Схема строения атома, с примерами
Схема строения атома
Всем известно, что атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся его масса. Внутри ядра находятся протоны и нейтроны, а вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны (рис. 1).
Рис. 1. Схематическое изображение строения атома неона.
Впервые модель строения атома была предложена в 1903 году Дж. Дж. Томсоном. Согласно его предположениям, атом состоит из положительного заряда, равномерно распределенного по всему объему атома, и электронов, колеблющихся внутри этого заряда.
Гипотеза Томсона была проверена и уточнена Э. Резерфордом, который провел серию опытов по рассеянию α-частиц тонкими металлическими пластинками и сообщил. На основании своего исследования он заключил что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме – положительно заряженном ядре. Вокруг ядра на достаточно большом расстоянии движутся электроны, причем их число таково, что в целом атом электронейтрален. Размеры ядра очень малы по сравнению с размерами атома в целом: диаметр атома – величина порядка 10
Однако, несмотря на большой прорыв в изучении строения атома теория Э. Резерфорда не могла дать ответ на два вопроса: устойчивость атома и приводила к неправильным выводам о характере атомных спектров.
Существенный вклад в развитие представлений о строении атома в 1913 году сделал Нильс Бор, предложивший квантовую теорию, объединяющую ядерную модель атома с квантовой теорией света. Он показал, что способность нагретого тела к лучеиспусканию можно описать количественно предположив, что лучистая энергия испускается и поглощается телами не непрерывно, а дискретно, т.е. отдельными порциями – квантами.
Основные положения теории Бора о схеме строения атома
Основные положения своей теории Бор изложил в виде постулатов:
- Электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным круговым орбитам (стационарным).
- Двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает электромагнитной энергии.
- Излучение происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях.
Однако и теория Н. Бора страдала противоречивостью, например не могла ответить на вопрос: где находится электрон в процессе перехода с одной орбиты на другую.
Эта задача была решена только после развития нового ответвления теоретической физики – квантовой (волновой) механики (учения Луи де Бройля и Шредингера).
Примеры решения задач
ru.solverbook.com
Строение ядра атома, схема и примеры
Общие сведения о строении ядра атома
По величине заряда ядра атома определяют химический элемент, к которому этот атом относится.
Существование атомного ядра было доказано в 1911 году Э. Резерфордом и описано в труде под названием «Рассеяние α и β-лучей и строение атома». После этого разными учеными выдвигались многочисленные теории строения атомного ядра (капельная (Н. Бор), оболочечная, кластерная, оптическая и т.д.).
Электронное строение ядра атома
Согласно современным представлениям атомное ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые вместе называют нуклонами. Они удерживаются в ядре за счет сильного взаимодействия.
Число протонов в ядре называют зарядовым числом (Z). Его можно определить при помощи Периодической таблицы Д. И. Менделеева – оно равно порядковому номеру химического элемента, к которому относится атом.
Число нейтронов в ядре называют изотопическим числом (N). Суммарное количество нуклонов в ядре называют массовым числом (M) и оно равно относительной атомной массе атома химического элемента, указанной в Периодической таблице Д. И. Менделеева.
Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов называют изотонами. Если же в ядре одинаковое число протонов, но различное нейтронов – изотопами. В случае, когда равны массовые числа, но различный состав нуклонов – изобарами.
Ядро атома может находиться в стабильном (основном) состоянии и в возбужденном.
Рассмотрим строение ядра атома на примере химического элемента кислорода. Кислород имеет порядковый номер 8 в Периодической таблице Д. И. Менделеева и относительную атомную массу 16 а.е.м. Это означает, что ядро атома кислорода имеет заряд равный (+8). В ядре содержится 8 протонов и 8 нейтронов (Z=8, N=8, M=16), а по 2-м орбитам вокруг ядра движутся 8 электронов (рис. 1).
Рис. 1. Схематичное изображение строения атома кислорода.
Примеры решения задач
ru.solverbook.com
Строение атомов
До определённого момента считалось, что атом — неделимая частица. Однако, это не так: в атоме есть ядро, вокруг которого вращаются электроны. Это было открыто в начале двадцатого века в совместных работах Нильса Бора и Эрнеста Резерфорда, которые внесли большой вклад в изучение физико-химических процессов на микроскопическом уровне.
На прошлом уроке мы уже узнали, что электрон имеет отрицательный заряд, но, несмотря на это, все молекулы не имеют заряда. Дело в том, что суммарный отрицательный заряд всех электронов уравновешивается положительным зарядом ядра. Заряд ядра является одной из главных характеристик того или иного химического элемента. Частицы ядра атома, имеющие положительный заряд, называются протонами. Заряд каждого протона численно равен заряду электрона, но имеет противоположный знак:
Однако, масса протона значительно больше:
Помимо протонов, в ядре атома существуют другие частицы, которые не имеют электрического заряда, но по размеру и массе мало отличаются от протонов. Такие частицы назвали нейтронами.
Итак, в центре атома находится ядро, которое состоит из протонов и нейтронов, а вокруг ядра вращаются электроны.
Однако, существует одно исключение: у водорода нет нейтронов в ядре, поскольку всё ядро водорода состоит из одного протона, вокруг которого вращается один электрон. У гелия, например, ядро состоит из двух протонов и двух нейтронов, а вокруг вращается два электрона. Вообще из периодической системы химических элементов Менделеева можно узнать число протонов в ядре любого элемента, поскольку порядковый номер элемента совпадает с этим числом. При нормальных условиях, атом содержит то же число электронов. Например, у азота 7 протонов, а у хлора — 17.
Мы можем предположить, что возможно каким-то образом отнять электрон у нейтрального атома или присоединить электрон к нейтральному атому. Действительно, это предположение верно, и такие процессы часто происходят. Электроны одних атомов могут переходить к другим атомам. Атомы с неравным количеством протонов и электронов называются ионами.
Если атом потерял один или несколько электронов, то он будет иметь положительный заряд и называться положительным ионом.
Если же атом, напротив, приобрел один или несколько лишних электронов, то он будет иметь отрицательный заряд и называться отрицательным ионом.
Для закрепления материала выполним несколько простых упражнений.
Задача 1. Известно, что атом кислорода электрически нейтрален, а в его ядре находится 16 частиц. Сколько в атоме кислорода протонов, нейтронов и электронов?
В таблице Менделеева кислород имеет порядковый номер 8. Значит, в нём 8 протонов. Поскольку атом электрически нейтрален, в нём должно быть 8 электронов, чтобы уравновесить заряд ядра. Нам дано, что в ядре 16 частиц. Т.к. 8 из них являются протонами, оставшиеся 8 — это нейтроны. Значит, в атоме кислорода 8 нейтронов и 8 протонов, которые формируют ядро, а вокруг этого ядра вращаются 8 электронов.
Задача 2. Как называется атом кальция, который потерял 2 электрона? Каков заряд этого атома?
Для ответа на этот вопрос нам не нужна таблица Менделеева. Т.к. атом изначально нейтрален, то при потере электронов, он становится положительным ионом. Сколько бы ни было протонов в ядре, заряд каждого из них уравновешивается отрицательным зарядом электрона, за исключением двух, поскольку в атоме не хватает двух электронов. Поэтому заряд данного иона будет равен суммарному заряду двух протонов.
Задача 3. Атом содержит 6 нейтронов и электрически нейтрален. Можно ли найти число протонов и электронов?
Нет, потому что число протонов не всегда совпадает с числом нейтронов. Можно лишь сказать, что число протонов в этом атоме равно числу электронов, поскольку в противном случае, это был бы ион. Шесть нейтронов содержится в нормальном атоме углерода, но, 6 нейтронов могут находиться в некоторой разновидности атома гелия. Такие разновидности называются изотопами и часто являются радиоактивными. Подобные явления будут изучены подробнее в старших классах.
videouroki.net