода, как вы помните, было названо протоном. Протон имеет положительный заряд Кл (равный по модулю заряду электрона) и массу кг. Масса протона примерно в 1836 раз больше массы электрона.

Нейтрон был открыт в 1932 году английским физиком Джеймсом Чедвиком. Масса нейтрона кг оказалась очень близка к массе протона. Однако, в отличие от протона, нейтрон не имеет электрического заряда.

Открытие нейтрона послужило ключом к пониманию устройства атомного ядра.

Нуклонная модель ядра.

Сразу после открытия нейтрона несколько физиков одновременно высказали идею протонно-нейтронной, или нуклонной , модели ядра. Согласно этой модели ядро состоит из протонов и нейтронов. Будучи «кирпичиками», из которых строится ядро, протоны и нейтроны получили общее название нуклонов. (От лат. nucleus — ядро.)

Модель атомного ядра показана на рис. 1. Красным цветом условно изображены протоны, чёрным — нейтроны.

Число протонов в ядре называется зарядовым числом и обозначается Z. Заряд ядра, следовательно, равен Ze. Поскольку атом в целом электрически нейтрален, величина Z совпадает с числом электронов в атоме. Зарядовое число, таким образом, есть не что иное, как порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева.

Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается A. Число нейтронов в ядре тогда будет равно A-Z.

Запись означает, что в ядре элемента X содержится A нуклонов, из которых Z являются протонами. Например, ядро алюминия состоит из 27 нуклонов, а именно из 13 протонов и 14 нейтронов. Ядро гелия — так называемая -частица — состоит из двух протонов и двух нейтронов.

Изотопы.

Что будет, если изменить число нейтронов ядре? Какие-то свойства вещества в результате должны поменяться — например, плотность. Однако все химические свойства при этом останутся прежними — ведь за них отвечает зарядовое число Z, а оно-то не менялось!

Изотопы — это разновидности одного и того же химического элемента, различающиеся числом нейтронов в ядре.

Например, у водорода три изотопа: обычный , дейтерий и тритий . А химический элемент уран имеет 26 изотопов! В природе наиболее распространён уран , а в атомной энергетике и ядерном оружии используется уран .

Изотопы совершенно идентичны в отношении химических свойств, и их невозможно разделить никакими химическими методами. Оказывается, почти любой элемент таблицы Менделеева представляет собой смесь изотопов в различных пропорциях — вот почему атомные массы химических элементов не равны целым числам. Как правило, атомная масса всё же достаточно близка к целому числу, поскольку в природе доминирует изотоп именно с такой атомной массой (например, в природном уране доля изотопа составляет 93%; соответственно, в таблице Менделеева мы видим атомную массу урана, равную 238,03). Но бывают и исключения: так, атомная масса хлора равна 35,5.

Изотопы могут различаться также своими радиоактивными свойствами: у одного и того же химического элемента могут быть как стабильные изотопы, так и подверженные радиоактивному распаду (например, углерод стабилен, а изотоп — радиоактивен). Собственно, именно это наблюдение — что вроде бы одно и то же вещество бывает то радиоактивным, то нет — и навело в своё время на мысль о существовании изотопов. Радиоактивность будет темой следующей темы.

Строение электронных оболочек атома: что такое нейтрон, протон и электрон

Само слово «атом» впервые упоминалось в трудах философов Древней Греции, и в переводе оно означает «неделимый». Не имея современных приборов, философ Демокрит, используя логику и наблюдательность, пришел к выводу, что любое вещество не может дробиться бесконечно, и в итоге должна остаться какая-то неделимая мельчайшая частица вещества – атом вещества.

И если бы не было атомов, то любое вещество или предмет можно было уничтожить полностью. Демокрит стал основоположником атомистики – целого учения, которое основывалось на понятии об атоме.

Что такое атом?

Атом – это наименьшая электронейтральная частица любого химического элемента. Он состоит из положительно заряженного ядра и оболочки, образованной отрицательно заряженными электронами. Положительно заряженное ядро – это сердцевина атома. Оно занимает мизерную часть пространства в центре атома, и в нем сосредоточены почти вся масса атома и весь положительный заряд.

Из чего состоит атом?

Составляют ядро атома элементарные частицы – нейтроны и протоны, а по замкнутым орбиталям вокруг атомного ядра движутся электроны.

Что такое нейтрон?

Нейтрон (n) представляет собой элементарную нейтральную частицу, относительная масса которой составляет 1,00866 атомной единицы массы (а.е.м.).

Что такое протон?

Протон (р) представляет собой элементарную частицу, относительная масса которой составляет 1,00728 атомной единицы массы, положительным зарядом +1 и спином 1/2. Протон ( переводится с греческого как основной, первый) относится к барионам. В ядре атома число протонов равно порядковому номеру химического элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева.

Что такое электрон?

Электрон ( е–) представляет собой элементарную частицу, масса которой составляет 0,00055 а.е.м.; условный заряд электрона: — 1. Количество электронов в атоме равняется заряду ядра атома (соответствует порядковому номеру химического элемента в Периодической системе Менделеева).

Вокруг ядра электроны двигаются по орбиталям, которые строго определены и образуется электронное облако.

Область пространства вокруг атомного ядра, где с вероятностью более 90% присутствуют электроны, определяет форму электронного облака.

Электронное облако р-электрона по внешнему виду напоминает гантель; на трех р-орбиталях по максимуму могут находиться лишь шесть электронов.

Электронное облако s-электрона представляет собой сферу; на s-энергетическом подуровне максимальное количество электронов, которые могут там находиться – это 2.

Изображают орбитали в виде квадрата, снизу или сверху него прописывают значения главного и побочного квантовых чисел, которые описывают эту орбиталь.

Данная запись носит название графическая электронная формула. Она выглядит следующим образом:

С помощью стрелок в данной формуле обозначают электрон. Направление стрелки соответствует направлению спина – это собственный магнитный момент электрона. Электроны, имеющие противоположные спины (на картинке это направленные в противоположные стороны стрелочки), получили название спаренные.

Электронные конфигурации атомов элементов можно представить в виде формул, в которых:

• Указывают символы подуровня;
• Степень у символа показывает число электронов данного подуровня;
• Коэффициент, стоящий перед символом подуровня обозначает его принадлежность к данному уровню.

Определение числа нейтронов

Для определения числа нейтронов N в ядре нужно воспользоваться формулой:

N=A-Z, где А – массовое число; Z – заряд ядра, который равняется числу протонов (порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева).

Как правило, параметры ядра записывают так: сверху – массовое число, а слева внизу от символа элемента прописывают заряд ядра.

Это выглядит так:

Данная запись обозначает следующее:

• Массовое число равняется 31;
• Заряд ядра (и как следствие, и число протонов) для атома фосфора равняется 15;
• Число нейтронов равно 16. Его высчитывают так: 31-15=16.

Массовое число примерно соответствует относительной атомной массе ядра. Это вызвано тем, что массы нейтрона и протона практически не имеют отличий.

Строение атомов первых десяти химических элементов таблицы Менделеева

Ниже мы представили часть таблицы, в которой приведено строение электронных оболочек атомов первых двадцати элементов Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Полная таблица электронных формул атомов представлена в отдельной нашей публикации.

Химические элементы, в атомах которых происходит заполнение р-подуровня, носят название р-элементы. Электронов может быть от 1 до 6.

Химические элементы, в атомах которых s-подуровень внешнего уровня пополняется 1 или 2 электронами получили название s-элементы.

Число электронных слоев в атоме химического элемента равняется номеру периода.

Правило Хунда

Существует правило Хунда, в соответствии с которым электроны располагаются на однотипных орбиталях одного энергетического уровня так, чтобы совокупный спин был максимально возможным. Это означает, что, когда энергетический подуровень заполняется, каждый электрон сначала занимает отдельную ячейку, и лишь потом запускается процесс их соединения.

Изображение электронной формулы Азота в графическом виде

Изображение электронной формулы Кислорода в графическом виде

Изображение электронной формулы Неона в графическом виде

К примеру, у атома азота все р-электроны будут занимать отдельные ячейки, а у кислорода начнется их спаривание, которое завершится в полной мере у неона.

Что такое изотопы

Изотопы – это атомы одного и того же элемента, которые в своих ядрах содержат одинаковое количество протонов, но число нейтронов будет различное. Изотопы известны для всех элементов.

По этой причине атомные массы элементов в периодической системе представляют собой среднее значение из массовых чисел природных смесей изотопов и имеют отличия от целочисленных значений.

Есть ли что-то меньше ядра атома

Подведем итоги. Атомная масса природных смесей изотопов не может служить главнейшей характеристикой атома, и, как следствие, и элемента.

Подобной характеристикой атома будет являться заряд ядра, который определяет строение электронной оболочки и количество электронов в ней. Это интересно! Наука не стоит на месте и ученые смогли опровергнуть догму о том, что атом является самой маленькой частицей химических элементов. Сегодня мир знает кварки – из них состоят нейтроны и протоны.

Электрон и протон. В чем между ними разница?

Электроны и протоны — два основных компонента атома из трех. Ключевое различие между электроном и протоном состоит в том, что электрон — это заряженная частица с отрицательной полярностью. Напротив, протон — это заряженная частица, имеющая положительный заряд. И электрон, и протон являются фундаментальными компонентами атомной структуры и имеют собственное значение.

Что такое атом?

Мы знаем, что атом считается самой маленькой частицей, поскольку это фундаментальная единица, из которой состоит материя. Сам этот атом имеет 3 основные субатомные частицы, которые известны как электрон, протон и нейтрон.

Несколько атомов образуют молекулу, а атомы внутри молекулы связаны химическими связями. Электрический заряд атома поддерживает связь между атомами в молекуле. Среди электрона, протона и нейтрона электроны и протоны заряжены отрицательно и положительно соответственно, а нейтроны — нейтрально заряженные частицы.

Электроны и протоны обладают разными свойствами и находятся в разных местах внутри атома. Следовательно, есть основные различия между электроном и протоном, которые мы и обсудим в этой статье.

Сравнительная таблица

Определение электрона

Электрон — субатомная частица атома, обладающая электрическим зарядом отрицательной полярности. В идеале внутри атома электроны находятся в сферических оболочках и движутся вокруг ядра по орбитальной траектории. А когда к электронам подводится внешняя энергия, они переходят от одного атома к другому.

По сути, энергия, передаваемая электронам, освобождает их от оболочек, таким образом, они становятся мобильными и прикрепляются к ближайшему к нему атому всякий раз, когда в этом конкретном атоме возникает недостаток электрона.

В случае проводников движение электронов является причиной протекания тока. Считается, что электрон имеет единичный электрический заряд, который обычно обозначается буквой e. Заряд электрона измеряется в кулонах и имеет значение около 1,602 · 10^-19 Кл. И все электроны считаются одинаково похожими друг на друга.

Определение протона

Протон — еще одна крупная частица атома с зарядом положительной полярности. Это важный компонент атома, который образует ядро атома с нейтроном. Поскольку ядро атома находится в центре, таким образом, протон, несущий положительный заряд, присутствует в центре атомной
структуры.

Обозначается символом p и имеет положительный заряд, равный по модулю заряду электрона: р = +1,602 · 10^-19 Кл.

Примечательно то, что количество протонов, присутствующих в атоме, обозначает его атомный номер. Протоны и нейтроны, содержащиеся в ядре атома вместе, называют нуклонами. Поскольку электроны и протоны имеют одинаковые по значению заряды, но противоположной полярности, то между ними, внутри атома, существует сила притяжения.

По этой причине электроны ограничены и движутся по орбитальному пути. У атома одинаковое количество электронов и протонов, поэтому положительный и отрицательный заряды аннулируются, что делает атом электрически нейтральным.

Ключевые различия между электроном и протоном

• Электрон — это отрицательно заряженный компонент атома, тогда как протон — положительно заряженный компонент.
• Электроны находятся вне ядра в орбитальных оболочках. Протоны вместе с нейтронами образуют ядро атома и находятся в центре атомных ядер.
• Электроны очень подвижны, поскольку они присутствуют в орбитах атомов и могут легко их покидать при подаче внешней энергии. Однако, поскольку протон присутствует в ядре атома, он не подвижен и не может покидать ядро, в отличии от электрона, который находится на орбите.
• Полярность электронов отрицательна, а протона положительна.
• Масса протона в 2000 раз больше массы электрона. Как правило, масса электрона составляет 9,1 · 10^-31 кг, а масса протона — 1,67 · 10^-27 кг.
• «Добавление и удаление» электронов в атом происходит довольно легко при подаче внешней энергии из-за того, что они находятся на орбитах, а не в ядре. Добавление и удаление протонов — задача не из легких и требует большого количества энергии.

Вывод

Таким образом, можем сделать вывод, что электроны, протоны и нейтроны составляют атом. -`, образуя вторую `σ`-связь за счёт электронной пары аниона:

Присоединение неполярных молекул происходит по такому же механизму. Отличие лишь в том, что на первой стадии реакции нет готового электрофила. Неполярная молекула при приближении к электронной плотности двойной связи поляризуется, происходит гетеролитический распад, образование `π`-комплекса и его превращение в карбокатион:

Вторая стадия протекает значительно быстрее, чем первая:

Если атомы углерода при двойной связи алкена неравноценны (алкен несимметричный), то структура образующегося карбокатиона и, следовательно, продукта реакции при присоединении полярных молекул определяется правилом Марковникова.

Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа `»HX»` к несимметричным алкенам водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода при двойной связи (т. е. к тому атому углерода, при котором находится больше атомов водорода).

Рассмотрим конкретные примеры реакций присоединения. @»C»` газообразной смеси алкена и галогена может происходить и радикальное замещение `»S»_»R»` атома водорода при соседнем к двойной связи атоме углерода:

$$ {\mathrm{CH}}_{3}-\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_{2}+{\mathrm{Cl}}_{2}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }\mathrm{Cl}-{\mathrm{CH}}_{2}-\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_{2}+\mathrm{HCl}$$.

4. Гидрирование. Присоединение водорода происходит в присутствии металлических катализаторов (`»Ni»`, `»Pt»`):

$$ {\mathrm{CH}}_{3}-\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_{2}+{\mathrm{H}}_{2}\underset{\mathrm{t}°}{\overset{\mathrm{кат}.}{\to }}{\mathrm{CH}}_{3}-{\mathrm{CH}}_{2}-{\mathrm{CH}}_{3}$$.

5. В присутствии специальных катализаторов молекулы алкенов могут соединяться друг с другом, образуя длинные цепи. Процесс соединения одинаковых молекул в более крупные называют полимеризацией, а продукты такой реакции – полимерами.

где `»R» = «H»`, `»CH»_3`,  `»Cl»`,  `»C»_6″H»_5`  и т. д.

Кроме реакций присоединения для алкенов характерны также реакции окисления.

1. В избытке кислорода алкены полностью сгорают:

`»C»_n»H»_(2n) + (3n)/2 «O»_2 -> n»CO»_2 + n»H»_2″O»`

2. При мягком окислении водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера) образуются двухатомные спирты:

Эта реакция является качественной реакцией на двойную связь (обесцвечивание холодного раствора `»KMnO»_4` и образование бурого осадка оксида марганца `(«IV»)`).

В щелочной среде также образуются двухатомные спирты и `»K»_2″MnO»_4` (вещество темно-зелёного цвета).

3. При жёстком окислении линейных алкенов кипящим раствором `»KMnO»_4` в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи с образованием двух молекул карбоновых кислот:

$$ 5{\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{5}-\mathrm{CH}=\mathrm{CH}-{\mathrm{CH}}_{3}+8{\mathrm{KMnO}}_{4}+12{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{SO}}_{4}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$$

$$ \stackrel{\mathrm{t}°}{\to }5{\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{5}\mathrm{COOH}+5{\mathrm{CH}}_{3}\mathrm{COOH}+8{\mathrm{MnSO}}_{4}+4{\mathrm{K}}_{2}{\mathrm{SO}}_{4}+12{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}$$.

Если в молекуле алкена двойная связь находится на конце, то одним из продуктов реакции будет углекислый газ:

$$ {\mathrm{CH}}_{3}-\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_{2}+2{\mathrm{KMnO}}_{4}+3{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{SO}}_{4}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$$

$$ \stackrel{\mathrm{t}°}{\to } {\mathrm{CH}}_{3}\mathrm{COOH}+{\mathrm{CO}}_{2}+2{\mathrm{MnSO}}_{4}+{\mathrm{K}}_{2}{\mathrm{SO}}_{4}+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}$$.

При жёстком окислении разветвлённых алкенов образуются кетоны:

Таким образом по продуктам жёсткого окисления можно установить положение двойной связи в исходном алкене.

Для подбора стехиометрических коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях (ОВР) возможны два метода: электронного и электронно-ионного баланса.

В методе электронного баланса существует несколько простых правил, с помощью которых можно определить степени окисления атомов в молекулах органических веществ:

1. Степень окисления водорода в органической молекулы всегда `+1`, а кислорода `-2` (за исключением перекисей, где она составляет `-1`)

2.  Молекулу необходимо разделить на фрагменты, включающие по одному атому углерода, в каждом из которых сумма степеней окисления всех атомов должна быть равна нулю.

Примеры:

Атомы химических элементов

1. Строение атома
2. Электронная формула
3. Металлические и неметаллические свойства
4. Электроотрицательность
5. Ковалентная неполярная химическая связь
6. Ковалентная полярная химическая связь
7. Ионная химическая связь
8. Металлическая связь

Строение атома

Сегодня мы поговорим об атоме, его строении и свойствах атомов.

Каждый атом состоит из ядра и оболочки.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Протон это частица, которая имеет заряд +1 и атомную массу 1.

Нейтроны не имеют заряда (они нейтральны), но имеет массу, равную единице. Сумма всех протонов ядра называется зарядом ядра и обозначается заглавной буквой Z. Сумма нейтронов обозначается заглавной буквой М. Нетрудно догадаться, что так как нейтроны нейтральны, а протон имеет заряд плюс один, то все ядро будет заряжено положительно.

Так как и протоны, и нейтроны имеют массу, равную единице, то существует какая-то величина, выражающая массу ядра. Она называется массовым числом и обозначается заглавной буквой А. Оно равно сумме протонов и нейтронов.

В периодической системе Менделеева вещества расположены в конкретном порядке. В каждой ячейке рядом с обозначением элемента есть цифры.

Есть цифра, которая обозначают заряд ядра (Z), то есть количество протонов. Есть цифра, которая, обозначает массовое число A.

^AX_Z

Химическим элементом называются атомы веществ, которые содержат одинаковое количество протонов.  

Ядра химических элементов неустойчивы, и количество нейтронов в них может меняться, они могут приходить и уходить.

Если количество протонов в некоторых атомах одинаковое, а количество нейтронов разное,  то и массовое число у них тоже будет разным. Такие атомы называются изотопами. Например, существуют изотопы лития

⁶Li₃⁷Li₃

Также существуют такие химические элементы, у которых будут одинаковое массовое число, но разное число протонов. Такие элементы называются изобары. Конечно же, это разные химические элементы.

⁴⁰К₁₉⁴⁰Ca₂₀

Вокруг ядра присутствует оболочка электронов. Электроны имеют настолько маленькую массу, что в некоторых случаях мы говорим, что она равна нулю.

Электрон имеет отрицательный заряд. И есть такое правило, что в нормальном состоянии количество протонов должно равняться количеству электронов. И этого следует, что наш атом будет заряжен нейтрально, то есть отрицательный заряд будет равен положительному.

Электронная формула

Давайте посмотрим, как можно записать электронную формулу, которая будет отображать структуру электронных оболочек в атоме.

Мы говорили, что существуют энергетические уровни, число которых равно номеру периода. В этом энергетическом уровне есть подуровни.

В каждом подуровне есть орбитали. В первом s-подуровне 1 орбиталь,  в p-подуровне  3 орбитали, в  d-подуровне 5 орбиталей и в f-подуровне 7 орбиталей.

Как же они обозначаются?

s(1) = _

p(3) = _ _ _

d(5) = _ _ _ _ _

f(7) = _ _ _ _ _ _ _

Электронная формула химического элемента отражает то, как электроны в атоме химического элемента располагаются по энергетическим уровням и на орбиталях в подуровнях.

Давайте возьмем водород, у которого есть только один электрон, и который находится в 1 периоде и 1 группе. У него 1 уровень и 1 подуровень.  Количество орбиталей тоже равно 1.

Электронную формулу водорода можно записать в таком виде

₁H 1s¹

Существует три принципа составление электронных формул:

• Первый принцип гласит, что электроны заполняют орбитали в порядке возрастания энергии. Сначала заполняется s-подуровень, затем p-подуровень и т.д.
• Второй принцип Паули говорит о том, что в одной орбитали может быть не более двух электронов.
• Третье правило говорит о том, что сначала электроны будут заполнять свободные орбитали по одному, а зачем, если останутся лишние электроны, они будут по второму кругу заполнять орбитали.

Индекс около знака подуровня (s2, p3) обозначает количество электронов на орбиталях этого подуровня.

Давайте попробуем составить формулу электронную лития.

₃Li — 1s²2s¹

Литий имеет номер 3, то есть у него всего 3 электрона. Он находится во втором периоде, значит у него два уровня. Он находится в первой группе, значит у него один внешний электрон.

Номер группы говорит о том, сколько внешних валентных электронов в нашем атоме. Валентные электроны участвуют в образовании химической связи.

Рассмотрим также элемент кальций.

₂₀Ca — 1s²2s²p⁶3s²p⁶4s²

В общем случае электроны располагаются по орбиталям по правилу Клечковского и в соответствии с принципами, описанными выше.

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s ≈ 3d < 4p < 5s ≈ 4d и т.д.

Металлические и неметаллические свойства

Металлические свойства элементов — это свойство атомов отдавать электроны. Например, у металлов, как правило, на внешнем энергетическом уровне находится от одного до трех электронов.

Неметаллические свойства — это способность принимать на себя электроны. У этих элементов на внешнем энергетическом уровне будет находиться от 4 до 8 электронов.

Давайте разберемся, как по периодической системе элементов можно понять, какими свойствами обладает тот или иной элемент.

Мы знаем, что в одном периоде у атомов одинаковое количество электронных слоёв, но количество электронов увеличивается. Электронов становится больше и они с большей силой притягиваются к ядру. Следовательно, терять электроны атому будет намного сложнее. А свойство принимать электроны будет увеличиваться.

В одной группе, наоборот, у атомов одинаковое количество внешних электронов, но увеличивается количество электронных слоев. Электроны располагаются от ядра все дальше, следовательно, больше шанс потери электронов у атома. Способность принимать чужие электроны у атома уменьшается.

В итоге, в периодической системе в группе сверху вниз и в периоде справа налево увеличиваются металлические свойства элементов, а в группе снизу вверх и в периоде справа налево увеличиваются неметаллические свойства.

Таким образом, мы теперь можем сравнивать разные элементы по их свойствам.

Электроотрицательность

Когда два атома взаимодействуют с образованием химической связи, один из атомов либо притягивает на себя электроны, либо отталкивает в зависимости от его неметаллических свойств.

Электроотрицательность — это способность перетягивать на себя электроны другого атома. Она выражается в конкретных числах, но слишком сложна для запоминания. Поэтому для удобства взяли за единицу электроотрицательность лития и остальные все элементы выражаются относительно этого элемента.

Li=1

Na=0,9

C=2,5

O=3,5

F=4

Таким образом, зная электроотрицательность элементов, можно делить их на металлы и неметаллы. Как правило, у металлов электроотрицательности не превышает 2. У неметаллов она больше 2.

При образовании химической связи вещество с большей электроотрицательностью будет притягивать к себе электроны другого атома с меньшей электроотрицательностью. В этом и заключается основная сущность химической связи, про которую мы поговорим далее.

Химическая связь между атомами может быть четырех видов:

• когда у двух элементов одинаковая электроотрицательность (ковалентная неполярная)
• когда у двух элементов электроотрицательность разная, но разница несущественная (ковалентная полярная)
• когда электроотрицательность сильно различается (ионная)
• металлическая связь

Ковалентная неполярная химическая связь

Первый вид связи, а именно ковалентная неполярная химическая связь,  может быть у двух одинаковых элементов неметаллов. Так образуются газы водород (H₂), азот (N₂), кислород (О₂).

Давайте посмотрим, как это происходит на примере водорода. У водорода один электрон, он находится в первом периоде и 1 группе. Соответственно, для заполнения внешнего уровня ему не хватает всего одного электрона. Чтобы его забрать он взаимодействует с другим атомом водородом с образованием общей электронной пары. Таким образом, эта общая электронная пара становится общей для того и для другого атома водорода, и в какой-то момент эти уровни заполняются до последнего.

H. + H. = H:H

Такой вид связи будет называться классическая ковалентная неполярная, так как эта общая электронная пара не будет смещаться ни к тому, ни к другому атому, потому что их электроотрицательность одинаковая.

Более сложный пример — это атом азота.

N… + N… = N:::N

Мы знаем, что у азота на внешнем уровне три неподеленных электрона. Чтобы заполнить до конца этот внешний уровень ему нужно ещё три электрона, которые он берёт у такого же атома азота.

Ковалентная полярная химическая связь

Рассмотрим вид химической связи, когда электроотрицательность различается несущественно на примере галогеноводородов, а именно взаимодействии водорода и хлора.

Вспомним, что у водорода один электрон на внешней оболочке, хлор находится в третьем периоде и 7-й группе.  У него на внешнем уровне 7 неспаренных электронов.

Ковалентная полярная связь будет выглядеть следующим образом:

Можно увидеть, что единственный электрон водорода сместился к хлору, потому что у хлора большая электроотрицательность. Атом хлора сильнее притягивает на себя электрон водорода. У этих атомов получаются неполные частичные заряды. У атома хлора установится частичный отрицательный заряд, а у водорода, от которого немного отсоединился электрон, появляется частично положительный заряд.

Эти частичные заряды частичные, и поэтому они меньше единицы, при этом атомы не становятся ионами.

Ионная химическая связь

Ионные химические связи образуется между атомами, у которых очень большая разница в электроотрицательности. Эти элементы находятся в периодах и в группах периодической системы далеко друг от друга.

Рассмотрим этот вид связи на примере взаимодействия натрия и фтора.

Электроотрицательность натрия равна  0,9, а у фтора 4.  Это довольно большая разница.

У натрия, который находится в первой группе, на внешнем энергетическом уровне находится один Электрон, у фтора на внешнем энергетическом уровне находятся семь электронов, так как он находится в седьмой группе.

Для заполнения и того, и другого внешнего слоя они необходимы друг другу. Но так как у них достаточно большая разница в электроотрицательности, натрий отдает фтору свой внешний электрон полностью и становится заряженным положительно. Атом фтора с стильными металлические свойствами этот электрон забирает и становится заряженным отрицательно.

Na₀ + F₀ = Na⁺F^—

Наши атомы стали положительно заряженными и отрицательно заряженными.

Атомы, которые меняют свой заряд в зависимости от того, принимают они на себя электронный заряд или отдают, называются ионами, поэтому и химическая связь называется ионная.

Металлическая связь

Металлы не находятся в природе в виде отдельных атомов. Вы никогда не увидите отдельно лежащий атом натрия или алюминия. Металлы находятся в природе в виде кристаллов и имеют структуру в виде кристаллической решетки.

Давайте разберем это на примере пластинки алюминия.

Если мы посмотрим в периодическую таблицу, мы увидим, что алюминий находится в третьей группе. Это значит, что на внешнем энергетическом уровне у него три электрона. Эти электроны могут свободно открепляться от нашего атома, и атом алюминия будет превращаться в положительно заряженный ион.

Это происходит не у всех атомов алюминия, то есть некоторые атомы отдают свои три электрона, а некоторые пока остаются в неизменном виде.

Свободно циркулирующие по металлической решетке электроны присоединяться к другим положительно заряженным ионам алюминия.

Положительно заряженные ионы алюминия будут превращаться опять в обычные атомы алюминия.

В чём же сходство и отличие металлической связи от ионной и ковалентной связи?

Как и ионная, металлическая связь тоже образована ионами, но в металлической связи присутствуют только положительно заряженные ионы и нейтральные атомы.

Связь между ними осуществляется с помощью электронов, которой движутся вокруг них.

Урок 1. химический элемент. нуклиды. изотопы. законы сохранения массы и энергии в химии — Химия — 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 1. Химический элемент. Нуклиды. Изотопы. Законы сохранения массы и энергии в химии

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме

Урок посвящён изучению основных понятий химии (химический элемент, изотоп, нуклид) и двум важнейшим законам природы – закону сохранения массы и закону сохранения энергии. Учащиеся узнают о важнейших характеристиках химического элемента, смогут назвать различие между понятиями «химический элемент», «нуклид», «изотоп» и научатся применять закон сохранения массы веществ при составлении уравнений химических реакций.

Глоссарий

Атом – это наименьшая частица химического элемента, которая несет все его свойства.

Изотопы – это нуклиды с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом и числом нейтронов

Нейтрон – это незаряженная элементарная частица.

Нуклиды – это различные виды ядер, которые отличаются зарядом или массовым числом.

Протон – это положительно заряженная элементарная частица.

Элементарная частица – это объект, который нельзя разделить на более мелкие составляющие.

Радиоактивный распад – это превращение ядер нуклидов, сопровождающиеся изменением числа протонов или нейтронов в ядре и испусканием элементарных частиц, гамма-квантов или кластеров.

Химический элемент – это вид атомов с определенным зарядом ядра.

Электроны – это отрицательно заряженные элементарные частицы, которые движутся по орбиталям вокруг ядра.

Ядро – это положительно заряженная центральная часть атома.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

• Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Одним из основных понятий химии является атом. Атом – это наименьшая частица химического элемента, которая несет все его свойства. Согласно планетарной модели, атом состоит из ядра и электронов. Электроны – это отрицательно заряженные элементарные частицы, которые движутся по орбиталям вокруг ядра. Ядро – это положительно заряженная центральная часть атома. Ядра атомов превращаются друг в друга в ходе ядерных реакций.

Ядро состоит из двух типов элементарных частиц: протонов (Z) и нейтронов (N). Заряд нейтронов равен нулю. Протоны обладают зарядом +1. Общее число нейтронов и протонов в ядре называется массовым числом (А). Оно близко, но не равно по значению к атомной массе элемента, указанной в Периодической таблице. Заряд ядра равен числу протонов и порядковому номеру элемента в Периодической системе.

Вид атомов с определенным зарядом ядра называется химическим элементом. Химический элемент существует в виде простого вещества (металла или неметалла) или соединений с другими элементами. К характеристикам химического элемента относятся: атомный номер, относительная атомная масса, изотопный состав, положение в Периодической системе, строение атома, электроотрицательность, степени окисления, валентность, энергия ионизации, сродство к электрону, распространенность в природе.

Нуклидами называют различные виды ядер, которые отличаются зарядом или массовым числом. Они обозначаются следующим образом: вверху перед символом нуклида пишется массовое число, внизу – порядковый номер элемента. Нуклиды с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом и числом нейтронов называются изотопами. Изотопы одного элемента обладают одинаковыми химическими свойствами и почти не отличаются по физическим свойствам. Элементы представляют собой совокупность изотопов с разными массовыми числами, поэтому атомные массы многих элементов представлены дробными числами.

Химические реакции подчиняются законам сохранения массы и энергии. Закон сохранения массы веществ впервые сформулировал великий ученый М.В. Ломоносов. Экспериментально его доказал А.Л. Лавуазье. Формулируется закон следующим образом: масса исходных веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе продуктов реакции. В ходе реакции атомы веществ только перегруппировываются.

В двадцатом веке ученые обнаружили, что закон сохранения массы не соблюдается в случае ядерных реакций. После того, как А. Эйнштейн открыл взаимосвязь между массой и энергией, выраженную в его знаменитой формуле E=mc2, стало понятно, что закон сохранения массы лишь частный случай закона сохранения энергии. Закон сохранения энергии гласит: в изолированной системе энергия системы не исчезает и не появляется, а только переходит из одного вида в другой. Для составления ядерных реакций важно помнить, что суммарный заряд ядер и массовое число сохраняются.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Решение задачи на работу с Периодической системой.

Условие задачи: Введите формулу простого вещества, при бета-распаде которого образуется висмут.

Решение: Висмут – элемент с порядковым номером 83. При бета распаде один из нейтронов превращается в протон, таким образом заряд ядра атома увеличивается на единицу. Следовательно, химический элемент, образующий исходное вещество, находится на одну клетку левее висмута. Это свинец.

Ответ: Pb.

2.Решение задачи на закон сохранения массы или закон сохранения числа атомов.

Условие задачи: Расставьте коэффициенты в реакции и выберите правильное значение их суммы.

Al + S = Al2S3

А) 3

Б) 5

В) 6

Г) 10

Решение: Составим электронный баланс. Каждый атом алюминия присоединил 3 электрона, а каждый атом серы отдал два электрона. Тогда коэффициенты 2Al + 3S = Al2S3

Сумма коэффициентов = 6.

Ответ: В.

4.4: Свойства протонов, нейтронов и электронов

Цели обучения

• Опишите расположение, заряды и массы трех основных субатомных частиц.
• Определите количество протонов и электронов в атоме.
• Определите атомную единицу массы (а.е.м.).

Атомная теория Далтона многое объяснила о материи, химических веществах и химических реакциях. Тем не менее, это было не совсем точно, потому что вопреки мнению Дальтона, атомы на самом деле могут быть разбиты на более мелкие субъединицы или субатомные частицы. Мы очень подробно говорили об электроне, но нас интересуют еще две частицы: протоны и нейтроны. Мы уже узнали, что Дж. Дж. Томсон открыл отрицательно заряженную частицу, названную электроном . Резерфорд предположил, что эти электроны вращаются вокруг положительного ядра. В последующих экспериментах он обнаружил, что в ядре есть положительно заряженная частица меньшего размера, названная протоном . Существует также третья субатомная частица, известная как нейтрон.

Электронов

Электроны — это один из трех основных типов частиц, из которых состоят атомы. В отличие от протонов и нейтронов, которые состоят из более мелких и простых частиц, электроны являются элементарными частицами, которые не состоят из более мелких частиц. Это тип элементарных частиц, называемых лептонами. Все лептоны имеют электрический заряд \ (- 1 \) или \ (0 \). Электроны очень маленькие. Масса электрона составляет всего около 1/2000 массы протона или нейтрона, поэтому электроны практически ничего не вносят в общую массу атома. Электроны имеют электрический заряд \ (- 1 \), который равен, но противоположен заряду протона, который равен \ (+ 1 \). Все атомы имеют такое же количество электронов, что и протоны, поэтому положительный и отрицательный заряды «уравновешиваются», делая атомы электрически нейтральными.

В отличие от протонов и нейтронов, которые находятся внутри ядра в центре атома, электроны находятся вне ядра. Поскольку противоположные электрические заряды притягиваются друг к другу, отрицательные электроны притягиваются к положительному ядру.Эта сила притяжения заставляет электроны постоянно перемещаться через пустое пространство вокруг ядра. Рисунок ниже — это обычный способ представления структуры атома. Он показывает электрон как частицу, вращающуюся вокруг ядра, подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Однако это неверная точка зрения, поскольку квантовая механика показывает, что электроны более сложны.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Электроны намного меньше протонов или нейтронов. Если бы электрон был массой с пенни, протон или нейтрон имели бы массу большого шара для боулинга!

Протоны

Протон — одна из трех основных частиц, составляющих атом.{-15} \) метров.

Как вы уже догадались по названию, нейтрон нейтрон. Другими словами, он совершенно не заряжен и поэтому не привлекается и не отталкивается от других объектов. Нейтроны есть в каждом атоме (за одним исключением), и они связаны вместе с другими нейтронами и протонами в атомном ядре.

Прежде чем двигаться дальше, мы должны обсудить, как различные типы субатомных частиц взаимодействуют друг с другом. Когда дело касается нейтронов, ответ очевиден.Поскольку нейтроны не притягиваются и не отталкиваются от объектов, они на самом деле не взаимодействуют с протонами или электронами (кроме того, что они связаны с ядром с протонами).

Хотя электроны, протоны и нейтроны — все типы субатомных частиц, они не все одинакового размера. Когда вы сравниваете массы электронов, протонов и нейтронов, вы обнаруживаете, что электроны имеют чрезвычайно малую массу по сравнению с протонами или нейтронами. С другой стороны, массы протонов и нейтронов довольно похожи, хотя технически масса нейтрона немного больше массы протона.Поскольку протоны и нейтроны намного массивнее электронов, почти вся масса любого атома приходится на ядро, которое содержит все нейтроны и протоны.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Свойства субатомных частиц

Частица	Символ	Масса (а.е.м.)	Относительная масса (протон = 1)	Относительный заряд	Расположение
протон	п. +	1	1	+1	внутри ядра
электрон	e —	5. 45 × 10 −4	0,00055	-1	вне ядра
нейтрон	n 0	1	1	0	внутри ядра

Таблица \ (\ PageIndex {1} \) дает свойства и расположение электронов, протонов и нейтронов. В третьем столбце показаны массы трех субатомных частиц в «атомных единицах массы».«Атомная единица массы (\ (\ text {amu} \)) определяется как одна двенадцатая массы атома углерода-12. Атомные единицы массы (\ (\ text {amu} \)) полезны , потому что, как вы можете видеть, масса протона и масса нейтрона в этой системе единиц почти точно \ (1 \).

Отрицательный и положительный заряды равной величины компенсируют друг друга. Это означает, что отрицательный заряд электрона идеально уравновешивает положительный заряд протона. Другими словами, нейтральный атом должен иметь ровно один электрон на каждый протон.Если у нейтрального атома 1 протон, у него должен быть 1 электрон. Если у нейтрального атома 2 протона, у него должно быть 2 электрона. Если у нейтрального атома 10 протонов, у него должно быть 10 электронов. Вы уловили идею. Чтобы быть нейтральным, атом должен иметь одинаковое количество электронов и протонов.

Сводка

• Электроны — это разновидность субатомных частиц с отрицательным зарядом.
• Протоны — это субатомные частицы с положительным зарядом. Протоны связаны вместе в ядре атома в результате сильного ядерного взаимодействия.
• Нейтроны — это тип субатомных частиц без заряда (они нейтральны). Как и протоны, нейтроны связаны с ядром атома в результате сильного ядерного взаимодействия.
• Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу, но оба они намного массивнее электронов (примерно в 2000 раз массивнее электрона).
• Положительный заряд протона по величине равен отрицательному заряду электрона. В результате в нейтральном атоме должно быть равное количество протонов и электронов.
• Атомная единица массы (а.е.м.) — единица массы, равная одной двенадцатой массы атома углерода-12.

Материалы и авторство

Эта страница была создана на основе контента следующими участниками и отредактирована (тематически или всесторонне) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, представлением и качеством платформы:

атомов и молекул

атомов и молекул

Основные строительные блоки «нормальной» материи, которую мы видим во Вселенной
атомы и комбинации атомов, которые мы называем молекулами. Сначала рассмотрим
атомы, а затем молекулы. Однако мы увидим, что хотя
«нормальное дело»
состоит из атомов и молекул, большая часть материи во Вселенной не находится в
в виде атомов или молекул, а скорее в виде плазмы .
Мы обсудим плазму в следующем разделе.

Составляющие атомов

Атомы состоят из трех классов компонентов, как показано на рисунке.
следующая таблица.

Число протонов (или число электронов) называется атомным числом .
число для атома. Общее количество протонов плюс нейтроны называется
атомное массовое число для атома .Атомы
электрически нейтральный, потому что количество отрицательно заряженных
электронов в точности равна
количество положительно заряженных протонов. Количество нейтронов примерно
равна количеству протонов для стабильных легких ядер и примерно в 1-2 раза больше
число протонов для более тяжелых стабильных ядер.

Поскольку атомы нейтральны,
большая часть массы атомов находится в нейтронах и протонах, которые
занимают плотную центральную область, называемую ядром (см. атом Бора
ниже).

Изотопы элемента

Атомы, имеющие одинаковое количество протонов (и, следовательно, такое же количество
электронов), но разное количество нейтронов
называются изотопами рассматриваемого элемента. Таким образом, изотопы
элемента имеют
одинаковые атомные номера, но различаются их атомными массовыми числами. Компактный
обозначения изотопов элемента поясняются следующими примерами.

В этом обозначении элемент представлен своим химическим символом, атомным
число обозначено нижним левым индексом, число нейтронов обозначено
нижним правым индексом, а атомное массовое число — верхним
левый надстрочный индекс (некоторые из этих надстрочных и подстрочных индексов могут быть опущены,
в зависимости от контекста).

Таким образом, указанные выше символы обозначают соответственно
масса-235 и масса-238 изотопов урана (символ U), а масса-1, -2 и -3
изотопы водорода (символ H). Изотоп водорода с массой 2 также называют
дейтерий , а изотоп с массой 3 также называют тритием .

Периодическая таблица элементов

У элементов есть свойства, которые периодически повторяются с вариациями.
количества электронов (атомного номера). Схема расположения элементов
чтобы показать эту периодичность, называется периодической таблицей (элементов) .Вот

периодическая таблица элементов, которая дает атомный номер и символ для
все элементы, а также название и основные химические свойства каждого из них
элементы, если вы нажмете на
символ элемента в результирующей таблице.

Атомная структура

Атомная структура

Атомные спектры — что мы видим из атомов?

Что составляет атом? Атом состоит из тяжелого ядра протонов
(положительно заряженные частицы, записанные как p ⁺ ) и нейтроны (нейтральные
частицы, записанные как n ⁰ ), вокруг которых вращается облако чрезвычайно
легкие электроны (отрицательно заряженные частицы, обозначаемые как e ^— ).

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 H ₁ ).

• Атомы водорода с 1 протоном, 1 электроном и 1 нейтроном тяжелые
  изотоп водорода называется дейтерий ( 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 )?

  [NMSU, N. Vogt]

Как состав 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 уровни энергии, например, орбиты
  с определенными радиусами, допустимы.

• Свет или излучение, испускаемое или поглощаемое атомами при перемещении электронов из
  один энергетический уровень к другому можно представить как поток квантов
  называемые фотонами. Каждый фотон несет энергию E = h × v . Мы определяем
  эти уровни энергии выглядят следующим образом, говоря, что электрон находится в
  возбужденное состояние , когда в нем есть дополнительная энергия (представьте ребенка, отскакивающего от
  стены от волнения).

  [NMSU, N. Vogt]

• Основное состояние , минимально возможный уровень энергии
• Первое возбужденное состояние, следующий наивысший допустимый уровень энергии
• Второе возбужденное состояние, следующий наивысший допустимый уровень энергии
• Третье возбужденное состояние, следующий наивысший допустимый уровень энергии
• …
• До момента, когда электрон больше не связан с атомом
• Атом обычно имеет такое же количество протонов и электронов.Потому что
  протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный заряд, он несет
  бесплатно в этом состоянии. Когда атом теряет (или получает) электрон, мы говорим
  что он ионизирован, , а затем несет электрический заряд.

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

• Бревна и катятся под гору.
• Прыгающие шары медленно останавливаются.
• Люди падают спать по ночам, а утром им трудно встать.
• Таким же образом атомы водорода стремятся находиться в основном состоянии.

Что
происходит, когда мы добавляем энергию к атому водорода, бомбардируя его фотонами?

• Большинство фотонов проносятся мимо, не взаимодействуя с атомом.
• Но фотоны с правой энергией поглощаются атомом.
• В данном случае справа означает, что энергия фотона соответствует
  разница в уровнях энергии между разрешенными орбитами в водороде
  атом, а поглощено означает, что энергия фотона будет
  попадает в атом (оставляя атом в более высоком энергетическом состоянии).

  [NMSU, N. Vogt]

• Фотон с частотой v будет поглощен атомом, если
  энергия фотона соответствует разнице уровней энергии между разрешенными
  состояния в атоме.

Что будет дальше?

• Помните, что энтропия стремится к наименьшему доступному уровню энергии для всех.
  вещи, поэтому электрон, который был поднят на возбужденную орбиту, будет
  в конечном итоге 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
  та же энергия, что и исходная, которая была поглощена.

  [NMSU, N. Vogt]

Вот схематическая диаграмма разрешенных орбит в атоме водорода. Если
вы можете ответить на вопросы, перечисленные ниже, вы поняли!

[NMSU, N.Vogt]

• Какой переход (ы) соответствует (ам) поглощению фотона?
  A&D
• Какой переход соответствует испускаемому фотону с наивысшей энергией ?
  C
• Какой переход соответствует излучаемым фотонам с самой короткой длиной волны ?
  C
• Какой переход соответствует фотону с наименьшей энергией, поглощенному ?
  А
• Какой переход соответствует самой высокой частоте испускаемого фотона ?
  C

Спасибо Майку Болте
(Калифорнийский университет в Санта-Круз) за основное содержание этого слайда.

Каковы свойства протонов?

Протоны — это субатомные частицы, которые вместе с нейтронами составляют ядро ​​или центральную часть атома. Остальная часть атома состоит из электронов, которые вращаются вокруг ядра, как Земля вращается вокруг Солнца. Протоны также могут существовать вне атома, в атмосфере или в космосе.

В 1920 году физик Эрнест Резерфорд экспериментально подтвердил существование протона и назвал его.

Физические свойства

Протоны имеют немного меньшую массу, чем нейтроны в ядре, но они в 1836 раз массивнее электронов.- «представляет собой отрицательную экспоненту. Это число представляет собой десятичную точку, за которой следуют 26 нулей, затем число 16726. Что касается электрического заряда, протон является положительным.

Протон не является основной частицей, но фактически состоит из трех меньших частицы, называемые кварками.

Функции атома

Протоны внутри ядра атома помогают связать ядро ​​вместе. Они также притягивают отрицательно заряженные электроны и удерживают их на орбите вокруг ядра. Количество протонов в ядре атома определяет какой это химический элемент.Это число известно как атомный номер; часто обозначается с заглавной буквы «Z».

Экспериментальное использование

В ускорителях крупных частиц физики ускоряют протоны до очень высоких скоростей и заставляют их сталкиваться. Это создает каскады других частиц, пути которых затем изучают физики. Лаборатория физики элементарных частиц ЦЕРН в Швейцарии сталкивает протоны, чтобы изучить их внутреннюю структуру, используя ускоритель под названием Большой адронный коллайдер (LHC). Эти частицы удерживаются мощными магнитами, которые удерживают их в 27-километровом кольце, прежде чем они столкнутся.

Подобные эксперименты направлены на воссоздание в малом масштабе форм материи, существовавших в моменты существования после Большого взрыва.

Энергия звезд

Внутри Солнца и всех других звезд протоны соединяются с другими протонами посредством ядерного синтеза. Для этого плавления требуется температура около 1 миллиона градусов по Цельсию. Эта высокая температура заставляет две более легкие частицы сливаться в третью частицу. Масса созданной частицы меньше массы двух исходных частиц вместе взятых.

Альберт Эйнштейн в 1905 году открыл, что материя и энергия могут быть преобразованы из одной формы в другую. Это объясняет, как недостающая масса, потерянная в процессе синтеза, проявляется как энергия, которую излучает звезда. Таким образом, слияние протонов приводит в действие звезды.

Модифицированная структура протонов и нейтронов в коррелированных парах

Florida Государственный университет, Таллахасси, Флорида, США

В. Креде, П. Эухенио и А.И. Островидов

CLAS был спроектирован и построен совместно CLAS и лабораторией Джефферсона. Сбор, обработка и калибровка данных, моделирование детектора методом Монте-Карло и анализ данных были выполнены большим количеством участников сотрудничества CLAS, которые также обсудили и одобрили научные результаты.Представленный здесь анализ был проведен Б.С. и, как. при участии S.G., O.H., E. Piasetzky и L.B.W. и проверено коллаборацией CLAS.

Строение атома | Атом

В результате работы, проделанной предыдущими учеными над атомными моделями, ученые теперь имеют хорошее представление о том, как выглядит атом. Эти знания важны, потому что они помогают нам понять, почему материалы имеют разные свойства и почему одни материалы связываются с другими. Давайте теперь ближе познакомимся с микроскопической структурой атома (как атом выглядит внутри). {- \ text {19}} \) \ (\ text {C} \)).

Ядро (ESABB)

В отличие от электрона, ядро ​​ может быть разбито на более мелкие строительные блоки, называемые протонами и нейтронами . Вместе протоны и нейтроны называются нуклонами .

Ученые считают, что электрон можно рассматривать как точечную частицу или элементарную частицу , что означает, что он не может быть разбит на что-либо меньшее.

Протон

Электрон несет одну единицу из отрицательного электрического заряда (т.е.{- \ text {19}} \)

Таблица 4.2: Сводка частиц внутри атома.

Атомный номер и атомное массовое число (ESABC)

Химические свойства элемента определяются зарядом его ядра, т.е. числом протонов . Этот номер называется атомным номером и обозначается буквой Z .

Атомный номер (Z)

Число протонов в атоме.

Вы можете найти атомный номер в периодической таблице Менделеева (см. Периодическую таблицу в начале книги). Атомный номер является целым числом от 1 до 118.

Масса атома зависит от того, сколько нуклонов содержит его ядро. Число нуклонов, то есть общее количество протонов плюс нейтронов, называется атомным массовым числом и обозначается буквой A .

В настоящее время элемент 118 — это наивысший атомный номер элемента.Элементы с высокими атомными номерами (примерно от 93 до 118) не существуют долго, поскольку они распадаются в течение нескольких секунд после образования. Ученые считают, что после элемента 118 может быть «остров стабильности», на котором встречаются элементы с более высоким атомным номером, которые не распадаются за секунды.

Нуклид — это особый вид атома или ядра, характеризующийся количеством протонов и нейтронов в атоме. Чтобы быть абсолютно правильным, когда мы представляем атомы, как здесь, мы должны называть их нуклидами.{56} \ text {Fe} \), где атомный номер \ (Z = 26 \), а массовое число \ (A = 56 \). Количество нейтронов — это просто разница \ (N = A — Z = 30 \).

Не путайте обозначения, которые мы использовали здесь, с тем, как эта информация отображается в периодической таблице. В периодической таблице атомный номер обычно появляется в верхнем левом углу блока или непосредственно над символом элемента. Число под символом элемента — это его относительная атомная масса . Это не совсем то же самое, что атомное массовое число.Это будет объяснено в разделе «Изотопы». Пример железа показан ниже.

Для нейтрального атома количество электронов равно количеству протонов, поскольку заряд на атоме должен уравновешиваться. Но что произойдет, если атом получит или потеряет электроны? Означает ли это, что атом по-прежнему будет частью того же элемента? Изменение количества электронов в атоме не меняет его тип. {23} \ text {Na} \).Число протонов — 11, число нейтронов — 12, число электронов — 11.

Множественный выбор

Вся материя состоит из химических элементов, каждый из которых состоит из частиц, называемых атомами. Довольно грубая, но полезная картина атома — это жесткая сфера. Радиусы этих атомов составляют несколько ангстрем (где 10 ^-10 см. Есть 92 так называемых естественных элемента, 90 из которых могут быть обнаружены на Земле в настоящее время. Что случилось с «пропавшими 2») останется вам подумать.

Эти сферы содержат центральное ядро, которое содержит два типа частиц:

Атомный номер — это количество протонов в ядре атома. Атомное массовое число — это количество протонов и нейтронов в ядре. Все атомы элемента имеют одинаковое количество протонов — следовательно, один и тот же атомный номер; например, все атомы водорода имеют в ядре один протон. Каждому элементу присвоен символ — H для водорода. Вы должны выучить символы для восьми самых распространенных элементов в земной коре [кислород (O), кремний (Si), алюминий (Al), кальций (Ca), железо (Fe), магний (Mg), натрий ( Na) и Калий (K)].

Если бы мы могли взвесить отдельные атомы кальция, мы бы обнаружили некоторое изменение их массы; это должно быть связано с различиями в количестве
нейтроны в своем ядре, как и все, должны иметь одинаковое количество протонов — 20. Атомы, которые имеют одинаковый атомный номер, но разные массовые числа, являются изотопами .

Например, все атомы кальция имеют порядковый номер 20, но есть три изотопа кальция — 39, 40 и 42. (Сколько нейтронов у каждого изотопа?)

Помимо частиц в ядре, есть отрицательно заряженные частицы — электронов, , которые «вращаются» вокруг центрального ядра.Признание того, что распределение электронов вокруг ядра не является случайным, было одним из величайших достижений физиков 1920-х годов — квантовой механики.

Электроны занимают «уровни», отделенные от каждого из них некоторым объемом пространства, через которое электроны могут проходить, но не могут оставаться. Фактически, большая часть объема атома состоит из пустого пространства. [Я помню, что именно так Супермен мог проходить сквозь твердые объекты!] Электроны «притягиваются» к ядру (притягиваются положительные и отрицательные заряды).

Первичное деление этих уровней называется главным квантовым числом. Первый уровень (К) находится ближе всего к ядру.

По мере увеличения главного числа 1 … 2 …. 3 …. 4 количество электронов, которые могут находиться на уровне, увеличивается.

Уровень	Электроны
К	2
л	8
М	18
N	32

Максимальная занятость = 2n ² , где n — уровень… 1, 2, 3, 4 и т. Д.

В нейтральном атоме количество отрицательных частиц равно
количество положительных частиц (электроны = протоны).

Полезное упражнение — начать с первого элемента (водорода) с одним протоном и одним электроном и добавить протоны и электроны для создания оставшихся химических элементов. Процесс наращивания работает следующим образом. Начнем с одного электрона — он занимает пустое место.
ближайший к ядру уровень. В
второй электрон переходит на первый уровень (атомарный гелий) и
оболочка К) заполнена.Собственно, внутри основного уровня есть подуровни (кроме
К-оболочка).

Дополнительная оболочка	Максимальное количество электронов
с	2
п.	6
г	10
f	14

Для элемента 11 (Натрий — Na) есть 11 электронов и 11 протонов. Два электрона
находятся в оболочке K, 8 — в оболочке L и один — в оболочке M.Самый дальний электрон (ы) называют валентными электронами.

Главный уровень	Орбитали
K	1 с (макс. = 2) Всего = 2
L	2с (макс. = 2), 2p (макс. = 6) Всего = 8
M	3с (макс. alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Управление однофазным электродвигателем: Устройство для управления однофазным электродвигателем 05.02.197509.02.2022 Магнитная индукция соленоида: Электричество и магнетизм 28.07.202110.11.2020 Гту схема: ГТУ. Принципиальные схемы газотурбинных установок 12.10.202101.12.2020 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт