- Атом, история открытия строения атома
- Строение атома
- Изотопы
- познакомиться с историей открытия атома
- сформировать знания о составе атома и атомного ядра; показать взаимосвязь понятий: протон, нейтрон и массовое число
- сформировать представления об изотопах; дать современное определение понятию «химический элемент»
Атом с греческого переводится как «неделимый». Долгое время (до XIX века) считалось, что атом — мельчайшая из существующих частиц. В начале ХХ века в связи с открытием электронов и явления радиоактивности разрушились прежние представления о неделимости атомов, а также о том, что атомы являются самыми маленькими частицами вещества.
Атом, история открытия строения атома
Д. Д. Томсон
Джозеф Джон Томсон
(18.12.1856 – 30.08.1940)
Английский физик, член Лондонского королевского общества. В 1897 году экспериментально доказал существование электрона — мельчайшей частицы, которая в 2 000 раз меньше атома, определил её массу и заряд.
В 1903–1904 гг. выдвинул гипотезу, что атом представляет собой положительно заряженную сферу, внутри которой находятся электроны. Учёные назвали эту модель «пудингом с изюмом».
Рис. 1. Модель строения атома Д. Д. Томсона
Э. Резерфорд
Эрнест Резерфорд
(30.08.1871 – 19.11.1937)
Английский физик, основоположник ядерной физики, член Лондонского королевского общества. В 1911 году экспериментально обосновал ядерную модель атома: в центре атома находится положительное ядро, а вокруг него вращаются электроны. В 1919 году осуществил опыт, в котором из ядра вылетали ядра водорода, получившие названия протонов, имеющие положительный заряд.
Рис. 2. Изучение строения атома Э. Резерфордом
Дж. Чедвик
Джеймс Чедвик
(20.10.1891 – 24.07.1974)
Английский физик-экспериментатор, член Лондонского королевского общества. В 1920 году подтвердил теорию атома Резерфорда и вывод о том, что заряд ядра равен порядковому номеру элемента. В 1932 году обнаружил частицы, которые отличаются от протонов электрическими свойствами, но очень близки к ним по массе и размеру. Он назвал эти частицы нейтронами. И доказал, что ядра атомов тоже делимые! Они состоят из протонов и нейтронов, которые связаны между собой мощным ядерным воздействием.
Рис. 3. Установка Дж. Чедвика
Атом — сложная система, в состав которой входят протоны, нейтроны и электроны.
Строение атома
Латинское слово nucleus означает «ядро». Э. Резерфорд показал, что вся масса атома и весь положительный заряд сосредоточены в ядре, отсюда и другое название этой модели — нуклеарная. Протоны и нейтроны называют нуклонами, потому что они содержатся в ядре.
Свойства протонов, нейтронов и электронов.
|
Свойства частицы
|
Частица
|
||
|
протон
|
электрон
|
нейтрон
|
|
|
Масса
|
1
|
|
1
|
|
Заряд
|
+1
|
-1
|
0
|
|
Обозначение
|
p+
|
e-
|
n0
|
|
Число частиц
|
Число протонов и электронов равно порядковому номеру элемента. Масса атома складывается из массы протонов и нейтронов.
А = Z(заряд ядра) + n(число нейтронов)
Массовое число практически равно относительной атомной массе:
А = Аr
|
Число нейтронов находится по формуле: n = A – Z, где А — массовое число; Z — заряд ядра атома.
|
|
Атом — это сложная система, состоящая из ядра и электронов. Ядро находится в центре атома, очень маленького размера. Ядро имеет положительный заряд, величина которого определяется числом протонов в нём. Электроны движутся вокруг ядра, имеют ничтожно малую массу и размеры, обладают отрицательным зарядом.
Атом электронейтрален, поэтому число протонов и электронов в атоме одинаково.
Изотопы
А как вы думаете, почему массы атомов, указанные в ПСХЭ Д. И. Менделеева имеют дробное значение? Мы только что выяснили, что масса атома определяется суммой масс протонов и нейтронов, а это должно быть определённо целочисленное значение.
Как показали исследования, атомы одного элемента могут различаться между собой по некоторым свойствам, особенно по массе. Это происходит из-за разного количества нейтронов в их ядрах. Что произойдёт с атомом химического элемента, если в ядре изменить число нейтронов?
Например, добавить в ядро атома водорода 1 нейтрон. Получится ли новый химический элемент? Конечно, нового элемента не получится (т. к. заряд ядра остаётся прежним + 1), но изменится массовое число, т. е. масса атома, атом станет тяжелее:
А = Z+ n = (1р+ + 1п0) = 2.
В результате получился тот же самый элемент — водород, но с другим значением относительной атомной массы. Такие атомы называют изотопами.
Изотопы (от др. греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидность атомов химических элементов, которые имеют одинаковый атомный номер, но при этом разные массовые числа.
Атомы изотопов одного элемента имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
Каждый химический элемент встречается в природе в виде смеси изотопов. Атомные массы элементов, приводимые в периодической системе, есть средние массовые числа природных смесей изотопов. Именно поэтому они дробные и отличаются от целочисленных значений.
Рассмотрим пример подобного расчёта
Природный хлор состоит из смеси двух изотопов:
75 % изотопа с А(массовым числом) = 35;
25 % изотопа с А = 37.
Атомная масса элемента рассчитывается с учётом процентного соотношения его изотопов, с помощью следующей формулы:
.
Атомная масса хлора рассчитывается так:
.
Средняя атомная масса хлора равна 35,5.
Таким образом, можно объяснить положение Ar (39,95) и К (39,09) в ПСХЭ. Очевидно, у К тяжёлых изотопов в процентном отношении меньше, чем лёгких, а у аргона наоборот.
Изотопы водорода
Все три изотопа имеют одинаковый атомный номер, так как у каждого из них лишь один протон в ядре. Различие же заключается в количестве нейтронов.
Ядро дейтерия, кроме одного протона, содержит также один дополнительный нейтрон. Поскольку дейтерий вдвое тяжелее протия, он называется тяжёлым водородом. Поэтому вода, в молекулах которой находится дейтерий, а не протий, называется тяжёлой водой (D2O), в 1 000 г обычной воды — 2,9 г тяжёлой, с тритием — следовые количества.
Ядро трития самое тяжёлое, оно состоит из одного протона и двух нейтронов. Тритий также присутствует в природной воде, но в крайне малых (следовых) количествах.
Только изотопы водорода имеют собственные символы. Изотопы других элементов не имеют собственных символов и названий.
Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
Пример 1
Рассчитайте число нейтронов в ядре атома железа.
Решение:
Порядковый номер Fe — 26, следовательно Z(Fе) = 26.
Число протонов = 26.
Атом электронейтрален, поэтому число электронов = 26.
;
Следовательно, число нейтронов в ядре атома железа равно 30.
Пример 2
Определите число протонов, нейтронов и электронов у изотопов 39К, 41К.
Решение:
Порядковый номер K — 19, следовательно Z(K) = 19.
Число протонов = 19.
Атом электронейтрален, поэтому число электронов = 19.
;
Следовательно, число нейтронов в ядре атома 39К равно 20.
;
Следовательно, число нейтронов в ядре атома 41К равно 22.
Упражнение
- Определите число электронов, протонов, нейтронов для атомов Са, S.
- Определите число протонов, нейтронов и электронов у изотопов 34S, 32S, 30S.
Контрольные вопросы
- Что такое атом? Кто впервые предложил планетарную модель строения атома?
- Что такое изотопы? Назовите изотопы водорода.
- Что такое химический элемент?
Упражнение
- Ca: электронов = 20, протонов = 20, нейтронов = 20;
S: электронов = 16, протонов = 16, нейтронов = 16.
- 34S: электронов = 16, протонов = 16, нейтронов = 18;
32S: электронов = 16, протонов = 16, нейтронов = 16;
30S: электронов = 16, протонов = 16, нейтронов = 14.
- Атом, история открытия строения атома
- Строение атома
- Изотопы
- познакомиться с историей открытия атома
- сформировать знания о составе атома и атомного ядра; показать взаимосвязь понятий: протон, нейтрон и массовое число
- сформировать представления об изотопах; дать современное определение понятию «химический элемент»
Атом с греческого переводится как «неделимый». Долгое время (до XIX века) считалось, что атом — мельчайшая из существующих частиц. В начале ХХ века в связи с открытием электронов и явления радиоактивности разрушились прежние представления о неделимости атомов, а также о том, что атомы являются самыми маленькими частицами вещества.
Атом, история открытия строения атома
Д. Д. Томсон
Джозеф Джон Томсон
(18.12.1856 – 30.08.1940)
Английский физик, член Лондонского королевского общества. В 1897 году экспериментально доказал существование электрона — мельчайшей частицы, которая в 2 000 раз меньше атома, определил её массу и заряд.
В 1903–1904 гг. выдвинул гипотезу, что атом представляет собой положительно заряженную сферу, внутри которой находятся электроны. Учёные назвали эту модель «пудингом с изюмом».
Рис. 1. Модель строения атома Д. Д. Томсона
Э. Резерфорд
Эрнест Резерфорд
(30.08.1871 – 19.11.1937)
Английский физик, основоположник ядерной физики, член Лондонского королевского общества. В 1911 году экспериментально обосновал ядерную модель атома: в центре атома находится положительное ядро, а вокруг него вращаются электроны. В 1919 году осуществил опыт, в котором из ядра вылетали ядра водорода, получившие названия протонов, имеющие положительный заряд.
Рис. 2. Изучение строения атома Э. Резерфордом
Дж. Чедвик
Джеймс Чедвик
(20.10.1891 – 24.07.1974)
Английский физик-экспериментатор, член Лондонского королевского общества. В 1920 году подтвердил теорию атома Резерфорда и вывод о том, что заряд ядра равен порядковому номеру элемента. В 1932 году обнаружил частицы, которые отличаются от протонов электрическими свойствами, но очень близки к ним по массе и размеру. Он назвал эти частицы нейтронами. И доказал, что ядра атомов тоже делимые! Они состоят из протонов и нейтронов, которые связаны между собой мощным ядерным воздействием.
Рис. 3. Установка Дж. Чедвика
Атом — сложная система, в состав которой входят протоны, нейтроны и электроны.
Строение атома
Латинское слово nucleus означает «ядро». Э. Резерфорд показал, что вся масса атома и весь положительный заряд сосредоточены в ядре, отсюда и другое название этой модели — нуклеарная. Протоны и нейтроны называют нуклонами, потому что они содержатся в ядре.
Свойства протонов, нейтронов и электронов.
|
Свойства частицы
|
Частица
|
||
|
протон
|
электрон
|
нейтрон
|
|
|
Масса
|
1
|
|
1
|
|
Заряд
|
+1
|
-1
|
0
|
|
Обозначение
|
p+
|
e-
|
n0
|
|
Число частиц
|
Число протонов и электронов равно порядковому номеру элемента. Масса атома складывается из массы протонов и нейтронов.
А = Z(заряд ядра) + n(число нейтронов)
Массовое число практически равно относительной атомной массе:
А = Аr
|
Число нейтронов находится по формуле: n = A – Z, где А — массовое число; Z — заряд ядра атома.
|
|
Атом — это сложная система, состоящая из ядра и электронов. Ядро находится в центре атома, очень маленького размера. Ядро имеет положительный заряд, величина которого определяется числом протонов в нём. Электроны движутся вокруг ядра, имеют ничтожно малую массу и размеры, обладают отрицательным зарядом.
Атом электронейтрален, поэтому число протонов и электронов в атоме одинаково.
Изотопы
А как вы думаете, почему массы атомов, указанные в ПСХЭ Д. И. Менделеева имеют дробное значение? Мы только что выяснили, что масса атома определяется суммой масс протонов и нейтронов, а это должно быть определённо целочисленное значение.
Как показали исследования, атомы одного элемента могут различаться между собой по некоторым свойствам, особенно по массе. Это происходит из-за разного количества нейтронов в их ядрах. Что произойдёт с атомом химического элемента, если в ядре изменить число нейтронов?
Например, добавить в ядро атома водорода 1 нейтрон. Получится ли новый химический элемент? Конечно, нового элемента не получится (т. к. заряд ядра остаётся прежним + 1), но изменится массовое число, т. е. масса атома, атом станет тяжелее:
А = Z+ n = (1р+ + 1п0) = 2.
В результате получился тот же самый элемент — водород, но с другим значением относительной атомной массы. Такие атомы называют изотопами.
Изотопы (от др. греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидность атомов химических элементов, которые имеют одинаковый атомный номер, но при этом разные массовые числа.
Атомы изотопов одного элемента имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
Каждый химический элемент встречается в природе в виде смеси изотопов. Атомные массы элементов, приводимые в периодической системе, есть средние массовые числа природных смесей изотопов. Именно поэтому они дробные и отличаются от целочисленных значений.
Рассмотрим пример подобного расчёта
Природный хлор состоит из смеси двух изотопов:
75 % изотопа с А(массовым числом) = 35;
25 % изотопа с А = 37.
Атомная масса элемента рассчитывается с учётом процентного соотношения его изотопов, с помощью следующей формулы:
.
Атомная масса хлора рассчитывается так:
.
Средняя атомная масса хлора равна 35,5.
Таким образом, можно объяснить положение Ar (39,95) и К (39,09) в ПСХЭ. Очевидно, у К тяжёлых изотопов в процентном отношении меньше, чем лёгких, а у аргона наоборот.
Изотопы водорода
Все три изотопа имеют одинаковый атомный номер, так как у каждого из них лишь один протон в ядре. Различие же заключается в количестве нейтронов.
Ядро дейтерия, кроме одного протона, содержит также один дополнительный нейтрон. Поскольку дейтерий вдвое тяжелее протия, он называется тяжёлым водородом. Поэтому вода, в молекулах которой находится дейтерий, а не протий, называется тяжёлой водой (D2O), в 1 000 г обычной воды — 2,9 г тяжёлой, с тритием — следовые количества.
Ядро трития самое тяжёлое, оно состоит из одного протона и двух нейтронов. Тритий также присутствует в природной воде, но в крайне малых (следовых) количествах.
Только изотопы водорода имеют собственные символы. Изотопы других элементов не имеют собственных символов и названий.
Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
Пример 1
Рассчитайте число нейтронов в ядре атома железа.
Решение:
Порядковый номер Fe — 26, следовательно Z(Fе) = 26.
Число протонов = 26.
Атом электронейтрален, поэтому число электронов = 26.
;
Следовательно, число нейтронов в ядре атома железа равно 30.
Пример 2
Определите число протонов, нейтронов и электронов у изотопов 39К, 41К.
Решение:
Порядковый номер K — 19, следовательно Z(K) = 19.
Число протонов = 19.
Атом электронейтрален, поэтому число электронов = 19.
;
Следовательно, число нейтронов в ядре атома 39К равно 20.
;
Следовательно, число нейтронов в ядре атома 41К равно 22.
Упражнение
- Определите число электронов, протонов, нейтронов для атомов Са, S.
- Определите число протонов, нейтронов и электронов у изотопов 34S, 32S, 30S.
Контрольные вопросы
- Что такое атом? Кто впервые предложил планетарную модель строения атома?
- Что такое изотопы? Назовите изотопы водорода.
- Что такое химический элемент?
Упражнение
- Ca: электронов = 20, протонов = 20, нейтронов = 20;
S: электронов = 16, протонов = 16, нейтронов = 16.
- 34S: электронов = 16, протонов = 16, нейтронов = 18;
32S: электронов = 16, протонов = 16, нейтронов = 16;
30S: электронов = 16, протонов = 16, нейтронов = 14.