Кислород электроны протоны нейтроны: строительные блоки молекул / Хабр

строительные блоки молекул / Хабр

Если молекулы –

основные структуры

, задействованные в химии – это слова, из которых состоят все окружающие нас материалы, тогда атомы – это буквы, строительные блоки молекул. Слова бывают разной длины, и типичная молекула тоже может содержать несколько атомов, или несколько сотен, или даже сто тысяч атомов. Молекула столовой соли NaCl состоит из двух атомов, натрия Na и хлора Cl. Молекула воды H

₂

O содержит два атома водорода и один кислорода. Молекула столового сахара C

₁₂

H

₂₂

O

₁₁

содержит 12 атомов углерода, 11 кислорода и 22 водорода, организованных определённым образом.

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

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

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

Вопросы, которые можно задать об атомах:

1. Из чего состоят атомы?

2. В чём смысл атомного номера?

3. Каков главный источник различий в химическом поведении атомов разных элементов?

4. До какой степени разные атомы одного элемента схожи между собой?

5. Как части атома удерживаются вместе?

6. Почему атомы удерживаются вместе и образуют молекулы?

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

Рисованный атом

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

Рис. 1

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

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

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

Более реалистичный атом

Хотя рис. 1 примерно описывает архитектуру атома – электроны действительно находятся снаружи, а ядро, состоящее из протонов и нейтронов, в середине – он совершенно не передаёт реальную форму и суть атома, поскольку он выполнен не в масштабе, а мы живём в квантовом мире, в котором объекты ведут себя так, что их сложно нарисовать или представить.

С проблемой масштаба можно разобраться, нарисовав более точное (хотя всё ещё несовершенное) изображение, рис. 2.

Рис 2. Атом – по большей части пуст (серая область). По нему быстро движутся электроны (голубые точки, нарисованы не в масштабе, а гораздо больше). В центре находится тяжёлое ядро (красные и белые точки, нарисованы больше, чем в масштабе).

Вот, что я попытался передать этим изображением. Во-первых, электроны очень, очень малы, настолько малы, что мы так и не смогли измерить их размер – может статься, что они точечные и не имеют размера, но они точно не больше, чем 1/100 000 000 от диаметра атома. Во-вторых, ядра (и протоны с нейтронами, их составляющие) также крайне малы, хотя они и больше, чем электроны. Их размер измерен, и он примерно в 10 000 – 100 000 раз меньше диаметра атома. Атом немного похож на деревню. Протоны и нейтроны в ядре – большие дома, находящиеся в центре деревни, а электроны – далеко разбросанные фермерские домики. На большей части сельской местности растут зерновые культуры и нет домов. И хотя территория, считающаяся частью деревни, может быть большой, реально занимаемая домами площадь очень мала.

Но эта аналогия не полная, поскольку электроны, в отличие от фермерских домиков, очень быстро двигаются по серому региону на картинке и вокруг ядра со скоростями порядка 1% от скорости света. Покрываемая ими территория обычно не сферическая, а более сложной формы, кроме того не все электроны перемещаются по одной и той же территории.

Но, как я вас предупреждал, рис. 2 тоже не точный. Во-первых, нужно было бы нарисовать ядро в тысячи раз меньше, а электроны – в миллионы раз меньше, только тогда их не было бы видно. Если бы атом был размером с вашу спальню, то его ядро было бы размером с пылинку. По сравнению со своими компонентами, атомы огромны! В каком-то смысле большую часть атома составляет пустота!

Во-вторых, изображение не передаёт мутную природу квантовой механики. Уравнения квантовой механики описывают и предсказывают поведение молекул, атомов и субатомных частиц, и эти уравнения говорят нам, что у этих частиц могут быть очень странные и неинтуитивные свойства. Хотя электроны в каком-то смысле точечные (допустим, если вы захотите столкнуть два электрона друг с другом, то обнаружите, что можете сдвинуть их вместе на сколь угодно малое расстояние, и они ничем не выдадут своей внутренней структуры, если она вообще есть), есть возможность сделать так, что они, будучи оставленными в покое, будут распространяться как волна и заполнят всё серое пространство на рис. 2. Если это звучит странно, это не оттого, что вы чего-то не поняли: это странно и об этом тяжело думать. Я-то уж точно не знаю, как нарисовать атом, чтобы не вводить вас в заблуждение, и эксперты всё ещё спорят о том, как лучше всего о нём думать. Так что пока просто примите это как странный факт.

Размер электрона слишком мал для измерения, и его масса настолько мала, что электрон может распространиться по всему атому. А вот у ядра есть вполне измеренный и известный размер, а его масса так велика – больше 99,9% массы всего атома – что оно вообще не распределяется в пространстве. Ядро сидит в середине серой области.

Атом и его химия

Лучший приходящий мне в голову способ описать атом: большая часть массы атома содержится в ядре, находящемся в его центре, вокруг которого распределились чрезвычайно мелкие электроны гораздо меньшей массы, причём сделали это совершенно не так, как ведут себя частицы, заполнив всю серую область рис. 2.

Небольшой размер ядра по отношению к полному размеру атома, и то, что оно обычно находится в его центре, объясняет, почему оно играет относительно слабую роль в химии. Химия происходит – то есть, формируются и меняются молекулы – когда атомы приближаются друг к другу, а это происходит, когда внешние, валентные электроны одного атома близко подходят к внешним электронам другого – когда край серой области одного атома приближается к краю серой области другого. В химических процессах атомное ядро остаётся в центрах атомов, и никогда не приближается к другим ядрам. Основная роль ядра – обеспечение положительного заряда, удерживающего электроны, и большей части массы (определяющей, как сложно другим объектам передвигать этот атом).

Это отвечает на 3-й вопрос: химию атома в основном определяют подробности, связанные с его внешними электронами. Эти детали можно узнать (сложным способом, через уравнения квантовой механики), исходя из атомного номера Z.

Вместо того, чтобы заняться химией – темой, которой хватит на целый курс – мы перейдём на уровень ниже, к субатомным частицам, по пути отвечая на другие вопросы. Перечислим вопросы, с которыми мы разобрались, и вопросы, которые ещё предстоит изучить.

1. Из чего состоят атомы? Снаружи – электроны, в центре – атомное ядро (из протонов и нейтронов).

2. В чём смысл атомного номера? Это количество протонов в ядре атома, которое, в обычных условиях равно количеству электронов, его окружающих.

3. Каков главный источник различий в химическом поведении атомов разных элементов? Свойства внешних электронов, определяемые общим количеством электронов у каждого элемента, к примеру, атомным номером.

4. До какой степени разные атомы одного элемента схожи между собой? Обсудим это в статье про изотопы.

5. Как части атома удерживаются вместе? Обсудим это в статье о роли электрических сил и квантовой механики.

6. Почему атомы удерживаются вместе и образуют молекулы? Обсудим это в статье о роли электронов и электрических сил в построении молекул из атомов.

А вот вам ещё вопрос, который мог возникнуть при изучении рис. 2:

Если атом – по большей части пуст, почему объекты кажутся твёрдыми? Почему нельзя протянуть руку через экран компьютера, если экран состоит из атомов, по большей части пустых?

Бета-распад

3. Бета-распад     Явление β-распада состоит в том, что ядро(A,Z) самопроизвольно испускает лептоны 1-го поколения – электрон (позитрон) и электронное нейтрино (электронное антинейтрино), переходя в ядро с тем же массовым числом А, но с атомным номером Z, на единицу большим или меньшим. При e-захвате ядро поглощает один из электронов атомной оболочки (обычно из ближайшей к нему K-оболочки), испуская нейтрино.В литературе для e-захвата часто используется термин EC (Electron Capture).     Существуют три типа β-распада – β—-распад, β+-распад и е-захват. β—:    (A, Z) → (A, Z+1) + e— + e, β+:    (A, Z) → (A, Z-1) + e+ + νe, е:    (A, Z) + e— → (A, Z-1) + νe. (3.1)     Главной особенностью β-распада является то, что он обусловлен слабым взаимодействием. Бета-распад — процесс не внутриядерный, а внутринуклонный. В ядре распадается одиночный нуклон. Происходящие при этом внутри ядра превращения нуклонов и энергетические условия β—распада имеют вид (массу нейтрино полагаем нулевой): β— (n → p + e— + e),             M(A, Z) > M(A, Z+1) + me, β+ (p → n + e+ + νe),             M(A, Z) > M(A, Z-1) + me, e-захват (p + e— → n + νe),    M(A, Z) + me > M(A, Z-1). (3.2)     β-распад, также как и α-распад, происходит между дискретными состояниями начального (A,Z) и конечного (A,Z±1) ядер. Поэтому долгое время после открытия явления β-распада было непонятно, почему спектры электронов и позитронов, вылетающих из ядра при β-распаде были непрерывными, а не дискретными, как спектры α-частиц.     На рис. 3.1 показаны спектры электронов и антинейтрино, образующихся при β—-распаде изотопа 40K. Рис. 3.1. Спектры электронов и антинейтрино, образующихся при β—-распаде изотопа 40K, 40K → 40Ca + e— + e.     Считалось даже, что в β-распаде не выполняется закон сохранения энергии. Объяснение непрерывного характера β-спектра было дано В. Паули, который высказал гипотезу, что при β-распаде вместе с электроном рождается ещё одна частица с маленькой массой, т.е. β-распад − трехчастичный процесс. В конечном состоянии образуется ядро (A,Z±1), электрон и лёгкая нейтральная частица – нейтрино (антинейтрино). Т.к. масса ядра (A,Z±1) гораздо больше масс электрона и нейтрино, энергия β-распада уносится лёгкими частицами. Распределение энергии β-распада Qβ между электроном и этой нейтральной частицей приводит к непрерывному β-спектру электрона.     Из закона сохранения энергии следует, что спектр антинейтрино зеркально симметричен спектру электронов. Nν(E) = Ne(Qβ – E), где Nν(E) − число антинейтрино с энергией Е, Ne(Qβ – E) − число электронов с энергией (Qβ – E), Qβ − энергия β-распада, равная суммарной энергии, уносимой электроном и антинейтрино (энергия ядра отдачи 40Ca не учитывается).     Наряду с законами сохранения энергии, импульса, момента количества движения в процессе β-распада выполняются законы сохранения барионного B и электронного лептонного Le квантовых чисел. Электроны, нейтрино имеют B = 0, Le = +1. Позитроны, антинейтрино имеют B = 0, Le = −1.  Каждый нуклон, входящий в состав ядра, имеет B = +1, Le = 0.     Поэтому появление электрона при β—-распаде всегда сопровождается образованием антинейтрино. При β+-распаде образуются позитрон и нейтрино. При е-захвате из ядра вылетают нейтрино. Так как е-захват – двухчастичный процесс, спектры нейтрино и ядра отдачи являются дискретными. Наблюдение дискретного спектра ядер отдачи, образующихся при е-захвате, было первым подтверждением правильности гипотезы Паули.     β-радиоактивные ядра имеются во всей области значений массового числа A, начиная от единицы (свободный нейтрон) и кончая массовыми числами самых тяжелых ядер.     За счет того, что интенсивность слабых взаимодействий, ответственных за β-распад, на много порядков меньше ядерных, периоды полураспада β-радиоактивных ядер в среднем имеют порядок минут и часов. Для того чтобы выполнялись законы сохранения энергии и углового момента при распаде нуклона внутри ядра, оно должно перестраиваться. Поэтому период, а также другие характеристики β-распада в сильной степени зависят от того, насколько сложна эта перестройка. В результате периоды β-распада варьируются почти в столь же широких пределах, как и периоды α-распада. Они лежат в интервале T1/2(β) = 10-6 с – 1017 лет.

Ученые нашли седьмое дважды магическое ядро: Наука и техника: Lenta.ru

Физики из Окриджской лаборатории доказали, что ядро изотопа олова-132 является так называемым дважды магическим ядром, то есть число протонов и нейтронов в нем таково, что протонные и нейтронные оболочки оказываются полностью заполнены. Статья исследователей опубликована в журнале Nature. Коротко работа описана на портале Physics World.

Структура ядра, так же как и структура атома, состоит из оболочек, только заполняют их не электроны, а протоны и нейтроны. И так же как в случае атомов, структура ядра наиболее стабильна в том случае, если протонные и нейтронные оболочки оказываются полностью заполненными. Числа протонов и нейтронов, необходимые для полного заполнения оболочек, называют магическими. Соответственно, магическими зовут ядра с «правильным» числом протонов или нейтронов, а дважды магическими — с магическим набором и тех и других.

В настоящее время физикам известны шесть дважды магических ядер, структура которых подтверждена, — это гелий-4, кислород-16, кальций-40, кальций-48, никель-48 и свинец-208. Существуют и другие кандидаты на звание дважды магических ядер, однако их время жизни очень мало, поэтому физикам не удается изучить их структуру и подтвердить «статус». Одним из таких кандидатов является изотоп олова-132, в ядре которого есть 50 протонов и 82 нейтрона. Период полураспада олова-132 равен четырем секундам.

Обычно физики проверяют структуру предположительно магического ядра так: пленку из соответствующего изотопа бомбардируют атомами дейтерия — изотопа водорода, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Однако в случае олова-132 создать «мишень» невозможно, поэтому авторы новой работы провели эксперимент, используя обратную схему. Они разгоняли частицы олова-132 до одной десятой скорости света и бомбардировали ими полиэтиленовую пленку, в которой все атомы протия («обычный» легкий изотоп водорода) были заменены на дейтерий. Встречаясь с дейтерием, изотоп олова-132 «забирал» у него нейтрон. При этом «остаток» ядра дейтерия — протон — улетал. Изучая характеристики этого протона, ученые смогли доказать, что частица, «оторвавшая» от него нейтрон, действительно представляет собой дважды магическое ядро.

До сих пор считалось, что доказать «двойную магическую» природу ядра олова-132 на имеющемся у ученых оборудовании невозможно. И сейчас это удалось сделать только благодаря «хитрому» эксперименту. Окриджская лаборатория, где была выполнена эта работа, входит в число трех ведущих лабораторий, которые занимаются исследованием природы атомных ядер и синтезом новых элементов. Два других исследовательских центра расположены в Дармштадте в Германии и в Дубне в Подмосковье. Дубненские физики в начале апреля заявили о синтезе 117-го элемента таблицы Менделеева. Подробнее об этой работе можно прочитать тут, а интервью с руководителем эксперимента Юрием Оганесяном — тут.

Электронный Лист Storyboard por ru-examples

Texto del Guión Gráfico

• 
  имя Дата
• 
  Электронное устройство
• 
  Направления: На модели Бора, добавьте правильное количество электронов для каждого элемента. Затем определите, сколько протонов, электронов и нейтронов имеет элемент, его атомный номер и атомная масса.
• 
  водород
• 
  углерод
• 
  Протоны Нейтроны Электроны Атомный номер Атомная масса
• 
  Протоны Нейтроны Электроны Атомный номер Атомная масса
• 
  сера
• 
  азот
• 
  бор
• 
  Протоны Нейтроны Электроны Атомный номер Атомная масса
• 
  Протоны Нейтроны Электроны Атомный номер Атомная масса
• 
  Протоны Нейтроны Электроны Атомный номер Атомная масса
• 
  кислород
• 
  Протоны Нейтроны Электроны Атомный номер Атомная масса
• 
  гелий
• 
  Протоны Нейтроны Электроны Атомный номер Атомная масса

Атомы — урок.

Химия, 8–9 класс.

Термин «атом» предложил Дж. Дальтон в начале \(19\) века. Он назвал атомами мельчайшие частицы, не изменяющиеся в химических реакциях.

Атомы — мельчайшие химически неделимые частицы, из которых состоят вещества.

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.

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

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.

Пример:

атомы кислорода образуют два вещества. Когда они соединяются попарно, то образуется кислород.

Рис. \(4\). Молекула кислорода

Если же три атома кислорода образуют молекулу, то образуется озон.

Рис. \(5\). Молекула озона

В молекулах атомы соединены друг с другом химическими связями.

Источники:

Рис. 1. Атомы гелия и франция © ЯКласс

Рис. 2. Атом гелия https://image.shutterstock.com/image-vector/ten-atoms-illustration-600w-1147406696.jpg

Рис. 3. Атом кислорода https://image.shutterstock.com/image-vector/ten-atoms-illustration-600w-1147406696.jpg

Рис. 4. Молекула кислорода https://image.shutterstock.com/image-vector/molecules-ozone-oxygen-process-photochemical-600w-171095117.jpg

Рис. 5. Молекула озона https://image.shutterstock.com/image-vector/molecules-ozone-oxygen-process-photochemical-600w-171095117.jpg

Кислород атомные ядра — Справочник химика 21

    Как до 1900 г. считалось, что атом в соответствии с его определением является неделимым, так и до 1919 г. атомное ядро тоже считалось неделимым. Открытие ядерного распада при исследовании радиоактивности поставило перед учеными новую задачу нельзя ли искусственным путем разделить протоны в ядрах. Сомнения, существовавшие по этому поводу, были обусловлены тем, что силы, связывающие протоны, были чрезвычайно велики. Но в 1919 г. Э. Резерфорду удалось осуществить первую ядерную реакцию. Резерфорд бомбардировал газообразный азот быстрыми а-частицами (ядрами гелия), в результате чего ему удалось превратить атомы азота в атомы кислорода. [c.109]









    Когда атомное ядро поглощает нейтрон, оно необязательно становится новым элементом при этом может образоваться просто более тяжелый изотоп. Так, если кислород-16 приобретает нейтрон (массовое число 1), то он становится кислородом-17. Однако, присоединяя нейтрон, элемент может превратиться в радиоактивный изотоп. В этом случае элемент обычно распадается с излучением бета-частицы, а согласно правилу Содди, это означает, что он становится элементом, занимающим более высокое место в периодической таблице. Таким образом, если кислород-18 получает нейтрон, то он превращается в радиоактивный кислород-19. Этот изотоп излучает бета-частицу и становится стабильным фтором-19. Таким образом, бомбардируя кислород нейтронами, его можно превратить во фтор, [c.175]

    Это означает, что при поглощении ядром атома азота (с зарядом 7 и массой 14) одной й-частицы, т. е. ядра атома гелия (с зарядом 2 и массой 4), выделяется протон (с зарядом 1 и массой 1) и, следовательно, остается частица с зарядом 8 и массой 17, т. е. ядро одного из изотопов кислорода. Процессы в электронных оболочках атомов происходят несравненно легче, чем в атомных ядрах. Поэтому обычно при записи ядерных реакций состояние электронных оболочек атомов, для упрощения, не учитывается, и, например, а -частица, представляющая собой воп атома гелия с двойным зарядом Не++, записывается просто, как атом Г .ИИЯ. [c.411]

    Сколько нуклонов содержит атомное ядро а) натрия б) кремния в) магния г) кислорода  [c.41]

    АТОМНОЕ ЯДРО — центральная составная часть атома, в которой сосредоточена основная масса атома. А. я. имеет положительный заряд, определяющий количество электронов вокруг А. я. нейтрального атома, и порядковый номер элемента Z в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. А, я. состоит из протонов и нейтронов. Сумма протонов и нейтронов называется массовым числом и обозначается буквой М, Размеры А. я. (радиус 10 см) весьма малы по сравнению с размерами атома (10 см), но почти вся масса атома сосредоточена в А. я. А. я., имеющие одинаковое 2, но различное М, называются (как и соответствующие им атомы) изотопами и обозначаются символом атома со значениями М вверху и 2 внизу слева. Например, стабильные изотопы кислорода обозначаются 0, О, дО. Число А. я. значительно больше числа химических элементов, т. к. каждый химический элемент имеет ряд стабильных или радиоактивных изотопов. А. я. отличаются свойствами и строением. [c.34]

    Условимся обозначать протон буквой р, а нейтрон — буквой п. Тогда состав атомного ядра кислорода обозначим так  [c.293]

    В естественной плеяде изотопов кислорода преобладает изотоп в 0, его атомное ядро наиболее устойчиво среди других изотопов кислорода.  [c.212]

    Водородной связью называется связь между атомом водорода, соединенным ковалентной связью с атомом одной молекулы, и наиболее электроотрицательными атомами (фтором, кислородом, азотом, хлором, серой), принадлежащими другой молекуле. Эта особенность атома водорода связана с тем, что он после отдачи своего единственного электрона для ковалентной связи представляет собой атомное ядро, полностью лишенное электронной оболочки. Атомное ядро водорода Н+ способно своим положительным зарядом довольно прочно связаться с отрицательными атомами, в результате чего образуется водородная связь, называемая также водородным мостиком. Для амидных группировок капрона эта связь осуществляется между водородом и кислородом (обозначена точками) [c.189]

    На рис. 5.3 схематически изображено образование молекул Оа, Н2О и N3. Видно, что в молекуле Оа облака одной пары валентных 2/7-электронов перекрываются в направлении, соединяющем ядра атомов, образуя а-связь. Облака другой пары 2/7-электронов ориентированы параллельно и перекрываются в стороне от оси, соединяющей атомные ядра, образуя я-связь. Эти связи неравноценны. л-Связь слабее, чем (Т-связь. Общая энергия связи в молекуле О составляет 494 кДж/моль. Соединяя атом кислорода с двумя атомами водорода, получаем молекулу воды. Присоединение атомов Н к атомам О произойдет вдоль направления восьмерок, в результате чего возникает треугольная форма молекулы НаО. Действие сил отталкивания между атомами водорода [c.121]

    Дальнейшие работы Резерфорда дали возможность определить радиус атомного ядра и его заряд. Резерфорд первый наблюдал ядерную реакцию превращения атома N в изотоп кислорода. [c.31]

    Предположим, что мы хотим построить атомное ядро кислорода. Атомный вес его равен 16, число Менделеева равно 8. Так как заряд атомного ядра определяется числом Менделеева, то оно говорит о числе протонов в ядре. Значит, в атомном ядре кислорода содержится 8 протонов. Масса же его равна 16 значит, кроме 8 протонов, в ядре содержится еще 8 нейтронов. [c.293]

    Итак, атомы подгруппы кислорода способны к образованию цепочечных ассоциатов. Если каждый последующий атом занимает цис-положение, то цепочки образуют кольца. Если же атомы занимают транс-положения, то колец не возникает. Число ковалентных связей в кольце на единицу больше, чем в разомкнутой цепочке, имеющей такое же число атомов, как и в кольце, поэтому потенциальная энергия колец ниже потенциальной энергии разомкнутых цепочек. Гексагональная упаковка цепочек плотнее, чем ромбоэдрическая или моноклинная упаковка колец. С повышением молярной массы, усложнением электронной структуры и удалением внешних электронов от атомного ядра способность атомов элементов подгруппы кислорода к образованию дополнительных химических связей увеличивается и такие связи становятся прочнее. [c.216]

    Подобные полярные связи образуются и в том случае, когда для образования связывающего дублета электроны предоставляет каждый из атомов, но только тогда, когда из-эа структурного расположения и неодинакового притяжения электронного дублета различными атомными ядрами связывающая электронная пара смещена от центра связи к одному из ядер. Такая связь образуется в молекуле воды, в которой предполагается значительная степень ионного взаимодействия. Полярные связи образуются при связывании элементов, сильно различающихся по электроотрицательности. Это неудивительно, особенно для связей, которые образует кислород или фтор с некоторыми ионами металлов (щелочные и щелочноземельные металлы). [c.159]

    Энергия связывающей а-орбитали, образовавшейся между различными атомами, ниже, чем соответствующих атомных орбиталей, и молекулярная орбиталь обладает характеристиками, подобными атомной орбитали с низкой энергией (велико взаимодействие с другими атомными ядрами). Энергия разрыхляющей а-орбитали выше, чем у каждой атомной орбитали, и она обладает свойствами, подобными атомной орбитали с более высокой энергией. В карбонат-ионе а-орбиталь а-связи локализована в плоскости орбиталей О, и взаимодействие с ядром О сильнее, чем с ядром С. Это четко проявляется в сдвиге в сторону кислорода участвующих в связи электронов (табл. 4.4). Напротив, плоскость, в которой локализована молекулярная я-орбиталь, перпендикулярна плоскости, в которой локализована а-орбиталь, и она обладает совершенно иными свойствами. Обычно стабилизация при образовании молекулярных орбиталей тем больше, чем меньше разность энергий валентных состояний двух атомов. [c.158]

    Ординарная, двойная и тройная связи, удерживающие разнородные атомы, обычно поляризованы, так как различные атомные ядра имеют разное сродство к электронам. Эту поляризацию выражают включением ионных структур в изображение структуры способом резонанса. В диполярных формулах, участвующих в изображении резонансного гибрида, один атом становится лишенным электрона, другой — более богатым на один электрон, и заряды оказываются разделенными. Такого рода ионные структуры никоим образом не означают, что соединение может ионизировать. Они лишь служат для описания полярного характера связей между углеродом и притягивающими электроны атомами, такими, как кислород, сера, азот и галогены.  [c.104]

    Атомы элементов второго периода имеют следующие значения первой энергии ионизации (в эВ) 5,39 (У), 9,32(Ве), 8,30(В), 11,26(0, 14,53(М), 13,61(0), 17,42(Р), 21,56(Не). Таким образом, при переходе от У к Ме энергия ионизации возрастает, что объясняется увеличением заряда атомного ядра (при этом число электронных слоев остается одним и тем же). Однако, как видно из приведенных данных, /1 возрастает неравномерно у следующих за бериллием и азотом соответственно бора и кислорода наблюдается некоторое уменьшение / , что объясняется особенностями электронного строения. У бериллия, [c.46]

    Четным или нечетным в атомном ядре может быть и число протонов, и число нейтронов, т.е. надо рассматривать и те и другие частицы. Всего возможно четыре сочетания четного и нечетного, т.е. 4 типа изотопов чет/чет, нечет/чет, чет/нечет и нечет/нечет. Что же оказывает решающее влияние-четность протонов или же четность нейтронов В настоящее время для всех элементов известно около 300 стабильных изотопов. Если рассчитать суммарное содержание в земной коре изотопов каждого типа (исключая кислород, на изотопы которого приходится 52%), то получим такую картину изотопов с четным числом протонов и нейтронов, т.е. чет/чет-21% изотопов с нечетным числом протонов и четным числом нейтронов, т.е. нечет/чет-26% изотопов чет/нечет-1%, а изотопов нечет/нечет-всего 0,03%. [c.96]

    Например, углерод (группа IV) встречается во всех органических соединениях, а их изучено больше миллиона. Азот (группа V) присутствует вместе с углеродом, кислородом и водородом во всех живых существах. Кроме того, он составляет приблизительно 80% воздуха. Кремний (группа IV) образует основу песков и силикатов и поэтому повсеместно встречается на поверхности земной коры. Чтобы понять, каким образом атомные ядра в этих веществах удерживаются от взаимного отталкивания, т. е. понять, почему эти вещества устойчивы, мы должны рассмотреть ковалентную связь. Таким образом мы заложим основу для изучения органических соединений — основной группы соединений, встречающихся в организме.  [c.51]

    Число электронов у разных атомов различно. Оно определяется величиной заряда ядра. Заряд ядра всегда выражен целым числом зная величину ядерного заряда, можно точно установить число электронов для каждого химического элемента. Величина ядерного заряда точно совпадает с порядковым но мером элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. Из сказанного ясно, что порядковый номер указывает такл[c.53]

    Приведенное уравнение ядерной реакции показывает, что ядро атома азота 7N , сталкиваясь с а-частицей (ядром атома гелия гНе ), поглощает его. Получившееся неустойчивое атомное ядро испускает положительно заряженную частицу — протон Н , при этом образуется изотоп кислорода 80 . Иначе говоря, из атомных ядер азота и гелия образуются атомные ядра кислорода и водорода. [c.42]

    X V. у следовательно, две связи, О—Н в молекуле воды должны быть взаимно перпендикулярны (на рисунке вверху). Но вследствие взаимного отталкивания ядер атомов водорода происходит увеличение угла, обязуемого связями, с 90 до 105° (снизу). Молекула воды построена асимметрично — три атомных ядра образуют равнобедренный треугольник с ядром атома кислорода в вершине. На рис. 24 видно, что молекула воды является диполем. Вода — одна из наиболее полярных жидкостей. [c.89]

    Кроме заряда атомного ядра важнейшей характеристикой элемента является масса его атома. Абсолютная атомная масса — это масса атома элемента, выраженная в килограммах. Например, масса атома водорода равна 1,674 10 г масса атома кислорода равна 2,667 10 г. На практике используют относительные атомные массы, полученные делением массы атома на 1/12 массы атома углерода С. [c.42]

    Атомное ядро — образование очень прочное. Полная энергия. связи нуклонов выражает собой ту работу, какую необходимо затратить для отрыва друг от друга всех протонов и нейтронов данного ядра (как бы провести полную разборку ядра на нуклоны по отдельности). Найдено, что указанная энергия для атома гелия составляет 28,2 Мэе , для ядра атома кислорода— 127,2 Мэе, а у урана — 1780 Мэе и т. д. Для сравнения отметим, что энергия химической связи имеет порядок 10 эв. Мы видим, что энергия связи нуклонов в ядре в миллионы раз выше энергий химических связей в молекулах простых и сложных веществ. [c.13]

    Наряду с выяснением строения атомного ядра наука семимильными шагами двинулась по пути к овладению ядерной энергией. В 1919 году Резерфорду удалось впервые произвести искусственное превращение элементов — при бомбардировке азота радиоактивными частицами был получен кислород. [c.93]

    Таким образом, в образовании водородной связи проявляется как бы вторая валентность водорода, возникающая в тех случаях, когда он связан с наиболее электроотрицательными элементами (фтор, кислород, меньще —азот, хлор), и способная проявляться только в отнощении тол[c.94]

    Эти формулы отличаются друг от друга лишь положением пары электронов атомные ядра находятся в одинаковом положении в обеих формулах. Эти формулы, или предельные структуры, изображают, таким образом, лишь одно вещество. Реальное строение изображается лучше всего формулой III, которая выявляет сопряжение двойной связи С—N с неподеленными электронами атома кислорода. В реакциях этот анион может взаимодействовать согласно либо формуле I, либо формуле II. [c.525]

    Атомное ядро, в свою очередь, как впервые показал Д. Д. Иваненко (1932), построено из двух сортов элементарных частиц протонов и нейтронов. Протон, представляющий собой ядро атома водорода, несет один элементарный положительный заряд, а нейтрон электрически нейтрален. Таким образом, число протонов в каждом ядре равно порядковому номеру Ъ элемента. Массы протона и нейтрона очень близки друг к другу и близки к единице, если, как обычно, за единицу принимать атомного веса кислорода. Поэтому в этой шкале атомные веса всех ядер близки к целым числам. К последним близки и атомные веса самих атомов, так как электронная оболочка мало искажает эту целочисленность атомный вес электрона равен 1/1840. Целое число А, называемое массовым числом и округленно выражающее атомный вес, равно, очевидно, сумме протонов и нейтронов в ядре, а разность А — Ъ равна числу нейтронов в нем.  [c.22]

    Для истолкования указанных свойств было высказано предположение, что протоны и нейтроны в ядре распределяются по определенным ядерным уровням (оболочкам), предельное количество которых на каждом из них соответствует магическим числам нуклонов. Магические атомные ядра играют здесь роль аналогов атомов благородных газов. Этот подход лежит в основе модели ядерных оболочек. Такая модель объясняет высокую устойчивость ядра гелия, широкую распространенность кислорода и кремния в природе и др. Дальнейшая разработка моделей строения ядер пдквела к коллективной модели ядра. [c.50]

    Важным является также правило геохимии, сформулироваипое в 1914 г. итальянским ученым Г. Оддо атомние веса наиболее распространенных элементов выражаю ся числами, кратными четырем, или отличаются от них на незначительную величину. Действительно, максимальная распространенность соответствует кислороду (атомная масса 16), кремн 1ю (атомная масса 28), кальцию (атомная масса 40). Все эти числа кратны четырем. Можно предполол ить, что атомное ядра таких элементов состоят из целого числа а-частиц (ядро гелпя, атомная масса 4), которые сами ио себе очень устойчивы, и их стабнль- [c.243]

    Интересно, что тяжелые аналоги элементов-неметаллов — фосфор, сера, в отличие от азота и кислорода дающих локальные молекулы с кратными связями, образуют простые вещества, построенные за счет одинарных связей (например, одинарные связи Р—Р, 5—5 в молекулах Р4, 5в). Невыгодность образования кратных связей у фосфора, серы и их тяжелых аналогов объясняется уменьшением прочности таких связей по мере увеличения размеров атома (по сравнению с легкими аналогами). Это связано с уменьшением я-перекрывания орбиталей по мере роста их протяжснности, с увеличением электронного отталкивания при образовании кратных связей в условиях большого числа электронов. В то же время прочность одинарных связей неметалл—неметалл в группах при переходе от самых легких к более тяжелым элементам-аналогам увеличивается. Согласно современным данным [2] энергия одинарной связи О—О и N—N примерно на 100 ккал/моль меньше, чем энергия связи 5—5 и Р—Р соответственно. Однако возникающие при этом структуры отличаются от алмазоподобных и принадлежат к числу молекулярных. Это связано с несклонностью электронных оболочек атомов тяжелых неметаллов к 5р -гиб-ридизации (большое число электронных оболочек, удаленность наружных электронных слоев от атомного ядра). [c.249]

    Особым в 1дом ван-дер-ваальсовых сил является водородная связь. Эта связь образуется между атомами водорода и электроотрицательными атомами кислорода, азота и фтора. Возникновение водородной связи вызвано тем, что атом водорода после отдачи своего единственного электрона для химической ковалентной связи представляет собой атомное ядро, полностью лишенное электронной оболочки. Такое ядро своим положительным зарядом прочно связывается с отрицательными атомами К1Н… ОЯ2, К1Н… ЫЕг Н1Н… РЯа. [c.67]

    После того как стали более доступными эффективные источники медленных нейтронов, на помощь рентгенографическому анализу кристаллов пришла диффракция нейтронов (Ba on, 1955). В настоящее время техника метода трудна, и сам он с наибольшим успехом применяется в тех случаях, когда структура уже исследована рентгенографически. Нейтроны рассеиваются атомными ядрами. Это приводит к двух важным следствиям. Во-первых, атом оказывается точечным в той степени, которая допускается его тепловым движением это дает возможность более точной его локализации, однако в данном случае имеет еще большее значение поправка на обрыв ряда. Во-вторых, рассеивающая способность является функцией свойств ядра, а не возрастает с увеличением атомного номера. В общем тяжелые и легкие атомы рассеивают примерно одинаково. Рассеивающая способность обычного водорода, Н,—отрицательная (т. е. он рассеивает нейтроны с аномальным изменением фазы), так что атомы водорода выявляются в виде отрицательных пиков на карте распределения рассеивающей способности нейтронов однако величина этих пиков—того же порядка, что и пиков, соответствующих атомам кислорода или углерода поэтому точность локализации всех этих атомов одинакова. В противоположность обычному водороду дейтерий дает положительные пики. [c.70]

    Фотографии расщепления в результате удара показывают, что а-частица исчезает и при этом образуются две новых траектории. Длинная траектория обусловлена несомненно протоном, вторая, значительно более короткая траектория, похожа на траекторию, возникающую при упругом столкновении а-частицы с ядром азота. Следовательно, при ударе с последующим расщеплением атомное ядро, в данном случае азота, связывает а-частицу и отдает протон. В результате получается ддро с массовым числом 17 и атомным номером 8, т. е. ядро кислорода, которое и дает короткую траекторию. Фотографии ясно показали также, что при каждом ударе образуется только один протон следовательно, механизм расщепления соответствует второму из двух рассмотренных. Кроме азота он приложим и к другим атомам. [c.8]

    Ядро, как и атом в целом, имеет оболочечное строение. Особой стойчивостью отличаются атомные ядра, содержащие 2—8—20— 8—50—82—114—126—164 протонов (то есть ядра атомов с таким орядковым номером) и 2—8—20—28—50—82—126—184—196— 28—272—318 нейтронов, вследствие законченного строения их болочек. Только недавно удалось подтвердить эти воззрения расче-ами с помощью ЭВМ. Такая необычная устойчивость бросилась глаза, прежде всего, при изучении распространенности некоторых лементов в космосе. Изотопы, обладающие этими ядерными числа- и, называют магическими. Изотоп висмута 8з Bi, имеющий 126 нейронов, представляет такой магический нуклид. Сюда относятся акже изотопы кислорода, кальция, олова. Дважды магическими вляются для гелия — изотоп 2 Не (2 протона, 2 нейтрона), для альция — 20 Са (20 протонов, 28 нейтронов), для свинца — РЬ 82 протона, 126 нейтронов). Они отличаются совершенно особой рочностью ядра. [c.181]

    В 1919 году Розерфорд, воспользовавшись а-излучением, впервые осуществил расщепление атомного ядра азота посредством бомбардировки его а -частицами. При расщеплении ядра азота всегда возникало ядро водорода (протон) и образовывался кислород. В дальнейшем в результате подобных бомбардировок удалось добиться превращения ядер многих других атомов. Всегда при этом наблюдалось испускание ядер водорода.  [c.46]

    Метод ЭПР применим только для твердых тел, содержащих парамагнитные ионы или радикалы. Еще менее универсален метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — его можно применять только для веществ, содержащих атомные ядра со спином, отличным от нуля. Тем не менее исследование твердых катализаторов этим методом может дать ценные сведения, которых нельзя получить иными методами. Этим путем можно, например, определять различные виды структурных дефектов в твердом теле, поскольку симметрия кристаллического поля влияет на расщепление энергетических уровней ядерного момента в этом поле. Изучая характер и интенсивность сигналов ЯМР, можно получить ценную информацию о нарушениях симметрии кристаллического поля. Такое исследование было проведено, в частности, для 7-А12О3, которая, как известно, имеет неупорядоченную структуру (статистическое распределение ионов в октаэдрических и тетраэдрических пустотах плотноупако-ванной решетки из ионов кислорода, причем большая часть пустот остается незаполненной или занятой протонами). 23 атомами бериллия и ни один атом не будет обделен. Ибо у обоих химически элементов по две “ответные части”.

Если же предстоит соединить трехвалентный элемент с пятивалентным, надо взять пять моль первого элемента и три моль второго. Потому что у 5 моль трехвалентного элемента столько же “концов”, сколько у 3 моль пятивалентного. Нетрудно догадаться, да?

А как же узнать, сколько весит один моль того или иного вещества?

Да легко: 12 грамм углерода — это 1 моль (так решил Авогадро — должен же быть эталон). Что, по сути, означает: молярная масса углерода — 12 грамм на моль. Атом углерода имеет атомную массу 12 (смотрим ее в таблице Менделеева). Если вещество, например, вдвое тяжелее углерода, ясно, что один моль такого вещества (такое же количество атомов) будет весить ровно вдвое больше. Несложно догадаться, что любое вещество имеет молярную массу, равную его атомной массе. А атомная масса указана в таблице Менделеева. 23 атомов.

Взвешиваем сколько нужно моль одного вещества и другого. Производим реакцию. Вся любовь.

Если же в реакции участвуют молекулы, суммируем массы всех атомов, входящих в состав молекулы. Например, вода — h3O. Смотрим таблицу Менделеева: водород весит 1 а.е.м. (атомная единица массы), кислород — 16.

В молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода. Суммируем:

1 а.е.м первого атома водорода +1 а.е.м. второго атома водорода +16 а.е.м. атома кислорода =18 а.е.м.

Сие означает: один моль воды весит 18 грамм. И эти 18 грамм содержат столько же “структурных единиц”, сколько эталон — 12 грамм углерода. Просто? Пожалуй. Понятно, что верно и обратное утверждение:

сколько весит (в граммах) один моль любого вещества, столько нуклонов содержится суммарно в его молекулах.

А если вещество — газ? Его как взвесить?

Никак. В этом нет необходимости. Ибо 1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 литра. Прикольно, да? Одинаковое количество молекул любого газа в одинаковых условиях занимает одинаковый объем. А что есть “нормальные условия”? 0 градусов по Цельсию и 1 атмосфера. Или один килограмм на квадратный сантиметр, если угодно.

Из вышеприведенного видно, что если испарить 18 грамм (1 моль) воды, она займет объем 22,4 литра.

Если мы хотим взорвать гремучий газ — смесь кислорода с водородом — нужно 22,4 литра кислорода смешать с 44,8 литра водорода. Надеть каску и поднести спичку. Смесь сгорит (точнее, взорвется) без остатка.

В цилиндры двигателя внутреннего сгорания засасывается воздух и впрыскивается топливо. Топливо сгорает, выделяется тепло и совершается работа — перемещается поршень. Если мы хотим ехать помедленнее, подаем в цилиндры меньше топлива — убираем ногу с педали акселератора (в народе — педаль газа). В этом случае части молекул кислорода не достается топливо и эти молекулы выходят из цилиндра не среагировав с ним — в виде того же кислорода.

Если же нам нужно ускориться — давим на педаль — впрыскиваем больше топлива. Когда мы давим педаль «в пол», уже каждая молекула кислорода находит себе молекулы топлива для реакции, а значит газ в цилиндре нагревается (а значит — и расширяется, давя на поршень) сильнее.

Но больше определенного количества топлива в цилиндр подавать нет смысла — для его сгорания просто не хватит кислорода в цилиндре. То есть, части молекул топлива не достанется молекул кислорода, не сгоревшая часть топлива вылетит в выхлопную трубу. И никакой прибавки мощности мы не получим. Если прибавка мощности таки нужна, требуется двигатель либо с большим объемом цилиндров (чтобы больше воздуха влезало), либо в цилиндры воздух придется подавать под давлением — с турбины или компрессора. Только в этом случае каждая молекула топлива найдет себе молекулу кислорода для окисления (сгорания).

В этом смысл молярных расчетов.

Вообще, смесь горючих газов с кислородом взрывается только при определенном диапазоне их соотношений. Если одного из газов слишком много или мало, взрыва не будет. Максимальная же мощность при взрыве выделяется при правильном соотношении газов, когда на каждую молекулу одного газа приходится молекула второго газа-реагента (если их валентность одинакова). Если же валентность разная, то при правильном соотношении их объемов с учетом валентности:

Фермилаб | Наука | Пытливые умы

Физика Вопросы, которые задают люди Фермилаб

Частицы и их свойства

Вопрос:
Я надеялся, что вы поможете мне узнать, как вычислить число
протонов, число нейтронов и число электронов
конкретный атом. Например, кислород 8 O 16, я не знаю, как это вычислить.
это из. Заранее благодарим за помощь.
— D

Ответ:
Уважаемый D:

Ключевые свойства атома (например, кислорода) описываются Атомным
Число (которое равно 8 для кислорода) и общее количество нуклонов (которое равно 16
для кислорода). Атомный номер дает количество протонов в атоме. В
число нуклонов дает общее количество протонов плюс нейтроны в
атом. Число нуклонов всегда очень близко к атомному весу
атом (что составляет 15,9994 для кислорода).

Вот простой способ запомнить это:
Поскольку атом электрически нейтрален, у него всегда одно и то же количество
электроны (отрицательный заряд) и протоны (положительный заряд). Нейтроны
конечно, нейтральны.

Теперь вы можете выяснить, сколько электронов, протонов и нейтронов в кислороде:
Атомный номер (который всегда является меньшим из двух чисел) равен 8. Следовательно, 8
протоны. Поскольку атом нейтрален, также имеется 8 электронов.
Число нуклонов (которое является большим из двух чисел, потому что оно учитывает
все нуклоны, а не только протоны): 16. Это общее количество протонов и
нейтроны. Вычтите количество протонов (8), и вы получите количество
нейтронов, что тоже 8.

Другой пример: железо, которое составляет 26 Fe 56. В нем 26 протонов, 26 электронов,
и 56-26 = 30 нейтронов.

Чтобы найти атомные и групповые номера многих других элементов, вы можете посмотреть
следующий веб-сайт:
http://www.webelements.com/

С наилучшими пожеланиями,

Курт

Вернуться на главную страницу вопросов по физике

Кислород — Информация об элементе, свойства и применение

2.1 Электроны, протоны, нейтроны и атомы — Физическая геология

Вся материя, включая минеральные кристаллы, состоит из атомов, и все атомы состоят из трех основных частиц: протонов , нейтронов, и электронов . Как показано в Таблице 2.1, протоны заряжены положительно, нейтроны не заряжены, а электроны заряжены отрицательно. Отрицательный заряд одного электрона уравновешивает положительный заряд одного протона. И протоны, и нейтроны имеют массу 1, а электроны почти не имеют массы.

Элемент водород состоит из простейших атомов, каждый из которых состоит только из одного протона и одного электрона. Протон образует ядро, а электрон вращается вокруг него. У всех других элементов в ядре есть нейтроны, а также протоны, такие как гелий, как показано на рис. 2.2. Положительно заряженные протоны имеют тенденцию отталкиваться друг от друга, а нейтроны помогают удерживать ядро ​​вместе. Число протонов — это атомный номер , а число протонов плюс нейтроны — это атомная масса . Для водорода атомная масса равна 1, потому что есть один протон и нет нейтронов.Для гелия это 4: два протона и два нейтрона.

Для большинства из 16 легчайших элементов (до кислорода) количество нейтронов равно количеству протонов. Для большинства остальных элементов нейтронов больше, чем протонов, потому что дополнительные нейтроны необходимы, чтобы удерживать ядро ​​вместе, преодолевая взаимное отталкивание растущего числа протонов, сосредоточенных в очень маленьком пространстве. Например, в кремнии 14 протонов и 14 нейтронов. Его атомный номер 14, а атомная масса 28.Самый распространенный изотоп урана состоит из 92 протонов и 146 нейтронов. Его атомный номер 92, а атомная масса 238 (92 + 146).

Рисунок 2.2 Изображение атома гелия.

Точка посередине — это ядро, а окружающее облако обозначает, где два электрона могут быть в любой момент. Чем темнее оттенок, тем больше вероятность того, что там будет электрон. Ангстрем (Å) составляет 10 ^-10 м. Фемтометр (фм) 10 ^-15 м. Другими словами, электронное облако атома гелия примерно в 100 000 раз больше его ядра.

Электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, расположены в оболочках, также известных как «энергетические уровни». Первая оболочка может содержать только два электрона, а следующая оболочка может содержать до восьми электронов. Последующие оболочки могут содержать больше электронов, но самая внешняя оболочка любого атома вмещает не более восьми электронов. Электроны в самой внешней оболочке играют важную роль в связи между атомами. Элементы с полной внешней оболочкой инертны в том смысле, что они не вступают в реакцию с другими элементами с образованием соединений. Все они появляются в крайнем правом столбце периодической таблицы: гелий, неон, аргон и т. Д. Для элементов, не имеющих полной внешней оболочки, самые внешние электроны могут взаимодействовать с самыми внешними электронами соседних атомов, создавая химические связи. Конфигурации электронных оболочек 29 из первых 36 элементов перечислены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Конфигурации электронных оболочек некоторых элементов до элемента 36. (Инертные элементы с заполненными внешними оболочками выделены жирным шрифтом.)

			Число электронов в каждой оболочке
Элемент	Обозначение	Атомный №	Первая	Второй	Третий	Четвертый
Водород	H	1	1
Гелий	He	2	2
Литий	Li	3	2	1
Бериллий	Be	4	2	2
Бор	В	5	2	3
Углерод	С	6	2	4
Азот	N	7	2	5
Кислород	O	8	2	6
фтор	F	9	2	7
Неон	Ne	10	2	8
Натрий	Na	11	2	8	1
Магний	мг	12	2	8	2
Алюминий	Al	13	2	8	3
Кремний	Si	14	2	8	4
фосфор	П,	15	2	8	5
сера	S	16	2	8	6
Хлор	Класс	17	2	8	7
Аргон	Ар	18	2	8	8
Калий	К	19	2	8	8	1
Кальций	Ca	20	2	8	8	2
Скандий	SC	21	2	8	9	2
Титан	Ti	22	2	8	10	2
Ванадий	В	23	2	8	11	2
Хром	Cr	24	2	8	13	1
Марганец	Мн	25	2	8	13	2
Утюг	Fe	26	2	8	14	2
.	.	.	.	.	.	.
Селен	SE	34	2	8	18	6
Бром	руб.	35	2	8	18	7
Криптон	Кр	36	2	8	18	8

Атрибуции

Рисунок 2.2
Атом гелия от Yzmo находится под CC-BY-SA-3.0

Атомная структура

Курс геолого-геофизических исследований мистера Панико — Чартерная школа Odyssey — сентябрь 2012 г.

Модель атома и материя

Студенты: вся вселенная состоит из чрезвычайно маленьких частиц материи, называемых атомами .
Слово атом означает неделимый. Если атом разделен, то его уже нельзя будет распознать как материю
. Внутри атома находятся субатомных частиц трех типов: протонов, нейтронов и электронов.

Протоны, нейтроны и электроны
Протон — это частица, которая несет положительный электрический заряд и расположена в центре атома. Центр атома называется ядром . Второй тип частиц в ядре называется нейтроном. Нейтроны также расположены в ядре, и эти частицы не имеют электрического заряда и, следовательно, являются нейтральными .

Третий тип субатомных частиц называется электроном , и он намного меньше протона или нейтрона. Электроны вращаются вокруг атома в большой области пространства, окружающей ядро. Электрон имеет отрицательный электрический заряд . Мы знакомы с электронами в том смысле, что электроны текут по проводам как электричество .

Модель атома
Электроны вращаются вокруг ядра на разном расстоянии от ядра, при этом более энергичные электроны вращаются дальше по орбите.Если бы мы могли создать точную в масштабе модель атома, мы бы увидели, что ядро ​​очень маленькое, скажем, размером с бейсбольный мяч, а электроны подобны размеру изюма, вращающегося вокруг бейсбольного мяча с очень большого расстояния. примерно 5 футбольных полей или 1500 футов

Атомы состоят в основном из пустого пространства
Вы можете видеть, что эта модель в истинном масштабе показывает, что существует огромное количество пространства, которое состоит из атомов, и поэтому атомов в основном состоят из пространства .

Число протонов определяет тип атома
Первичной субатомной частицей является протон, потому что число протонов внутри атома определяет тип атома . Например, все атомы, в ядре которых есть 8 протонов, являются атомами кислорода. Все атомы, у которых есть 6 протонов, являются атомами углерода. Лучше сказать, чтобы атом был атомом золота, он должен иметь 79 протонов, не больше и не меньше. Если бы атом мог изменить количество протонов, он стал бы другим типом атома. (Изменение числа протонов в атоме происходит в природе, и это называется ядерным распадом).

94 известных типа атомов
Во вселенной есть 94 естественных атома, о которых известно науке. Эти атомы представлены в Периодической таблице. Подробнее об этом позже…

Периодическая таблица

Элементы
Атомы также называют элементами. Элемент — это чистое вещество, состоящее только из одного типа атомов.Поскольку существует 94 типа атомов, существует 94 типа элементов. Железо — это один из видов элементов. Углерод — другое. Так же свинец и золото.

Буквы представляют элементы
Буквы, которые вы видите в периодической таблице, представляют элементы. Ртуть — Hg . Золото — Au . Нержавеющая сталь состоит из нескольких элементов, поэтому она не представлена ​​в периодической таблице. В Периодической таблице присутствуют только чистые элементы, а не смеси нескольких элементов.

Атомный номер = число протонов
Число протонов , которое имеет атом, называется его атомным номером . Атомный номер углерода равен 6, потому что атомы углерода имеют 6 протонов. Атомный номер кислорода равен 8, потому что атомы кислорода имеют в своем ядре 8 протонов. Атомный номер золота 79, потому что атомы золота имеют 79 протонов.

Здесь вы видите медь с атомным номером 29, потому что атомы меди содержат 29 протонов в своем ядре.

Атомы — это чистые химические элементы
Во Вселенной 94 естественных атома, это означает, что существует 94 естественных элемента . Элементы — это вещества, формы материи и газы, которые состоят из только одного типа атома .

Когда только один тип атома составляет часть материи, эта материя называется элементом. Если вы держали в руке кусок чистой меди, это означает, что в этом кусочке меди содержатся только атомы меди. Итак, это чистый кусок меди без каких-либо других типов атомов.Удерживать большой образец чистого элемента бывает редко. Большинство веществ, достаточно больших, чтобы их вместить, будут содержать смешанные с ними другие типы атомов.

Нержавеющая сталь, например, содержит несколько типов атомов, поэтому это не элемент, а смесь элементов.

3 протона и 3 электрона

Число протонов = Число электронов = Нейтральный заряд Атом
Теперь в большинстве атомов количество положительных протонов, которые они имеют, такое же, как количество отрицательных электронов, которые они имеют. Итак, у атома углерода с 6 протонами должно быть также 6 электронов, чтобы он был нейтральным атомом . Атом алюминия имеет 13 протонов, поэтому у него также должно быть 13 электронов.

Помните, что количество протонов равно количеству электронов в нейтрально заряженных стабильных атомах . (Есть исключение, когда атом является ионом, как это объясняется ниже).

В некоторых атомах количество нейтронов будет отличаться от количества протонов. Этот факт называют изотопами.
В общем, меньшие атомы имеют такое же количество нейтронов, что и протоны, но это не относится ко всем атомам. Например, среди атомов углерода, каждый из которых имеет 6 протонов, большинство атомов углерода будут иметь 6 нейтронов, НО не все будут. У некоторых атомов углерода может быть 8 нейтронов, хотя у большинства — 6 нейтронов.

На этом изображении Углерод-13 имеет 7 нейтронов, а Углерод-14 — 8

Изотопы относятся к вариациям в количестве нейтронов внутри одного типа атома.
Ссылаясь на тот факт, что атомы любого типа будут иметь некоторые вариации количества нейтронов, которые они содержат, мы называем изотопами .У всех атомов углерода должно быть 6 протонов, чтобы быть атомом углерода. У большинства атомов углерода также будет 6 нейтронов, но у некоторых будет 8 нейтронов. Эти вариации числа нейтронов составляют изотопов углерода . Атом углерода с 6 нейтронами — это изотоп под названием углерод-12 . Атом углерода с 8 нейтронами — это изотоп под названием cabaron-14 . Изотоп Углерод-12 имеет 6 протонов и 6 нейтронов, следовательно, Углерод-12. Изотоп Углерод-14 имеет 6 протонов и 8 нейтронов, отсюда и его название Углерод-14.

19 протонов + 20 нейтронов = атомная масса 39

Атомная масса (Атомный вес) — это количество протонов + нейтронов
Еще одно важное понятие для ученых — это атомная масса (также называемая атомной массой ). Атомная масса относится к весу или на самом деле массе атома. Каждая частица в ядре равна одной единице массы. Итак, 12 частиц в ядре атома равны массе 12. Если в ядре атома 6 протонов и 6 нейтронов, то общая масса этого атома = 12.У атома углерода 6 протонов и 6 нейтронов, поэтому его атомная масса = 12 ..

Если в ядре атома 8 протонов и 8 нейтронов, то этот атом имеет атомную массу 16.
Атомная масса атомов просто складывает протоны и нейтроны в его ядре .

Но количество нейтронов различается (изотопы)
Однако в любом типе атома будет некоторое изменение количества нейтронов, так как мы можем объявить точную атомную массу? Ученые просто используют среднее количество нейтронов для любого типа атома при определении атомной массы.Например, в углероде всего 6 протонов, но на самом деле в среднем 6,0107 нейтронов. Итак, атомная масса углерода равна 12,0107. НО ДЛЯ НАШИХ ЦЕЛЕЙ МЫ МОЖЕМ ОКРУГНУТЬ АТОМНУЮ МАССУ ДО 12.

Кислород состоит из 8 протонов и 8 электронов. Хотя большинство атомов кислорода имеют 8 нейтронов, у некоторых может быть меньше, поэтому общее число нейтронов для кислорода составляет в среднем 7,9994. Но для наших целей мы можем просто сказать 8 нейтронов.

Короткое видео по атомам и изотопам:

Пожалуйста, послушайте — Отличное видео по изотопам — 5 минут

Символы в таблице Менделеева

Периодическая таблица — это организованное визуальное представление всей информации о 94 типах атомов (то есть элементов), аккуратно помещенное в таблицу данных.Каждый атом или элемент представлен символом, который дает информацию об атоме.

Здесь вы видите атомный символ в Периодической таблице углерода.
~ Атомный номер 6 (имеет 6 протонов)
~ Символ — C (для углерода, да).
~ Имя Углерод.
~ Средняя атомная масса 12.0107. Атомная масса — это протоны + нейтроны. У большинства атомов углерода 6 нейтронов, но у некоторых их больше. Таким образом, среднее количество нейтронов составляет 6,0 · 107. Итак, атомная масса 12,0107.Но для наших целей мы можем просто округлить до 12.

Вот несколько периодических таблиц, которые вы можете увидеть в Интернете. Просмотрите эти диаграммы и ознакомьтесь с их информацией.

Простой цвет: http://go.hrw.com/resources/go_sc/periodic/SSHK1PER.PDF
Цвет: http://www.ktf-split.hr/periodni/download/en-color100.pdf
Черный и белый: http://www.ktf-split.hr/periodni/download/en-black.pdf

Подробнее о Периодической таблице (более тяжелые, большие атомы)
Периодическая таблица — это диаграмма, которая показывает возрастающее количество протонов с водородом (H) в верхнем левом углу в качестве первого элемента, потому что он имеет только 1 протон.Затем справа находится гелий (He), поскольку у него 2 протона. Затем вернитесь влево с литием (Li) с 3 протонами и так далее по таблице.

Обратите внимание на более крупные атомы, то есть атомы с большим количеством протонов и нейтронов расположены в нижней части таблицы. Эти «более тяжелые» элементы имеют большую массу на , то есть на частиц больше и буквально весят больше . У них также намного больше нейтронов, чем протонов. Правило состоит в том, что в целом у атома будет такое же количество нейтронов, как и у протонов, в основном применяется к меньшим атомам в первых 3 строках Периодической таблицы .

Тяжелый элемент бор (Bh) имеет 107 протонов, но его атомная масса равна 264. Итак, 264 — 107 = 157 нейтронов в среднем для атомов бория. Это много нейтронов и делает атом более массивным. Бориум и другие более тяжелые атомы определенно содержат больше нейтронов в ядре, чем протонов.

Дело

Когда одни и те же типы атомов объединяются, чтобы образовать вещество, эта материя называется элементом, потому что она состоит только из одного типа атомов. Но разные элементы могут объединяться вместе, образуя соединения.

Соединения
Соединения — это вещества, которые образованы двумя или более типами элементов (атомов), которые объединяются для создания совершенно нового вещества, чем элементы, которые его составляют. Например, элемент хлор (Cl) может объединиться с элементом натрия (Na), и тогда будет создано новое вещество, поваренная соль (NaCl). Элемент кислород (газ) может соединиться с элементом водород (также газ), и тогда будет создано новое вещество — вода (h3O, жидкость).

Два типа связи атомов: ионная и ковалентная
Когда различные типы атомов объединяются (то есть связываются друг с другом), чтобы создать новое вещество, существует два типа связи атомов. Один называется ионной связью , а другой называется ковалентной связью .

Ковалентное связывание для воды; Внешние оболочки разделяют электроны

Ионная связь
Ионная связь — это положительные и отрицательные электрические заряды, притягивающие друг друга (аналогично тому, как северный и южный концы магнита притягивают друг друга).

Ковалентная связь
Ковалентная связь — это самая внешняя оболочка электронов, разделяемая между другими атомами, внешняя оболочка электронов. Молекулы воды являются примером ковалентной связи.

Ионы — это атомы, которые приобрели или потеряли электроны
Ион — это атом, который потерял или приобрел электроны, так что он больше не является нейтрально заряженным атомом.Например, атом кислорода может получить электрон и стать отрицательно заряженным атомом кислорода, потому что теперь у него на один отрицательный электрон больше, чем положительных протонов.

Или, если атом кислорода теряет электрон, он становится положительно заряженным ионом, потому что у него больше положительных протонов, чем отрицательных электронов.

Примеры молекул, образованных разными атомами

Молекулы
Молекулы — это группы атомов, связанных вместе, чтобы создать новый тип материи (то есть соединение).Молекулы образованы ковалентной связью (разделяя большинство внешних электронов) . Многие, но не все вещества созданы атомами, соединяющимися в молекулы.

Ионные атомы могут объединяться для создания соединений- (Ионные связи)
Когда атомы приобретают или теряют электрон и, следовательно, становятся положительно или отрицательно заряженными, эти атомы могут притягиваться или связываться друг с другом. Отрицательно заряженные атомы притягиваются к положительно заряженным и наоборот. Таким образом, ионы могут связываться посредством притяжения.Например, отрицательно заряженные ионы хлора, притянутые к положительно заряженным ионам натрия, объединятся в поваренную соль.

Ионная связь создает решетку (а не молекулы). Минералы имеют решетчатую структуру .

Ионная связь образует не молекулы, а скорее минеральное вещество.
Ковалентная связь образует молекулы. Ионная связь образует минералы. Минералы представляют собой комбинацию
различных типов элементов, которые связываются посредством положительно-отрицательного притяжения, а не путем образования молекул.

Структура решетки (также называемая матрицей), но не молекулы
Структура ионной связи называется решеткой или матрицей . Это повторяющаяся структура атомов, из которых состоят вещества. Ковалентное связывание формирует повторяющиеся молекулы, но ионное связывание формирует повторяющиеся решетчатые матрицы. В обоих случаях у вас есть много разных типов веществ, которые создаются связанными вместе атомами.

Смеси

Смесь веществ, без химической связи

Смеси (физические твердые частицы)
Когда различные соединения смешиваются вместе, получается смесь. Например, если вы взяли пакет соли и смешали его с пакетом перца, у вас получилась бы смесь соли и перца. Важным моментом здесь является то, что соль остается солью, а перец остается перцем, и никаких химических связей не происходит. Два типа веществ, соль и перец, просто смешиваются вместе, вот и все. Их можно было разделить.

Растворы — это частицы в жидкостях

В воде частицы могут быть очень маленькими; раствор

Растворы (частицы в жидкости)
Раствор — это когда вещество смешанного типа с водой.Поскольку вода хорошо растворяет вещество, вещество в конечном итоге распадается на крошечные кусочки, которые не видны глазом. Эти крошечные кусочки подвешены в воде и могут быть невидимы или могут придавать воде цвет.

Например, если вы взяли сахар, налили немного сахара в банку с водой и перемешали воду, в конце концов, казалось бы, частицы сахара исчезнут, но, конечно, этого не произошло. Вместо этого сахар просто растворился в таких маленьких кусочках, что вы больше не можете их видеть. Пейте воду, она будет сладкой с сахаром. Это называется решением .

Четыре состояния материи
Вся материя обычно существует в 3 состояниях, хотя технически существует 4-е состояние материи:
твердое, жидкое, газообразное и плазменное . Вода — прекрасный пример трех состояний материи.
Вода, например, может быть льдом, , твердым телом, или водой, , жидкостью или паром в воздухе, , который находится в газообразном состоянии.

В твердых телах есть молекулы, расположенные близко друг к другу, что делает материю жесткой.У жидкостей есть молекулы, которые расположены дальше друг от друга и обладают большей энергией и, следовательно, более гибкими или текучими по свойствам. У газа есть молекулы, которые находятся далеко друг от друга и обладают еще большей энергией, поэтому он не имеет определенной формы и может расширяться в атмосферу.

Плазма — это настолько горячий газ, что атомы теряют часть своих электронов, которые перемещаются свободно и отделяются от атомов. Этот тип материи существует в звездах в космосе и на Земле в молниях и в лабораториях.

Свет

Ответьте на вопрос 12 на странице 126 учебника, о
длины волн радиосигналов.Дайте ответы в соответствующих
единицы длины, то есть те, которые минимизируют количество нулей.

Радиоволны составляют часть светового спектра. Формула, которую мы используем для определения длины волны, объясняется на странице 91 нашего текста. Это:

Длина волны = скорость / частота

Задача дает нам частоту радиоволн, поэтому нам нужно знать скорость. Хотя эта формула верна для любого типа волн (например, ряби на пруду или звуковых волн), мы говорим о световых волнах, поэтому мы используем скорость света, которая составляет примерно 3 * 10 ⁵ км / с.При частоте 790 килогерц (это означает, что 7,9 * 10 ⁵ волн проходят мимо вас за одну секунду):

Длина волны = (3 * 10 ⁵ км / с) / (7,9 * 10 ⁵ Гц) = 0,38 км

Более подходящий способ записать 0,38 км — в метрах: 0,38 км = 380 м. Радиоволна с частотой 790 кГц, имеет длину волны 380 м .

Для радиоволны частотой 98,3 мегагерц:

Длина волны = (3 * 10 ⁵ км / с) / (9,83 * 10 ⁷ Гц) = 0,003 км

Снова используем метры для нашего окончательного ответа — 9.83 * 10 ⁷ Гц Радиоволна имеет длину волны 3,0 м.
Атомы

Самый распространенный атом железа состоит из 26 протонов и 30 нейтронов.
ядро. Каковы его атомный номер, атомная масса и количество
электроны, если он электрически нейтрален?

Этот атом имеет атомный номер 26, атомную массу 56 и имеет 26 электронов.

Причина:

Атомный номер определяется как количество протонов в атоме.Атомная масса — это мера того, насколько массивен атом (измеряется в специальных единицах, называемых атомными единицами массы), она определяется путем сложения количества протонов и нейтронов (мы можем это сделать, потому что протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу, и мы игнорируем электроны, потому что их масса намного меньше, чем у протона или нейтрона). Протоны имеют положительный заряд, нейтроны не имеют заряда, а электроны имеют отрицательный заряд. Чтобы атом был нейтральным, все его заряженные частицы должны нейтрализовать друг друга, поэтому у него одинаковое количество протонов и электронов.

Рассмотрим следующие три атома: Атом 1 состоит из 7 протонов и 8
нейтроны; атом 2 имеет 8 протонов и 7 нейтронов; атом 3 3 имеет 8 протонов
и 8 нейтронов. Какие два изотопа и одного и того же элемента?
Atom 2 и Atom 3 — это один и тот же элемент.

Причина:
Каждый элемент имеет определенный атомный номер, а атомный номер определяется количеством протонов, поэтому количество протонов говорит вам, какой это элемент.У атома 2 и атома 3 по 8 протонов, а у атома 1 только 7.

Какой это элемент? Кислород

Причина:
Кислород по определению имеет 8 протонов в своем ядре.

Рассмотрим атомы фтора с 9 протонами и 10 нейтронами. Какие
атомный номер и атомная масса фтора? Предположим, мы могли бы добавить
протон к этим фтористым ядрам. Будет ли результат по-прежнему фтором?
№

Причина:
Как объяснялось выше, количество протонов в атоме определяет, каким элементом он является.Таким образом, добавление протона к Флурину делает его Неоном, потому что Неон имеет 10 протонов.

Максимальное количество электронов, которое может потерять атом фтора? 9 электронов.

Причина:
Если предположить, что атом флурина изначально нейтральный, то у него будет 9 электронов. Удаление электронов делает Флурин положительно заряженным, но это все еще Флурин, потому что он имеет 9 протонов. Таким образом, начиная с нейтрального атома, атом фтора может потерять 9 электронов.

лекция3

лекция3

14 января
2005

Лекция 3

Чтение, Глава
3

II. Химический
Природа жизни ,
продолжение

Вы живой организм. Твое тело
состоит из органов, таких как сердце и кожа. Эти органы
в свою очередь состоит из тканей, которые представляют собой группы клеток, которые функционируют
вместе, e.г. ваша кровь — это ткань и компонент вашего
сердце и кожа. Ткани состоят из клеток, которые являются основными
единица живых существ. (Некоторые организмы, по сути, представляют собой одиночные клетки).
Клетки состоят из мембран и пространств, которые, в свою очередь, состоят из
молекулы. Большинство этих молекул слишком малы, чтобы их можно было увидеть.
даже с мощным микроскопом. Их свойства оказывают огромное влияние.
влияние на живые существа, которые из них состоят,
тем не мение.

Б.Химия

Понимание молекул живого
вещи необходимы для понимания жизни. Чтобы знать биологию, вы должны
знать химию.

1. Атомы

Молекулы состоят из застрявших атомов
вместе химическими связями. Проще говоря, атомы — это частицы
химические элементы, состоящие из трех видов более мелких частиц:
протоны, нейтроны и электроны.

Протоны относительно большие
и имеют положительный электрический заряд.

Нейтроны размером примерно с
протоны, но не имеют заряда.

Электроны очень маленькие
(1/2000 массы протона) и имеют отрицательную электрическую
обвинение.

Чтобы понять химические связи между
атомов в молекуле, вы должны знать два свойства материи и
вселенная:

1) Частицы с подобным
обвинения, например два электрона отталкиваются друг от друга. Частицы с
в отличие от обвинений, например протон и электрон притягивают каждый
разное.

2) Заряженные частицы имеют тенденцию двигаться
чтобы создать нейтралитет. Одним из следствий этого является то, что атомы
имеют тенденцию иметь равное количество положительных и отрицательных зарядов, т. е.
равное количество протонов и электронов.

Некоторые примеры атомов, которые
в живом организме важны:

Водород (H) — 1 протон, 1 электрон, 0
нейтроны

Кислород (O) — 8 протонов, 8 электронов,
8-10 нейтронов

Углерод (C) — 6 протонов, 6 электронов,
6-8 нейтронов

Сгруппированы протоны и нейтроны
вместе в центре атомов в атомном «ядре».Электроны
быстро вращаться вокруг ядра по орбитам, образуя
«облако».

(Обратите внимание, что кислород, углерод и другие
в атомах иногда может быть больше нейтронов, чем протонов. Эти «тяжелые»
формы кислорода и углерода называются «изотопами». Изотопы
чрезвычайно полезен в биологии. Например, тяжелые изотопы углерода могут
использоваться для наблюдения за потоком атомов углерода из атмосферы в
растения путем фотосинтеза, в животных, когда они поедают растения, и
обратно в атмосферу, когда животные и растения умирают.Тяжелый
изотопы многих атомов используются в качестве «часов» для определения возраста
окаменелости и другие материалы.)

2. Электронные оболочки

Электроны быстро перемещаются в космосе
и вовлекаются на орбиты вокруг атомных ядер своим притяжением к
там протоны. Электроны, вращающиеся вокруг ядра, имеют
разное количество энергии. Электроны с низкой энергией движутся по орбите вблизи
ядро, в то время как электроны с более высокой энергией вращаются дальше по орбите.Электрон
орбиты организованы в «оболочки», каждая из которых имеет место для определенного
количество электронов. Первая электронная оболочка — это самая низкая
электроны энергии найдены и имеет место для 2 электронов. Секунда
электронная оболочка содержит электроны с более высокой энергией, чем первая и
имеет место для 8 электронов. Третья электронная оболочка содержит более высокие
электронов энергии, чем второй, и имеет место для 8 электронов. Большой
атомы, такие как железо (Fe), имеют много электронных оболочек, но вам нужно только
подумайте об этих первых трех сейчас.

Два принципа верны в отношении
электронов в их оболочках:

1) Число электронов
всегда равно или почти равно количеству протонов в
атом.

2) Атомам нравится, когда их
электронные оболочки полны и даже будут делить электроны с другими
атомов, чтобы добиться этого.

3. Химические связи

Молекулы образуются при слипании атомов
вместе за счет химической связи.Они держатся вместе несколькими способами,
то есть существует несколько различных видов химических связей.

а. Ковалентные связи

Это самый сильный тип
химическая связь. Они возникают, когда два или более атома разделяют электроны в
их внешние оболочки, так что все они имеют свои внешние оболочки эффективно
полный

Например, водород (H) имеет 1
протон в его ядре и 1 электрон в первой оболочке. Было бы
хотелось бы иметь еще один электрон в своей первой оболочке, чтобы дать ему полную
дополнение 2.Кислород (O) имеет 8 протонов в ядре, 2 электрона.
в его первой оболочке и 6 электронов во второй оболочке. Было бы
хотелось бы иметь еще 2 электрона во второй оболочке, чтобы дать ему полную
комплект из 8

Счастливый конец этой истории
что два атома водорода часто делят свой единственный электрон с кислородом.
Это фактически дает атомам водорода 2 электрона в их
самые внешние оболочки и 8 электронов в самой внешней оболочке кислорода
атом.Результатом этих ковалентных связей является вода,
H ₂ О.

г. Ионные связи

Ионные связи между атомами слабее
чем ковалентные связи. Они возникают, когда у атома на один больше или на один меньше.
электрон, чем протоны в ядре, давая атому чистую
положительный или отрицательный заряд. Такие заряженные атомы называются ионами. Ионы
противоположных зарядов притягиваются друг к другу и тем самым образуют
ионная связь.

Например, натрий (Na) имеет 11
протонов, 2 электрона в первой оболочке, 8 электронов во второй
оболочка, но только 1 электрон в ее третьей оболочке. Этот единственный электрон
в третьей оболочке настолько «одиноко», что легко уносится
другие атомы, образуя ион Na ⁺ с положительным зарядом (11
протонов, 10 электронов). Хлор (Cl) имеет в ядре 17 протонов,
2 электрона в его первой оболочке, 8 электронов во второй оболочке и 7
электроны в своей третьей оболочке.Cl нужен только еще один электрон в своем
третья оболочка, чтобы быть «счастливой» и часто крадет электрон у атомов
подобно Na, образуя ион Cl ^— с отрицательным зарядом (17
протоны, 18 электронов).

Na ⁺ и Cl ^—
ионы имеют противоположный заряд и образуют ионную связь из-за их
влечение друг к другу. В результате получается хлорид натрия (NaCl), также
известная как поваренная соль.

г.Водородные связи

Водородные связи между атомами
слабее ионных связей. Они возникают, когда молекулы «полярны». Полярный
означает, что электроны в молекуле распределены неравномерно.
в своих орбитах, но имеют тенденцию торчать на одном конце. Например, вода
(H ₂ O) полярный. Его электроны имеют тенденцию задерживаться около
ядро кислорода больше, чем два ядра водорода. Это дает
кислородный конец молекулы имеет небольшой отрицательный заряд, а водород
заканчивает небольшие положительные заряды.Поскольку противоположные заряды притягиваются,
положительные концы молекул воды свободно прилипают к отрицательным концам
других молекул воды. Это водородные связи. В стакане
вода, водородные связи между молекулами заставляют жидкость прилипать
сам.

Водородная связь между водой
молекул придает воде относительно высокую температуру кипения, потому что она
требуется много энергии, чтобы молекулы воды разделились и образовали
Стим. Водородная связь между молекулами воды также придает воде
высокая теплоемкость, а это означает, что для выращивания требуется много энергии
температура воды.Оба эти свойства делают воду
идеальный растворитель для химии жизни. Остается жидкость над
реально широкий диапазон температур.

Полярность молекул воды также
заставляет растворяться в них другие полярные или заряженные соединения. Например,
NaCl разделяется на ионы Na ⁺ и Cl ^— в воде.
(т.е. соль растворяется в воде). Это происходит потому, что положительный
концы молекул воды толпятся вокруг отрицательно заряженных
Cl ^— иона и ослабляют его притяжение к Na ⁺
ион.Точно так же отрицательно заряженные концы молекул воды вытесняют
вокруг положительно заряженного иона Na ⁺ и ослабляют его
притяжение к иону Cl ^— . Неполярные соединения, например масла,
не растворяются в воде, потому что не могут образовывать водородные связи с
Это.

ионов

ионов

Ионы

Посмотрите на атом, показанный ниже. Он имеет по 3 протона, нейтрона и
электронов и представляет собой литий (Li).Если бы мы писали
символически это будет ⁶ Li.

Атом лития

Литий имеет только один электрон во внешней оболочке.
Что произойдет, если мы удалим этот электрон?

Без внешнего электрона атом лития имел бы больше
положительные заряды (+3), чем отрицательные (-2). Атом с другим
Число электронов в протоны будет называться ионом .
Такие элементы, как литий, которые теряют свои электроны, образуют положительные ионы.
Символически мы можем представить это как Li ⁺¹ . Прочие элементы
стремятся получить электроны. Кислород — хороший пример одного из них:

атом кислорода

Кислород обычно имеет в общей сложности 8 электронов, но только 6 из них.
находятся в самой внешней оболочке или на орбите. Элементы предпочитают иметь полную внешнюю
снаряды. Они также предпочитают максимально легко попасть в это состояние.
Выше литию было легче потерять один электрон, чем получить 7
электроны.Точно так же кислороду легче получить 2 электрона вместо
потери 6 электронов:

Ион кислорода

Два полученных электрона (фиолетовые точки) означают, что этот кислород
ион имеет 10 электронов (заряд -10) и всего 8 протонов (заряд +8), что дает иону
чистая плата -2. Символически мы можем представить этот ион кислорода как O ^-2 .

Периодическая таблица может использоваться, чтобы помочь предсказать, сколько
электроны находятся во внешней оболочке, и, следовательно, какой тип иона они будут
форма.Вот та же диаграмма с предыдущей страницы, но с некоторыми
к нему добавлена ​​дополнительная информация:

Черные числа выше представляют количество электронов в
внешняя оболочка. Обратите внимание, что в каждом столбце больше электронов в крайнем
оболочки, когда вы идете вправо, и что последний ряд (возглавляемый He или Helium) имеет
полная внешняя оболочка. {Особое примечание: гелий имеет только 2 электрона в
самая внешняя оболочка, но она заполнена для первой оболочки.} Красный
числа представляют тип иона, который образовал бы атом, начиная с
+1 иона слева и заканчивая без ионов («0») на
правильно. Элементы с полной внешней оболочкой не образуют ионы .
Желтая секция с надписью «Переходные элементы» — это элементы, которые
имеют тенденцию терять электроны из оболочек, отличных от внешней оболочки, и образуют
положительные ионы. Например, железо (Fe) образует два разных положительных иона,
Fe ⁺² ( двухвалентное железо ) и Fe ⁺³ ( трехвалентное железо ).
железо). Понимание того, почему существуют разные ионы железа, сложно и сложно.
выходит за рамки этого курса. Однако вы сможете определить
ионное состояние атомов из других групп с использованием Периодической таблицы.

Quick Quiz: Используйте таблицу выше, чтобы ответить на
следующие вопросы:

1. Какой ион образует атом хлора (Cl)?

2. Какой ион образовал бы атом алюминия (Al)?

3. Какой ион образует атом магния (Mg)?

4. Какой ион образовал бы атом калия (K)?

Ответы:

1. Хорин находится в седьмой колонке и, следовательно, имеет 7
   электроны в его внешней оболочке.Было бы стремиться получить один электрон
   и образуют -1 ион .

2. Алюминий находится в пятой колонке и, следовательно, имеет 5
   электроны в его внешней оболочке. Было бы потеряно три
   электронов и образуют ион +3 .

3. Магний находится во втором столбце и, следовательно, имеет 2
   электроны в его внешней оболочке.