Строение атома водорода (H), схема и примеры
Общие сведения о строении атома водорода
Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 1. Атомный вес может варьироваться: 1, 2, 3, что связано с наличием изотопов дейтерия и трития.
Электронное строение атома водорода
В атоме водорода имеется положительно заряженное ядро (+1), 1 протон и один электрон. Поскольку водород имеет самое простейшее строение атома из всех элементов Периодической системы, он хорошо изучен. В 1913 году Нильс Бор предложил схему строения атома водорода, согласно которой положительно заряженное ядро находится в центре, а вокруг него по единственной орбитали движется электрон (рис. 1). В соответствии с этой схемой он вывел спектр излучения этого химического элемента. Который был позже доказан с помощью квантово-механических расчетов уравнения Шредингера (1925-1930 годы).
Рис. 1. Схема строения атома водорода.
Электронная конфигурация атома водорода будет выглядеть следующим образом:
1s1.
Водород относится к семейству s-элементов. Энергетическая диаграмма атома водорода имеет вид:
Единственный электрон, который имеется у водорода является валентным, т.к. участвует в образовании химических связей. В результате взаимодействия водород может как терять электрон, т.е. являться его донором, так и принимать, т.е. быть акцептором. В этих случаях атом превращается либо в положительно, либо отрицательно заряженный ион (H+/Н—):
H0 –e →H+;
H0 +e →H—.
Примеры решения задач
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! | |||
Урок 1. Схема строения атомов – HIMI4KA
У нас вышел новый курс, где всё объясняется ещё проще. Подробннее по ссылке
В уроке 1 «Схема строения атомов» из курса «Химия для чайников» рассмотрим основы строение атома и состав атомного ядра; выясним, что такое атомная единица массы, порядковый номер атома и атомная масса элемента. Обязательно просмотрите основные понятия и определения к разделу «Атомы, молекулы и ионы», чтобы лучше воспринимать суть изложенного материала в данной главе.
Основы строения атома
Пока не будем говорить, кто и когда узнал о существовании атома, а сразу перейдем к основам его строения: Атом — это мельчайшая частица вещества, которая состоит из ядра (заряд «+»), окруженного электронами (заряд «–»).
Электроны расположены на электронных оболочках атома: чем больше заряд ядра, тем больше электронов и электронных оболочек. Сам атом заряда не имеет, так как он является электрически нейтральным: заряд ядра (+) равен сумме зарядов электронов (-), вращающихся вокруг ядра.
Состав ядра атома
Ядро атома состоит из нуклонов. Нуклоны в ядре — это протоны и нейтроны. Массы протона и нейтрона почти одинаковые. Заряд ядра атома обозначается знаком «+» и зависит исключительно от количества протонов, ведь протоны — это носители положительного заряда, а нейтроны заряда не имеют никогда. Почти вся масса атома сконцентрирована в ядре, поэтому оно супер-тяжелое по отношению к остальному содержимому атома, однако, очень маленькое по сравнению с общим размером атома.
Чтобы вы понимали насколько оно мало, приведу пример: если атом увеличить до размеров Земли, то ядро атома будет в диаметре всего 60 метров. Надеюсь, что теперь у вас возникло некоторое представление об основах строения атома и составе атомного ядра.
Атомная единица массы
Весы, которые могли бы взвесить атом, электрон или нуклон, пока еще не изобрели. Поэтому химики выражают массу частиц не в граммах, а в атомных единицах массы (а.е.м.). 1 атомная единица массы равна 1/12 массы атома углерода, ядро которого состоит из 6 протонов и 6 нейтронов. Получается, что масса 1 протона ~ 1 нейтрона ~ 1 а.е.м. Возникает вопрос, почему мы не считали 6 электронов, однако ответ будет простым: масса электрона ничтожно мала, поэтому в данном случае с ней даже не считаются.
Перевод граммов в атомные единицы массы выглядит так: 1 гр = 6,022×1023 а.е.м и наоборот 1 а.е.м. = 1,66×10-24 г. Число 6,022×1023 носит название — число Авогадро N (позже мы рассмотрим способ ее вычисления). Ниже изображена сравнительная таблица зарядов и масс элементарных частиц:
| Название | Заряд, Кл | Масса, гр | Масса, а.е.м. |
| Протон | +1,6·10-19 | 1,67·10-24 | 1,00728 |
| Нейтрон | 0 | 1,67·10-24 | 1,00866 |
| Электрон | -1,6·10-19 | 9,10·10-28 | 0,00055 |
Порядковый номер атома и атомная масса элемента
Переходим к двум фундаментальным понятиям. Порядковый (атомный) номер Z — это число протонов в ядре и оно же обозначает число электронов, потому как атом должен быть электрически нейтральным. Атомная масса элемента (относительная атомная масса, атомный вес) — это масса всех субатомных частиц (протонов, нейтронов, электронов) в атоме, выражается в а.е.м. Относительная атомная масса элемента один в один то же самое, что и атомная, но является безразмерной величиной и показывает, во сколько раз масса рассматриваемого атома превышает массу 1/12 части атома углерода. Порядковые номера и атомные массы химических элементов отмечены в таблице Менделеева.
Все атомы в природе с одинаковым порядковым номером в химическом отношении ведут себя практически одинаково и, поэтому их можно считать как атом одного и того же химического элемента. Каждый элемент обозначается одно- или двухбуквенным символом, заимствованный в большинстве случаев из греческого или латинского названия. Например, символ углерода — C, натрия — Na, азота — N и т.д. В качестве символа натрия Na, взяты две первые буквы его латинского названия натриум, чтобы отличить его от азота N (латинское название нитроген). В таблице Менделеева приведен алфавитный перечень элементов и их символов, их порядковый номер и атомные массы.
Надеюсь урок 1 «Схема строения атомов» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке
Урок 24. строение атома. опыты резерфорда — Физика — 11 класс
Физика, 11 классУрок №24. Строение атома. Опыты Резерфорда
На уроке рассматриваются: понятия атомное ядро, опыты Резерфорда, планетарная модель строения атома; сравниваются модели атома Томсона и Резерфорда, даны некоторые сведения о фактах, подтверждающих сложное строение атома, о работах учёных по созданию модели строения атома.
Атомное ядро — тело малых размеров, в котором сконцентрирована почти вся масса и весь положительный заряд атома.
Размеры ядра: диаметр порядка 10-12—10-13 см (у разных ядер диаметры различны).
Размер атома: примерно 10-8 см, т. е. от 10 до 100 тысяч раз превышает размеры ядра.
Планетарная модель атома Резерфорда: в целом атом нейтрален, в центре атома расположено положительно заряжённое ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, электроны движутся по орбитам вокруг ядра, заряд ядра, как и число электронов в атоме, равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И.Менделеева.
Ядро атома водорода названо протоном и рассматривается как элементарная частица.
Ядро атома водорода имеет положительный заряд, равный по модулю заряду электрона, и массу, примерно в 1836,1 раза больше массы электрона.
Частота излучений атома водорода составляет ряд серий: серия Бальмера, серия Лаймана, серия Пашена и другие, каждая из которых образуется в процессе перехода атома в одно из энергетических состояний.
Обязательная литература по теме урока:
- Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 279 – 283.
- Степанова Г.Н. (сост.) Сборник задач по физике для 10-11 классов общеобразовательных учреждений.5-е изд., доп. — М.: «Просвещение», 1999 — С. 221-222
- Анциферов Л.И., Физика: электродинамика и квантовая физика. 11кл. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Мнемозина, 2001. – С. 270-274.
- Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 классы. – М.: Дрофа, 2013. — С. 155 – 156.
- Кикоин А. К. За пределы таблицы //Квант. — 1991. — № 1. — С. 38,39,42-44
Основное содержание урока
Долгое время, физика накапливала факты о свойстве вещества для полного представления о строении атома. И только в XIX веке изучение атомического строения вещества существенно сдвинулось с точки покоя.
Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Дмитрий Иванович Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов.
Важным свидетельством сложной структуры атомов явились исследования спектров, излучаемые веществом, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В начале XIX века в излучении атома водорода были открыты спектральные линии в видимой части спектра.
По мысли Томсона, положительный заряд занимает весь объём атома и распределён он в этом сферическом объёме равномерно. У более сложных атомов в положительно заряжённом шаре есть несколько электронов, так что атом подобен кексу, в котором роль изюма играют электроны. Распространённый термин этой модели — «Пудинг с изюмом» или «Булочка с изюмом».
Таким образом, к началу XX века учёные сделали вывод о том, что атомы материи имеют сложную внутреннюю структуру. Они являются электрически нейтральными системами, а носителями отрицательного заряда атомов являются лёгкие электроны, масса которых составляет лишь малую долю массы атомов. Однако модель атома Томсона находилась в полном противоречии с экспериментами по изучению распределения положительных зарядов.
Электрон – наименьшая электроотрицательная заряжённая элементарная частица
Масса покоя электрона me = 9,1·10-31кг;
— отношение заряда электрона к его массе.
Немецкий физик Филипп фон Ленард в 1903 году проводил опыты, в которых пучок быстрых электронов легко проходил через тонкую металлическую фольгу. На основании этого Ленард предположил, что атом состоит из нейтральных частиц или нейтральных дуплетов с совмещённым положительным и отрицательным зарядами, рассредоточенными в атоме, где большая площадь представляет собой пустоту.
В 1904 году японский физик Хентаро Нагаока выдвинул гипотезу о том, что атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра, окруженного кольцами из большого числа электронов, колебания которых и являются причиной испускания атомных спектров, по аналогии с теорией устойчивости колец Сатурна.
Но в физике уже более 200 лет существует главное правило: окончательный выбор между гипотезами может быть сделан только на основе опыта. Эксперименты, проведенные в первый раз Эрнестом Резерфордом, сыграли решающую роль в понимании структуры атома.
30.08.1871 г. – 19.10.1937 г.
Эрнест Резерфорд
Британский физик новозеландского происхождения
Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года
Для экспериментального изучения распределения положительного заряда, а значит, и массы внутри атома Эрнест Резерфорд в 1906 г. предложил применить зондирование атома α-частицами, скорость которых составляет 1/15 скорости света.
Эти частицы возникают при распаде, например, радия и некоторых других радиоактивных элементов. Сами же α-частицы – это ионизированные атомы гелия, положительный заряд гелия в два раза больше заряда электрона +2He. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжёлых элементов (золото, медь и др.). Если бы электроны были равномерно распределены по всему объёму атома (по модели атома Томсона), электроны не могли бы заметно изменять траекторию α –частиц, так как размеры и масса электронов в 8000 раз меньше массы α-частиц. Точно так же камушек в несколько десятков граммов при столкновении с автомобилем не может изменить его скорость.
Изменение направления движения α-частиц может вызвать только массивная часть атома, при этом положительно заряжённая. Весь прибор размещался в сосуде, из которого был откачан воздух. Радиоактивный препарат, помещался внутри свинцового цилиндра, вдоль которого был высверлен узкий канал. Пучок α -частиц из канала падал на тонкую фольгу из тяжёлого металла. После рассеяния α-частицы попадали на полупрозрачный экран, покрытый сульфидом цинка. Столкновение каждой частицы с экраном сопровождалось сцинтилляцией (вспышкой света), которую можно было наблюдать в микроскоп.
Чтобы обнаружить отклонение α-частиц на большие углы Резерфорд окружил фольгу экранами. Сотрудники Резерфорда вели счёт α-частиц, попадающих в регистрирующее устройство при отклонении их на от первоначального направления на определённый угол φ (фи). Данные из серии опытов, за определённый период времени, приведены в таблице:
Угол отклонения α-частиц φ, ° | 15 | 60 | 105 | 150 | 180 |
Число частиц N | 132000 | 477 | 70 | 33 | 1-3 |
Отсюда можно сделать вывод: такое поведение α-частиц возможно только в том случае, если они упруго взаимодействуют с массивным положительно заряжённым телом малых по сравнению с атомом размеров.
Позднее Резерфорд признался, что, предложив своим ученикам провести эксперимент по наблюдению за рассеянием α-частиц, он сам не верил в положительный результат. Он сравнил такой эффект с 15-дюймовым снарядом, как если бы его выстрелили в кусок тонкой бумаги, а снаряд возвратился бы и нанёс обратный удар.
Резерфорд понял, что α-частица могла быть отброшена назад лишь в том случае, если положительный заряд атома и его масса сконцентрированы в очень малой области пространства. Так Резерфорд пришел к мысли о существовании атомного ядра.
Подсчитывая число α-частиц, рассеянных на различные углы, Резерфорд смог оценить размеры ядра. Оказалось, что ядро имеет диаметр порядка 10-12—10-13 см (у разных ядер диаметры различны). Размер же самого атома 10-8 см, то есть от 10 до 100 тысяч раз превышает размеры ядра. Впоследствии удалось определить и заряд ядра.
Планетарная модель атома Резерфорда: в целом атом нейтрален, в центре атома расположено положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Число внутриатомных электронов, как и заряд ядра, равны порядковому номеру элемента в периодической системе Д. И. Менделеева.
Электроны движутся вокруг ядра, подобно тому как планеты обращаются вокруг Солнца.
Такой характер движения электронов определяется действием кулоновских сил притяжения со стороны ядра.
Закон Кулона:
qα — заряд α-частицы;
q — положительный заряд атома;
r — его радиус;
— коэффициент пропорциональности.
Ядро атома водорода имеет положительный заряд, который по модулю равен заряду электрона, и массу, примерно в 1836,1 раза больше массы электрона.
Размер атома водорода — это радиус орбиты его электрона
Простая и наглядная планетарная модель атома имеет прямое экспериментальное обоснование. Она кажется совершенно необходимой для объяснения опытов по рассеиванию α-частиц. Но на основе этой модели нельзя объяснить факт существования атома, его устойчивость. Ведь движение электронов по орбитам происходит с ускорением. Ускоренно движущийся заряд должен излучать электромагнитные волны с частотой, равной частоте его обращения вокруг ядра. Электроны должны приближаться к ядру, подобно тому как спутник приближается к Земле при торможении в верхних слоях атмосферы. Атом должен прекратить свое существование. В действительности ничего подобного не происходит. Атомы устойчивы и в невозбужденном состоянии могут существовать неограниченно долго, совершенно не излучая электромагнитные волны
В начале XX века было уже известно, что вещество излучает свет конкретных длин волн в определенных, очень узких спектральных интервалах — спектральных линиях, все линии имеют конечную длину.
Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном состоянии). Классическим примером линейчатого спектра является спектр атома водорода.
Швейцарский физик и математикИоганн Якоб Бальмер определил, что в видимой части спектра атома водорода имеются четыре линии, соответствующие длинам волн: λ1 = 434 нм; λ2 = 486 нм; λ3 = 410 нм; λ4 = 656 нм
Частота излучений атома водорода составляет ряд серий, каждая из которых образуется в процессе перехода атома в одно из энергетических состояний, переходов электрона с верхних энергетических уровней на нижние уровни.
На рисунке можно увидеть переходы электрона на другой энергетический уровень, частоты излучения которого находятся в видимой области спектра.
Серию уровней назвали в честь швейцарского учителя Иоганна Бальмера, который ещё в 1885 году основываясь на результатах экспериментов вывел формулу для определения частот видимой части спектра водорода:
где Z – число протонов в атоме или порядковый номер в периодической таблице Менделеева;
n и m (целое число – 1, 2, 3, 4, 5, и так далее) — энергетические уровни, где m > n.
В этой формуле v — не частота, которая измеряется в с-1, а волновое число, которое равно обратному значению длины волны 1/λ и которое измеряется в м-1.
R — это постоянная Ридберга (для данного вещества), которая определена из спектральных данных, учитывая, что скорость распространения видимого излучения составляет:
Не согласующийся с опытом вывод о неизбежной гибели атома вследствие потери энергии на излучение — это результат применения законов классической физики к явлениям, происходящим внутри атома. Отсюда следует, что к таким явлениям законы классической физики неприменимы. Все выводы об устойчивости атома и спектре, которые излучает атом будут подтверждены Нильсом Бором в 1913 году.
Рассмотрим задачи тренировочного блока урока.
1. Формула Бальмера – Ридберга для водорода приводится в виде:
Коэффициент RH носит название постоянной Ридберга для водорода и его можно вычислить из данной формулы. Полученный результат равен _______·107 м-1, если известно, что при переходе атома водорода из четвёртого энергетического состояния во второе происходит излучение с длиной волны 486,13 нм.
Дано:
m = 4
n = 2
RH — ?
Решение:
Постоянная Ридберга для водорода:
Выведем постоянную Ридберга RH из формулы Бальмера – Ридберга:
Подставим известные значения в формулу:
Ответ:
2. Рассчитайте на какое наименьшее расстояние α-частица может приблизиться к ядру атома золота, двигаясь по прямой, проходящей через центр ядра. Масса α-частицы, её заряд, скорость движения и заряд ядра золота приведены в таблице:
Масса α-частицы, кг | Заряд α-частицы, Кл | Скорость движения α-частицы, м/с | Заряд ядра золота, Кл | Расстояние сближения, м |
6,6·10-27 | 3,2·10-19 | 1,9·107 | 1,3·10-17 | ? |
По закону сохранения энергии максимальная кинетическая энергия α-частицы будет равна максимальной потенциальной энергии взаимодействия частицы с ядром атома золота:
Потенциальная энергия кулоновского взаимодействия зарядов.
Для определения наименьшего расстояния между α-частицей и ядра атома золота используем формулу взаимодействия заряжённых частиц — закон Кулона:
— коэффициент пропорциональности.
Чтобы определить силу взаимодействия зарядов на кратчайшем расстоянии, запишем II закон Ньютона, устанавливающий зависимость силы от ускорения, для движения тела движущегося по окружности с центростремительным ускорением:
Приравняем выражения для силы взаимодействия двух точечных зарядов:
Отсюда выразим расстояние сближения двух зарядов, считая его радиусом от центра ядра золота до точки сближения с α-частицей:
Подставим числовые значения в полученную формулу:
Ответ:
Масса α-частицы, кг | Заряд α-частицы, Кл | Скорость движения α-частицы, м/с | Заряд ядра золота, Кл | Расстояние сближения, м |
6,6·10-27 | 3,2·10-19 | 1,9·107 | 1,3·10-17 | 3,1·10-14 |
3. Строение атома
В результате открытия в 1911 г. Э. Резерфордом
атомного ядра образовалась новая концепция строения материи: атом состоит из
массивного положительно заряженного атомного ядра, окруженного электронными
оболочками. Положительный заряд атомного ядра определяет суммарное число
электронов в атомных оболочках. В целом атом является электрически нейтральной
системой. Н. Бор, 1913 г.: «Квантовая теория строения атомов. 1. Среди мыслимых состояний движения атомной системы имеется ряд так называемых стационарных состояний, относительно которых предполагается, что движение частиц в этих состояниях, подчиняясь в значительном объеме классическим механическим законам, отличается, однако, своеобразной механически необъяснимой устойчивостью, в результате которой следует, что всякое остаточное изменение движения системы должно состоять в полном переходе из одного состояния в другое. 2. В самих стационарных состояниях, в противоречие с классической электромагнитной теорией, излучения не происходит, однако процесс перехода между двумя стационарными состояниями может сопровождаться электромагнитным излучением, обладающим теми же свойствами, как излучение, посылаемое на основании классической теории электрической частицей, совершающей гармонические колебания с постоянной частотой. Эта частота ν не находится, однако, в простом отношении к движению частиц атома и определяется условием hν = E’ – E» где h – постоянная Планка, E’ и E» – значение атомной энергии в двух стационарных состояниях, образующих начальное и конечное состоянии процесса излучения. Обратно, освещение атома электромагнитными волнами этой частоты может привести к процессу поглощения, переводящее атом из конечного состояния в начальное». Электрон согласно модели Н. Бора в атоме водорода вращается вокруг ядра по классическим траекториям, не излучая энергию, если на его орбите укладывается целое число длин волн де Бройля nλ = 2πrn, n = 1, 2, 3… Разным разрешённым орбитам n соответствуют разные энергии электронов En n = 1, 2, 3… Радиус первой боровской орбиты атома водорода r1 ≈ 0.53·10-8см. Электромагнитное взаимодействие электронов и атомных ядер определяет энергию связи и размеры атомов, размеры молекулярных структур. Э. Резерфорд, 1914 г.: «Из рассмотрения атомов водорода и гелия, где водород имеет один
электрон, а гелий – два, очевидно, что число электронов не может быть всегда
точно равно половине атомного веса. Это приводит к интересному предположению,
которое высказал Размеры атома составляют несколько ангстрем (1 Å = 10–8 см). Химические свойства атомов, способность атомов образовывать различные химические соединения – молекулы определяются внешней электронной оболочкой атома и зависят от числа электронов в ней. Э. Резерфорд впервые использовал ядерные реакции под действием α‑частиц для изучения свойств атомного ядра. Следующим шагом в познании строения материи стало открытие в 1919 г. протона Э. Резерфордом и в 1932 г. нейтрона Дж. Чадвиком. Оказалось, что на уровне 10–12 см вещество состоит из протонов, нейтронов и электронов. Число протонов в атомном ядре Z определяет заряд атомного ядра. Суммарное число протонов Z и нейтронов N определяет массовое число A атомного ядра Z + N = A. Атомные ядра обладают магнитными моментами, которые измеряются в ядерных магнетонах где mp – масса протона. где me – масса электрона. Магнитные момента атомов в тысячи раз больше магнитных моментов ядер. Таблица 1 Характеристики протона, нейтрона и электрона
Протон, нейтрон и электрон являются фермионами, имеют спин J = 1/2 и подчиняются принципу Паули. Нейтрон имеет массу на 1.3 МэВ больше, чем протон, поэтому в свободном состоянии он распадается на протон p, электрон e− и электронное антинейтрино | |||
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Проверочная работа для текущего контроля знаний по теме «Строение атома (строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов периодической системы Д.И. Менделеева)»
Цель работы:
проверка знаний обучающихся по результатам изучения темы «Строение атома (строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов периодической системы Д.И. Менделеева)»;
контроль за формированием у обучающихся общеучебных умений;
целенаправленная подготовка обучающихся к сдаче ОГЭ по химии.
Структура работы:
Матрица ответов
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 1.
1. На приведённом рисунке изображена модель атома
1) бора
2) алюминия
3) азота
4) бериллия
2. Схема строения электронных оболочек соответствует атому химического элемента
1) 2-го периода IIA группы 2) 2-го периода IIIA группы
3) 3-го периода IIIA группы 4) 3-го периода IIA группы
3. Три электрона находятся во внешнем электронном слое атома каждого из двух химических элементов:
1) Al и B 2) Mg и S 3) Al и Ca 4) N и P
4. Распределение электронов по электронным слоям: 2; 8; 8; 1 — соответствует атому, расположенному
1) в 4 периоде, IVА группе 2) в 4 периоде, IА группе
3) в 3 периоде, IVА группе 4) в 3 периоде, IА группе
5. В атоме химического элемента, расположенного во 2-ом периоде, VIIIA группе, общее число электронов равно
1) 2 2) 8 3) 10 4) 20
6. Порядковый номер химического элемента всегда равен
1) заряду ядра атома 2) атомной массе
3) числу нейтронов в ядре атома 4) числу валентных электронов атома
7. Завершённый внешний электронный слой имеет атом
1) аргона 2) водорода 3) магния 4) кислорода
8. Заряд ядра атома хлора равен
1) +17 2) +18 3) +35 4) +36
9. Число электронов во внешнем электронном слое атома с зарядом ядра +7 равно
1) 5 2) 2 3) 3 4) 4
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 2.
1. На приведённом рисунке изображена модель атома
1) бора
2) фосфора
3) мышьяка
4) брома
2. Химическому элементу 3-го периода VA-группы соответствует схема распределения электронов
1) 2) 3) 4)
3. На трёх электронных слоях размещаются все электроны в атомах каждого из двух химических элементов:
1) C и Cl 2) Mg и S 3) B и Al 4) P и N
4. Химическому элементу, расположенному в 3-ем периоде, IIA-группе соответствует схема электронного строения атома
1) 2; 3; 2) 2; 8; 2; 3) 2; 8; 8; 2; 4) 2; 8; 3;
5. Сколько протонов находится в ядре атома химического элемента, расположенного во 2-м периоде, VIIA группе?
1) 7 2) 2 3) 5 4) 9
6. Число протонов в ядре атома равно
1) порядковому номеру элемента 2) номеру периода
3) номеру группы 4) относительной атомной массе
7. Завершённый внешний электронный слой имеет атом
1) углерода 2) азота 3) гелия 4) натрия
8. Заряд ядра атома алюминия равен
1) +14 2) +27 3) +26 4) +13
9. Число электронов во внешнем электронном слое атома с зарядом ядра +15 равно
1) 5 2) 2 3) 3 4) 4
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 3.
1. На приведённом рисунке изображена модель атома
1) углерода
2) алюминия
3) кремния
4) аргона
2. На приведённом рисунке изображена модель атома химического элемента
1) 3-го периода VIIIA группы
2) 3-го периода VIA группы
3) 2-го периода VIIIA группы
4) 2-го периода VIA группы
3. Четыре электрона находятся во внешнем электронном слое атома каждого из двух химических элементов:
1) O и S 2) Al и Si 3) C и Ge 4) K и Ca
4. Распределению электронов по электронным слоям атома кремния соответствует ряд чисел:
1) 2, 4 2) 2, 4, 4 3) 2, 8, 4 4) 2, 4, 8
5. Сколько протонов содержит ядро атома химического элемента, во внешнем третьем электронном слое которого находится 3 электрона?
1) 5 2) 11 3) 12 4) 13
6. Заряд ядра атома равен числу
1) протонов 2) электронов во внешнем электронном слое
3) нейтронов 4) энергетических уровней
7. Незавершённый внешний электронный слой имеет атом
1) неона 2) водорода 3) аргона 4) гелия
8. Заряд ядра атома фосфора равен
1) +15 2) +16 3) +30 4) +31
9. Число электронов во внешнем электронном слое атома с зарядом ядра +16 равно
1) 5 2) 2 3) 6 4) 8
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 4.
1. На приведённом рисунке изображено распределение электронов по электронным слоям в атоме
1) азота 2) алюминия
3) фосфора 4) фтора
2. На приведённом рисунке изображена модель атома химического элемента, который расположен во (в)
1) 2-м периоде, IIIA группе
2) 3-м периоде, VA группе
3) 2-м периоде, VIIIA группе
4) 3-м периоде, IIIA группе
3. Одинаковое число электронов во внешнем электронном слое атома имеют элементы с порядковыми номерами
1) 6 и 14 2) 19 и 20 3) 7 и 17 4) 2 и 10
4. Распределению электронов по электронным слоям в атоме натрия соответствует ряд чисел:
1) 1, 8, 1 2) 2, 1 3) 8, 1, 2 4) 2, 8, 1
5. Суммарное число электронов в атоме химического элемента, расположенного во 2-м периоде, VA группе, равно
1) 15 2) 7 3) 9 4) 12
6. Число электронных слоёв в атоме равно
1) порядковому номеру элемента 2) номеру группы
3) заряду ядра атома 4) номеру периода
7. Завершённый внешний электронный слой имеет атом, в ядре которого находится
1) 8 протонов 2) 10 протонов 3) 12 протонов 4) 16 протонов
8. Чему равен заряд ядра атома (+Z), модель которого изображена на рисунке?
1) +13
2) +15
3) +16
4) +18
9. Сколько электронов находится на внешнем уровне элемента с порядковым номером 11?
1) 1 2) 3 3) 8 4) 11
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 5.
1. На рисунке изображена модель атома. Какому химическому элементу она соответствует?
1) азоту
2) фосфору
3) бору
4) алюминию
2. Химическому элементу 2-го периода IVA-группы соответствует схема распределения электронов
1) 2) 3) 4)
3. Одинаковое число электронных слоёв, содержащих электроны, имеют атомы элементов
1) Li и Na 2) Ar и S 3) N и Si 4) He и Ne
4. Распределению электронов в атоме химического элемента соответствует ряд чисел: 2, 8, 3. В Периодической системе Д.И. Менделеева этот элемент расположен
1) в 3-м периоде, IIIA группе 2) во 2-м периоде, IIIA группе
3) в 3-м периоде, IIA группе 4) во 2-м периоде, IIA группе
5. В атоме химического элемента, расположенного во втором периоде, IVA группе, общее число электронов равно
1) 2 2) 4 3) 6 4) 8
6. Заряд ядра атома равен числу
1) протонов 2) электронов во внешнем электронном слое
3) нейтронов 4) энергетических уровней
7. Завершённый внешний электронный слой имеет атом
1) кремния 2) алюминия 3) хлора 4) неона
8. Заряд ядра атома химического элемента, расположенного в 3-м периоде, IIA группе равен
1) +12 2) +2 3) +10 4) +8
9. Сколько электронов находится во внешнем электронном слое атома, ядро которого содержит 10 протонов?
1) 8 2) 2 3) 6 4) 4
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 6.
1. Атом какого химического элемента имеет приведённую ниже схему строения?
1) аргона
2) кислорода
3) серы
4) кальция
2. На приведённом рисунке изображена модель атома химического элемента
1) 3-го периода IIIA группы
2) 3-го периода VA группы
3) 2-го периода IIIA группы
4) 2-го периода VIIIA группы
3. Одинаковое число электронов во внешнем электронном слое имеют атомы
1) Na и Mg 2) Mg и Al 3) Mg и Ca 4) Ca и K
4. Схема распределения электронов по электронным слоям 2; 8; 7; соответствует атому
1) хлора 2) фтора 3) кислорода 4) серы
5. Ядро атома натрия содержит
1) 11 протонов и 12 нейтронов 2) 11 протонов и 11 нейтронов
3) 12 протонов и 11 нейтронов 4) 10 протонов и 13 нейтронов
6. У химических элементов одной главной подгруппы одинаковое число
1) электронных слоёв 2) протонов в ядре
3) валентных электронов 4) электронов в атоме
7. Завершённый внешний электронный слой имеет атом
1) магния 2) аргона 3) водорода 4) кислорода
8. Заряд ядра и число валентных электронов в атоме алюминия равны соответственно
1) +13 и 3 2) +27 и 3 3) +13 и 27 4) +3 и 13
9. Число электронов во внешнем электронном слое атома с зарядом ядра +12 равно
1) 2 2) 6 3) 4 4) 8
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 7.
1. На приведённом рисунке изображена модель атома
1) фтора
2) кремния
3) серы
4) кислорода
2. Схема электронного строения атома соответствует атому химического элемента
1) 3-го периода IVA группы 2) 3-го периода VIIIA группы
3) 4-го периода IIIA группы 4) 4-го периода IVA группы
3. На двух электронных слоях размещаются все электроны в атомах каждого из двух химических элементов
1) Mg и Ca 2) S и O 3) Be и Mg 4) F и Be
4. В каком атоме распределение электронов по электронным слоям соответствует ряду чисел 2; 8; 3?
1) алюминия 2) бора 3) фосфора 4) азота
5. В атоме фосфора число электронных слоёв равно
1) 5 2) 2 3) 3 4) 4
6. Атомы химических элементов одной главной подгруппы имеют одинаковое (-ые)
1) радиусы атомов
2) заряды ядер атомов
3) число электронов во внешнем электронном слое
4) число электронных слоёв
7. Завершённый внешний электронный слой имеет атом
1) гелия 2) углерода 3) азота 4) натрия
8. На рисунке изображена модель атома.
Чему равен заряд ядра этого атома?
1) +3
2) +5
3) +7
4) +14
9. Сколько электронов находится во внешнем электронном слое атома, в ядре которого 14 протонов?
1) 2 2) 4 3) 8 4) 14
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 8.
1. На приведённом рисунке изображена модель атома
1) бора
2) натрия
3) лития
4) азота
2. Схема строения электронных оболочек соответствует атому химического элемента
1) 2-го периода VA группы
2) 2-го периода IIIA группы
3) 3-го периода IIA группы
4) 3-го периода VA группы
3. Одинаковое число электронных слоёв, содержащих электроны, имеют атомы элементов
1) Ca и Ba 2) K и Ca 3) Li и Al 4) C и Si
4. Распределению электронов по электронным слоям в атоме фтора соответствует схема
1) 2; 8; 8; 2) 2; 8; 7; 3) 2; 7; 4) 2; 8.
5. В атоме кремния число электронных слоёв и число электронов во внешнем электронном слое равны соответственно
1) 2 и 6 2) 3 и 4 3) 3 и 6 4) 2 и 4
6. Атомы химических элементов бора и алюминия имеют одинаковое число
1) заполненных электронных слоёв 2) протонов
3) электронов во внешнем электронном слое 4) нейтронов
7. Незавершённый внешний электронный слой имеет атом
1) неона 2) гелия 3) кислорода 4) аргона
8. Заряд ядра атома химического элемента, расположенного во 2-м периоде,
IVA группе равен
1) +8 2) +12 3) +6 4) +4
9. Сколько электронов находится во внешнем электронном слое атома, заряд ядра которого равен +14?
1) 8 2) 2 3) 6 4) 4
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 9.
1. На данном рисунке изображена модель атома
1) хлора
2) азота
3) магния
4) фтора
2. Схема строения электронных оболочек соответствует атому химического элемента
1) 5-го периода IIA группы
2) 2-го периода VIIA группы
3) 5-го периода VIIA группы
4) 2-го периода VA группы
3. Одинаковое число электронов во внешнем электронном слое атома имеют элементы с порядковыми номерами
1) 1 и 19 2) 12 и 14 3) 11 и 18 4) 6 и 15
4. Атому неона Ne соответствует схема распределения электронов:
1) 2) 3) 4)
5. Какое количество нейтронов содержит ядро атома ?
1) 54 2) 20 3) 37 4) 17
6. Заряд ядра атома равен числу
1) электронов во внешнем электронном слое 2) нейтронов
3) протонов 4) энергетических уровней
7. Завершённый внешний электронный слой имеет атом, в ядре которого находится
1) 12 протонов 2) 14 протонов 3) 16 протонов 4) 18 протонов
8. Заряд ядра атома кремния равен
1) +14 2) +28 3) +3 4) +4
9. Атом элемента содержит на внешнем энергетическом уровне 3 электрона. Порядковый номер этого элемента в Периодической системе
1) 3 2) 5 3) 7 4) 11
Шкала перевода баллов в оценку:
Проверочная работа по теме «Строение атома»
Вариант 10.
1. На приведённом рисунке изображена модель атома
1) алюминия
2) фосфора
3) азота
4) хлора
2. Химическому элементу 3-го периода VIA-группы соответствует схема распределения электронов
1) 2) 3) 4)
3. Одинаковое число электронных слоёв, содержащих электроны, имеют атомы элементов
1) C и Si 2) P и Al 3) Mg и Ca 4) O и Ar
4. Распределению электронов по электронным слоям атома элемента, расположенного в 3-м периоде, IIA группы, соответствует ряд чисел
1) 2, 3 2) 2, 8, 2 3) 2, 8, 3 4) 2, 8, 8, 3
5. Общее число электронов в атоме бора равно
1) 6 2) 2 3) 3 4) 5
6. Число электронных слоёв в атоме равно
1) номеру периода 2) заряду ядра атома
3) номеру группы 4) порядковому номеру элемента
7. Завершённый внешний электронный слой имеет атом
1) кремния 2)бора 3) фтора 4) ксенона
8. На приведённом рисунке изображена модель атома химического элемента с зарядом ядра
1) +2
2) +6
3) +8
4) +4
9. Сколько электронов находится во внешнем электронном слое атома, в ядре которого 11 протонов?
1) 1 2) 2 3) 8 4) 11
Квантовая теория строения атома водорода
Исходя из постулатов Н. Бора и применяя планетарную модель строения атома, ученые создали количественную теорию атома водорода, рассчитав все необходимые радиусы стационарных орбит электрона в атоме водорода и вычислив соответствующие значения общей энергии.
Рисунок 1. Теория атома водорода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В атоме водорода вокруг протона, который несет положительный заряд e, постоянно движется один электрон. Ядро можно считать стабильным и неподвижным, так как его масса в 1840 раз больше веса самого электрона; поверхность элемента при первом приближении можно считать круговой.
Расчет радиусов орбит можно осуществить с помощью определения интенсивности движения электрона вокруг ядра в атоме водорода, который выполняет трансформацию по круговой орбите под воздействием кулоновской силы и демонстрирует центростремительное ускорение. По второй гипотезе Ньютона такой расчет применим для всех радиусов действующих стационарных орбит элементов в атоме водорода.
Для более наглядного представления вероятных энергетических явлений атомов применяют специальные электромагнитные диаграммы, на которых определенное состояние атома отмечается соответствующей горизонтальной линией, называемой в науке энергетическим уровнем.
Спектр атома водорода по Бору
Замечание 1
Выдвинутые известным физиком Бором постулаты предоставили возможность точно рассчитать общий спектр атома водорода и всех водородоподобных концепций (систем, которые состоят из ядра с положительным зарядом $Ze$ и одного электрона), а также посредством теоретических вычислений определить постоянную Ридберга.
Для понимания этого принципа необходимо более детально рассмотреть движение электрона в стабильной водородоподобной системе, используя круговые стационарные орбиты.
Полная и постоянная энергия электрона в данной концепции системе включает в себя весь потенциал кинетической энергии и возможной активности электронов в электростатическом поле ядра. Исследуя квантованные показатели для радиуса $n$-й элементарной орбиты можно определить, что энергия элемента в атоме может принимать только конкретную дискретную формулировку.
Из представленных формул можно увидеть, что энергетические нестабильные состояния атома водорода формируют своеобразную последовательность электромагнитных уровней, которые трансформируются в зависимости от своего значения. Постоянное число n в этом выражении определяет энергетические и обязательные уровни атома, следовательно, называется основным квантовым числом. Энергетическое состояние с $n = 1$ является основным (нормальным) состоянием ядра, а состояния с $n > 1$ считается возбужденными. Соответствующий данному состоянию атома энергетический уровень физики определяют в виде нормального уровня.
Модель атома Резерфорда-Бора
Резерфорд разработал и представил обществу уникальную планетарную модель атома. Согласно этой концепции, вокруг положительно заряженного ядра, имеющего коэффициент $Ζe$ ($Ζ$ — порядковый номер химического элемента в известной системе Менделеева, е — элементарная частица) практически всегда будет действовать электроны, которые находятся по обе стороны замкнутой орбиты. Таким образом, элемента атома образуют электронную оболочку. Так как атомы абсолютно нейтральны, то заряд одного ядра равняется общему заряду электронов, то есть вокруг ядра будет вращаться $Ζ$ электронов.
Зная, что электрон перемещается по линии ядра по круговой орбите радиуса $r$, можно рассчитать кулоновскую силу взаимодействия между электроном и атомом, которая показывает определенное центростремительное ускорение.
Многочисленные исследования спектров излучения световых лучей и разреженных газов показали, что конкретному газу присущ один линейчатый спектр, который состоит из отдельных спектральных групп, близко расположенных к центральным линиям. Самым изученным считаются спектр самого простого атома — атома водорода.
В инфракрасном пространстве спектра были также найдены:
- серия Пушена $ν = R (n = 3, 4, 5,…)$;
- серия Брэката $ν = R (n = 4, 5, 6,…)$;
- серия Пефунда $ν = R (n = 5, 6, 7,…)$;
- серия Хемфра $ν = R (n = 6, 7, 8,…)$.
Все вышеуказанные серии в обычном спектре атома водорода могут быть записаны посредством одной формулы, называемой в науке обобщенным уравнением Бальмера.
Все попытки ученых построить модель атома в пределах классической физики не привели к желаемому успеху.
Замечание 2
Преодоление постоянно возникающих трудностей повлекло за собой создание принципиально новой — квантовой — гипотезы атома.
Приведенные выше сериальные формулы были подобраны эмпирически и в течение длительного времени время не имели научного теоретического обоснования, хотя и были подтверждены с помощью экспериментов с очень большой точностью.
Постулаты Бора
Первая неудачная попытка выстроить качественно квантовую теорию атома предпринял исследователь Нильс Бор, который поставил перед собой задачу комплексно связать в единое целое все существующие эмпирические закономерности линейчатых принципов, ядерную модель строение атома Резерфорда и квантовый спектр излучения и поглощения световых лучей. В основу своей гипотезы физик положил два постулата.
Первый постулат Бора в виде системы стационарных состояний гласит, что в атоме существуют не изменяющиеся со временем состояния, в которых вещество не излучает энергии. Стационарным состояниям элемента соответствуют все элементарные орбиты, по которым непрерывно движутся электроны. Движение этих частиц по орбитам не может сопровождаться поглощением электромагнитных волн. В неизменном состоянии атома электрон, перемещаясь по круговой орбите, определяют квантованные дискретные значения определенного момента импульса, удовлетворяющие условию состояния простейшей частицы. .
Второй постулат Бора, известный под термином «правило частот» предполагает переход электрона с одной стационарной орбиты на другую, в ходе чего излучается только один фотон с энергией. Данная активность будет равняться показателю разности энергии соответствующих состояний и действий неизменных состояний атома до и после поглощения.
Спектр общего поглощения атома водорода считается линейчатым, однако включает в себя только серию Лаймана при определенных внешних условиях. Этот процесс также объясняется гипотезой Бора. Так как все свободные атомы водорода зачастую находятся в стационарном состоянии с наименьшей положительной энергией, то при перемещении к атомам извне конкретной энергии, могут наблюдаться только плавные переходы веществ из основного состояния в возбужденное.
Строение атома. Модель томпсона. Опыты Резерфорда. Планетарная модель
Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
Темы кодификатора ЕГЭ: планетарная модель атома.Атомы каждого химического элемента имеют строго индивидуальный линейчатый спектр, присущий только данному элементу и не меняющийся от опыта к опыту. Как это можно объяснить? Как вывести формулу, дающую весь набор частот атомного спектра? Чтобы сделать это, нужно узнать, как устроен атом.
Модель Томсона
Первую модель строения атома придумал английский физик Джозеф Джон Томсон (удостоенный Нобелевской премии за открытие электрона). В конечном счёте она оказалась неверной, но сыграла важную роль, будучи стимулом последующих экспериментальных исследований Резерфорда. Физики называли модель Томсона «пудинг с изюмом».
Согласно Томсону атом представляет собой шар размером порядка см. По этому шару некоторым образом распределён положительный заряд, а внутри шара, подобно изюминкам, находятся электроны (рис. 1).
Рис. 1. Модель атома Томсона
Суммарный заряд электронов в точности равен положительному заряду шара, поэтому атом в целом электрически нейтрален.
Излучение атомов объясняется колебаниями электронов около положений равновесия (как вы помните, любой ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны). Однако вся совокупность экспериментальных данных по атомным спектрам не укладывалась в модель Томсона. Например, для некоторых химических элементов были подобраны формулы, хорошо описывающие их спектры, но эти формулы из модели Томсона никак не следовали.
Опыты Резерфорда
Верна ли модель Томсона? Как в действительности распределены положительные и отрицательные заряды внутри атома? Чтобы ответить на эти вопросы, нужен был эксперимент, позволяющий проникнуть внутрь атома. Ученик Томсона, знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд предложил с этой целью бомбардировать атом высокоэнергетичными ?-частицами и смотреть, как они будут отклоняться положительным зарядом атома.
Что такое -частицы? Потоки этих частиц — так называемые «альфа-лучи» — были обнаружены при радиоактивном распаде некоторых элементов (например, радия). В результате тщательных исследований, проведённых опять-таки Резерфордом, было установлено, что каждая -частица имеет положительный заряд, равный по модулю удвоенному заряду электрона, и массу, превышающую массу электрона примерно в раз. То есть, -частица оказалась полностью ионизованным (лишённым электронов) атомом гелия.
Резерфорд говорил об -частицах как об ионах гелия; сейчас мы знаем, что это ядра гелия.
Но в те времена об атомных ядрах ещё ничего не знали — о них Резерфорду лишь предстояло догадаться, глядя на результаты своих знаменитых опытов!
Энергия -частиц очень велика — достаточно сказать, что скорость их вылета из радиоактивного образца составляет примерно скорости света. Поэтому интересно было выяснить, на какие углы будут отклоняться столь мощные «снаряды» при рассеянии на отдельных атомах, а точнее — на их положительных зарядах.
Пучок -частиц направлялся на тончайшую золотую фольгу. Как гласит история, Резерфорд не сомневался в том, что углы отклонения должны быть весьма малы: имея столь огромную энергию, -частицы должны проходить сквозь фольгу как нож сквозь масло. Только «для очистки совести», на всякий случай, он попросил учеников посмотреть, не возникает ли рассеяния -частиц на большие углы.
Каково же было всеобщее удивление, когда такие частицы обнаружились! Да, как и следовало ожидать, подавляющая доля -частиц отклонялась несущественно. Но совсем небольшая их часть (примерно одна частица из нескольких тысяч) отклонялась на угол, больший (рис. 2).
Рис. 2. Рассеяние -частиц на атомах
Эти отклонения казались совершенно невероятными. По словам Резерфорда, дело выглядело так, словно артиллерийский снаряд налетел на кусок бумаги и от удара повернул назад.
А «бумагой» в образном сравнении Резерфорда служил атом, устроенный согласно модели Томсона. Действительно, допустим, что положительный заряд атома «размазан» по всему атому, то есть шару радиусом см. Этот положительный заряд создаёт электрическое поле, тормозящее и отклоняющее -частицы. Вблизи атома потенциал данного поля:
Расчёты, однако, показывают, что такое поле оказывается слишком слабым — его тормозящего действия никак не хватит для того, чтобы остановить -частицу и отбросить её назад!
Таким образом, наличие -частиц, отброшенных фольгой, опровергло модель Томсона. Что же было предложено взамен?
Планетарная модель атома
Чтобы отбросить -частицу, положительный заряд атома должен создавать куда более сильное электрическое поле, чем то, которое получается в модели Томсона. А чтобы создать такое поле, положительный заряд должен быть сосредоточен в области, гораздо меньшей размера атома.
Размер этой области можно вычислить. Если положительный заряд занимает область размером , то вблизи заряда создаётся электрическое поле с потенциалом
Зная кинетическую энергию -частицы, можно найти величину тормозящего потенциала , а затем и размер положительно заряженной области. Вычисления, проведённые Резерфордом, дали следующий результат:
см.
Эта величина на пять порядков (в сто тысяч раз!) меньше размера атома. Так на смену модели Томсона пришла планетарная модель атома (рис. 3).
Рис. 3. Планетарная модель атома
В центре атома находится крошечное положительно заряженное ядро, вокруг которого, словно планеты вокруг Солнца, движутся электроны. Между ядром и электронами действуют силы кулоновского притяжения, но упасть на ядро электроны не могут за счёт своего движения — точно так же, как и планеты не падают на Солнце, хоть и притягиваются к нему.
Заряд ядра по модулю равен суммарному заряду электронов, так что атом в целом электрически нейтрален. Однако электроны могут быть выбиты из своих орбит и покинуть атом — тогда атом превращается в положительно заряженный ион.
Масса электронов составляет очень малую часть общей массы атома. Например, в атоме водорода всего один электрон, и его масса в раз меньше массы ядра. Следовательно, почти вся масса атома сосредоточена в ядре — и это при том, что ядро в сто тысяч раз меньше самого атома.
Чтобы лучше почувствовать соотношение масштабов атома и ядра, представьте себе, что атом стал размером с Останкинскую телебашню ( м). Тогда ядро окажется горошиной размером мм, лежащей у вас на ладони. И тем не менее, почти вся масса атома заключена в этой горошине!
Вот таким удивительным объектом оказался атом. Однако планетарная модель атома, объяснив результаты опытов Резерфорда по рассеянию -частиц, оказалась лишь первым шагом на пути к пониманию внутриатомных процессов. А именно, планетарная модель приводила к одному серьёзному противоречию, и преодоление этого противоречия Нильсом Бором положило начало физике атома. Читаем следующий листок!
Структура атома
Обзор атомной структуры
Атомы состоят из частиц, называемых протонами, нейтронами и электронами, которые отвечают за массу и заряд атомов.
Цели обучения
Обсудить электронные и структурные свойства атома
Основные выводы
Ключевые моменты
- Атом состоит из двух областей: ядра, которое находится в центре атома и содержит протоны и нейтроны, и внешней области атома, которая удерживает свои электроны на орбите вокруг ядра.
- Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу, около 1,67 × 10-24 грамма, которую ученые определяют как одну атомную единицу массы (а.е.м.) или один Дальтон.
- Каждый электрон имеет отрицательный заряд (-1), равный положительному заряду протона (+1).
- Нейтроны — это незаряженные частицы, находящиеся в ядре.
Ключевые термины
- атом : наименьшее возможное количество вещества, которое все еще сохраняет свою идентичность как химический элемент, состоящее из ядра, окруженного электронами.
- протон : положительно заряженная субатомная частица, составляющая часть ядра атома и определяющая атомный номер элемента. Он весит 1 а.е.м.
- нейтрон : субатомная частица, составляющая часть ядра атома. Это бесплатно. По массе он равен протону или весит 1 а.е.м.
Атом — это наименьшая единица вещества, которая сохраняет все химические свойства элемента. Атомы объединяются в молекулы, которые затем взаимодействуют с образованием твердых тел, газов или жидкостей.Например, вода состоит из атомов водорода и кислорода, которые объединились в молекулы воды. Многие биологические процессы посвящены расщеплению молекул на составляющие их атомы, чтобы из них можно было собрать более полезную молекулу.
Атомные частицы
Атомы состоят из трех основных частиц: протонов, электронов и нейтронов. Ядро (центр) атома содержит протоны (положительно заряженные) и нейтроны (без заряда). Внешние области атома называются электронными оболочками и содержат электроны (отрицательно заряженные).Атомы имеют разные свойства в зависимости от расположения и количества их основных частиц.
Атом водорода (H) содержит только один протон, один электрон и не содержит нейтронов. Это можно определить, используя атомный номер и массовое число элемента (см. Понятие атомных номеров и массовых чисел).
Структура атома : Изображенные здесь элементы, такие как гелий, состоят из атомов. Атомы состоят из протонов и нейтронов, расположенных внутри ядра, а электроны находятся на орбиталях, окружающих ядро.
Атомная масса
Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу, примерно 1,67 × 10 -24 граммов. Ученые определяют это количество массы как одну атомную единицу массы (а.е.м.) или один дальтон. Протоны схожи по массе, но заряжены положительно, а нейтроны не имеют заряда. Следовательно, количество нейтронов в атоме существенно влияет на его массу, но не на его заряд.
Электроны намного меньше по массе, чем протоны, их вес составляет всего 9 единиц.11 × 10 -28 граммов, или примерно 1/1800 атомной единицы массы. Следовательно, они не вносят большой вклад в общую атомную массу элемента. При рассмотрении атомной массы принято игнорировать массу любых электронов и вычислять массу атома, исходя только из числа протонов и нейтронов.
Электроны вносят большой вклад в заряд атома, поскольку каждый электрон имеет отрицательный заряд, равный положительному заряду протона. Ученые определяют эти обвинения как «+1» и «-1».В незаряженном нейтральном атоме количество электронов, вращающихся вокруг ядра, равно количеству протонов внутри ядра. В этих атомах положительный и отрицательный заряды нейтрализуют друг друга, в результате чего получается атом без чистого заряда.
Протоны, нейтроны и электроны : Протоны и нейтроны имеют массу 1 а.е.м. и находятся в ядре. Однако протоны имеют заряд +1, а нейтроны не заряжены. Электроны имеют массу примерно 0 а.е.м., вращаются вокруг ядра и имеют заряд -1.
Изучение свойств электрона : Сравните поведение электронов с поведением других заряженных частиц, чтобы обнаружить такие свойства электронов, как заряд и масса.
Объем атомов
С учетом размеров протонов, нейтронов и электронов большая часть объема атома — более 99 процентов — фактически является пустым пространством. Несмотря на все это пустое пространство, твердые объекты не проходят сквозь друг друга. Электроны, окружающие все атомы, заряжены отрицательно и заставляют атомы отталкиваться друг от друга, не позволяя атомам занимать одно и то же пространство.Эти межмолекулярные силы не позволяют вам провалиться сквозь такой объект, как стул.
Интерактивное: создайте атом : создайте атом из протонов, нейтронов и электронов и посмотрите, как изменяются элемент, заряд и масса. Тогда сыграйте в игру, чтобы проверить свои идеи!
Атомный номер и массовое число
Атомный номер — это количество протонов в элементе, а массовое число — это количество протонов плюс количество нейтронов.
Цели обучения
Определите соотношение между массовым числом атома, его атомным номером, его атомной массой и количеством субатомных частиц
Основные выводы
Ключевые моменты
- Нейтральные атомы каждого элемента содержат равное количество протонов и электронов.
- Число протонов определяет атомный номер элемента и используется, чтобы отличить один элемент от другого.
- Количество нейтронов варьируется, в результате чего образуются изотопы, которые представляют собой разные формы одного и того же атома, которые различаются только количеством нейтронов, которыми они обладают.
- Вместе количество протонов и количество нейтронов определяют массовое число элемента.
- Поскольку изотопы элемента имеют несколько разные массовые числа, атомная масса рассчитывается путем получения среднего массового числа его изотопов.
Ключевые термины
- массовое число : сумма числа протонов и числа нейтронов в атоме.
- атомный номер : количество протонов в атоме.
- атомная масса : Средняя масса атома с учетом всех его естественных изотопов.
Атомный номер
Нейтральные атомы элемента содержат равное количество протонов и электронов. Число протонов определяет атомный номер элемента (Z) и отличает один элемент от другого. Например, атомный номер углерода (Z) равен 6, потому что у него 6 протонов. Количество нейтронов может изменяться для получения изотопов, которые представляют собой атомы одного и того же элемента, имеющие разное количество нейтронов.Число электронов также может быть различным в атомах одного и того же элемента, в результате чего образуются ионы (заряженные атомы). Например, железо Fe может существовать в нейтральном состоянии или в ионных состояниях +2 и +3.
Массовое число
Массовое число элемента (A) — это сумма количества протонов и количества нейтронов. Небольшой вклад массы электронов не учитывается при вычислении массового числа. Это приближение массы можно использовать, чтобы легко вычислить, сколько нейтронов имеет элемент, просто вычтя количество протонов из массового числа.Протоны и нейтроны весят около одной атомной единицы массы или а.е.м. Изотопы одного и того же элемента будут иметь одинаковый атомный номер, но разные массовые числа.
Атомный номер, химический символ и массовое число : углерод имеет атомный номер шесть и два стабильных изотопа с массовыми числами двенадцать и тринадцать соответственно. Его средняя атомная масса 12,11.
Ученые определяют атомную массу, вычисляя среднее значение массовых чисел естественных изотопов.Часто полученное число содержит десятичную дробь. Например, атомная масса хлора (Cl) составляет 35,45 а.е.м., потому что хлор состоит из нескольких изотопов, некоторые (большинство) с атомной массой 35 а.е.м. (17 протонов и 18 нейтронов), а некоторые с атомной массой 37 а.е.м. (17 протонов и 20 нейтронов).
Зная атомный номер (Z) и массовое число (A), вы можете найти количество протонов, нейтронов и электронов в нейтральном атоме. Например, атом лития (Z = 3, A = 7 а.е.м.) содержит три протона (находится из Z), три электрона (поскольку количество протонов равно количеству электронов в атоме) и четыре нейтрона (7 — 3 = 4).
Изотопы
Изотопы — это различные формы элементов, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.
Цели обучения
Обсудить свойства изотопов и их использование в радиометрическом датировании
Основные выводы
Ключевые моменты
- Изотопы — это атомы одного и того же элемента, содержащие одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.
- Несмотря на разное количество нейтронов, изотопы одного и того же элемента имеют очень похожие физические свойства.
- Некоторые изотопы нестабильны и подвергаются радиоактивному распаду, чтобы превратиться в другие элементы.
- Предсказуемый период полураспада различных распадающихся изотопов позволяет ученым датировать материал на основе его изотопного состава, например, с помощью датирования углерода-14.
Ключевые термины
- изотоп : Любая из двух или более форм элемента, в которых атомы имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов в их ядрах.
- период полураспада : время, необходимое половине исходной концентрации изотопа, чтобы вернуться в более стабильную форму.
- радиоактивные изотопы : атом с нестабильным ядром, характеризующийся избыточной доступной энергией, который подвергается радиоактивному распаду и чаще всего создает гамма-лучи, альфа- или бета-частицы.
- радиоуглеродное датирование : Определение возраста объекта путем сравнения отношения обнаруженной в нем концентрации 14C к количеству 14C в атмосфере.
Что такое изотоп?
Изотопы — это различные формы элементов, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Некоторые элементы, такие как углерод, калий и уран, содержат несколько изотопов природного происхождения. Изотопы определяются сначала их элементом, а затем суммой присутствующих протонов и нейтронов.
- Углерод-12 (или 12 C) содержит шесть протонов, шесть нейтронов и шесть электронов; следовательно, он имеет массовое число 12 а.е.м. (шесть протонов и шесть нейтронов).
- Углерод-14 (или 14 C) содержит шесть протонов, восемь нейтронов и шесть электронов; его атомная масса 14 а.е.м. (шесть протонов и восемь нейтронов).
Хотя масса отдельных изотопов различна, их физические и химические свойства в основном не меняются.
Изотопы действительно различаются по стабильности. Углерод-12 ( 12 C) — самый распространенный изотоп углерода, составляющий 98,89% углерода на Земле. Углерод-14 ( 14 C) нестабилен и встречается только в следовых количествах.Нестабильные изотопы чаще всего испускают альфа-частицы (He 2+ ) и электроны. Также могут испускаться нейтроны, протоны и позитроны, а электроны могут быть захвачены для достижения более стабильной атомной конфигурации (более низкого уровня потенциальной энергии) посредством процесса, называемого радиоактивным распадом. Созданные новые атомы могут находиться в состоянии высокой энергии и испускать гамма-лучи, которые понижают энергию, но сами по себе не превращают атом в другой изотоп. Эти атомы называются радиоактивными изотопами или радиоизотопами.
Радиоуглеродное датирование
Углерод обычно присутствует в атмосфере в виде газообразных соединений, таких как диоксид углерода и метан. Углерод-14 ( 14 C) — это встречающийся в природе радиоактивный изотоп, который создается из атмосферного 14 N (азота) путем добавления нейтрона и потери протона, вызванной космическими лучами. Это непрерывный процесс, поэтому в атмосфере всегда образуется больше 14 C. После производства 14 C часто соединяется с кислородом атмосферы с образованием диоксида углерода.Образовавшийся таким образом углекислый газ диффундирует в атмосфере, растворяется в океане и попадает в организм растений посредством фотосинтеза. Животные поедают растения, и в конечном итоге радиоуглерод распространяется по биосфере.
В живых организмах относительное количество 14 C в их теле примерно равно концентрации 14 C в атмосфере. Когда организм умирает, он больше не поглощает 14 C, поэтому соотношение между 14 C и 12 C будет снижаться, поскольку 14 C постепенно уменьшается до 14 N.Этот медленный процесс, который называется бета-распадом, высвобождает энергию за счет испускания электронов из ядра или позитронов.
Примерно через 5730 лет половина исходной концентрации 14 C будет преобразована обратно в 14 N. Это называется периодом полураспада или временем, которое требуется для получения половины исходной концентрации вещества. изотоп, чтобы вернуться в более стабильную форму. Поскольку период полураспада 14 C большой, его используют для датирования ранее существовавших объектов, таких как старые кости или дерево.Сравнивая отношение концентрации 14 C, обнаруженной в объекте, к количеству 14 C в атмосфере, можно определить количество изотопа, который еще не распался. На основе этого количества можно точно рассчитать возраст материала, если предполагается, что возраст материала составляет менее 50 000 лет. Этот метод называется радиоуглеродным датированием, или сокращенно углеродным датированием.
Применение углеродного датирования : Возраст углеродсодержащих останков менее 50 000 лет, таких как этот карликовый мамонт, можно определить с помощью углеродного датирования.
Другие элементы имеют изотопы с разным периодом полураспада. Например, 40 K (калий-40) имеет период полураспада 1,25 миллиарда лет, а 235 U (уран-235) имеет период полураспада около 700 миллионов лет. Ученые часто используют эти другие радиоактивные элементы для датирования объектов, возраст которых превышает 50 000 лет (предел углеродного датирования). Используя радиометрическое датирование, ученые могут изучать возраст окаменелостей или других останков вымерших организмов.
Как нарисовать атом
Простое, пошаговое руководство по рисованию атомаНажмите ЗДЕСЬ, чтобы сохранить учебник в Pinterest!
Атом — это «наименьшая единица, на которую можно разделить материю без высвобождения электрически заряженных частиц.«Атомы считаются строительными блоками химии.
Знаете ли вы? Атомы — это в основном пустое пространство. Так же, как планеты вращаются вокруг Солнца на большом расстоянии друг от друга, крошечные протоны и нейтроны ядра находятся далеко от крохотные электроны. Электроны одного атома могут взаимодействовать с электронами другого, образуя химические связи и строя молекулы.
Каждый тип атома может быть идентифицирован как определенный элемент в периодической таблице. В нашем руководстве по рисованию изображен литий, третий элемент , потому что в нем три электрона.
Прокрутите вниз, чтобы загрузить этот учебник в формате PDF.
Атом в нашем руководстве по рисованию — это упрощенная версия атома. Такие диаграммы часто используются на уроках естествознания, в мультфильмах и на вывесках, указывающих на излучение. Это диаграмма старого образца; теперь известно, что точное местоположение электронов не может быть обнаружено. Поэтому электроны теперь изображаются как «облако», а не как отдельный объект с фиксированным вращением.
У некоторых героев мультфильмов атом был эмблемой.К ним относятся Атом Муравей, Атом и Капитан Атом.
Хотите нарисовать мультяшный атом? Это простое пошаговое руководство по рисованию мультфильмов покажет вам, как это сделать. Все, что вам понадобится, это карандаш, ластик и лист бумаги.
Если вам понравился этот урок, см. Также следующие руководства по рисованию: Cartoon Scientist, Microscope и Rick from Rick and Morty.
Разблокируйте БЕСПЛАТНЫЕ и ПЕЧАТНЫЕ уроки рисования и раскраски! Узнать большеПошаговые инструкции по рисованию чертежа Atom
Atom — шаг 11.Начните с рисования круга. Это сформирует ядро атома.
Рисование атома — шаг 22. Нарисуйте меньший круг на некотором расстоянии от первого круга. Это образует первый электрон.
Рисование атома — шаг 33. Нарисуйте неполный овал вокруг ядра. Электрон должен быть центрирован, как если бы линия проходила через него. Этот овал указывает путь вращения электрона вокруг ядра.
Рисование атома — шаг 44. Нарисуйте еще одну кривую линию, примерно параллельную первой.Начните с электрона и проведите линию так, чтобы она встретилась с открытым концом незавершенного овала в острой точке.
Рисование атома — шаг 55. Нарисуйте еще один маленький кружок за пределами овала, образуя еще один электрон.
Рисование атома — шаг 66. Нарисуйте еще один путь вращения, как если бы он проходил за первым. Нарисуйте пару изогнутых линий между электроном и предыдущим путем. На другой стороне пути нарисуйте еще один набор изогнутых линий, при необходимости стирая. Наконец, нарисуйте две короткие линии, которые пересекаются в одной точке.
Рисование атома — шаг 77. Нарисуйте третий электрон, маленький кружок за пределами фигуры.
Рисование атома — шаг 88. Изобразите путь вращения этого электрона, проходящий позади двух других. Сначала нарисуйте пару изогнутых линий между электроном и почти горизонтальным вращением. Затем нарисуйте изогнутые линии между вертикальным и горизонтальным поворотами, стирая при необходимости. Нарисуйте две линии в форме буквы «C», выходящие наружу из этого пути вращения и возвращающиеся к нему. Нарисуйте еще одну пару изогнутых линий между двумя поворотами и последнюю пару, которая встречается в острой точке.
Рисование атома — шаг 99. Нарисуйте одинарные или двойные изогнутые линии сразу за крайними точками траекторий вращения. Это помогает создать ощущение движения, когда электроны вращаются вокруг ядра.
Полный рисунок атомаРаскрась свой мультяшный атом. На диаграммах атомов протоны, нейтроны и электроны часто окрашиваются в разные цвета. Вы можете создать знак «Осторожно: Радиация», покрасив свой атом в черный цвет и придав ему желтый фон.
Прокрутите вниз, чтобы загрузить этот учебник в формате PDF.
Учебник по рисованию для печати
УСТРАНЕНИЕ НЕПОЛАДОК УЧАСТНИКА
Все еще видите рекламу или не можете загрузить PDF-файл?
Сначала убедитесь, что вы вошли в систему. Вы можете войти в систему на странице входа в систему.
Если вы по-прежнему не можете загрузить PDF-файл, наиболее вероятным решением будет перезагрузка страницы.
Это можно сделать, нажав кнопку перезагрузки браузера.
Это значок в виде круглой стрелки в верхней части окна браузера, обычно в верхнем левом углу (вы также можете использовать сочетания клавиш: Ctrl + R на ПК и Command + R на Mac).
Структура органических молекул — Химия LibreTexts
Здесь вы научитесь понимать, писать, рисовать и говорить об органических молекулах. Почему были разработаны разные техники рисования? Органические молекулы могут быть сложными и большими. Постоянно вырисовывать каждую деталь утомительно, особенно когда в этом нет необходимости, поэтому о-химики прошлого разработали эти методы, чтобы сделать их более удобными и легкими. Кроме того, некоторые из этих сокращенных способов рисования молекул дают нам представление о валентных углах, относительном положении атомов в молекуле, а некоторые устраняют многочисленные водороды, которые могут мешать изучению основы структуры.
Введение
Обратите внимание на следующие рисунки структуры ретинола, наиболее распространенной формы витамина А. Первый рисунок следует прямолинейной (также известной как Кекуле) структуре, которая полезна, когда вы хотите посмотреть на каждый отдельный атом; однако отображение всех атомов водорода затрудняет сравнение общей структуры с другими подобными молекулами и затрудняет сосредоточение внимания на двойных связях и группе ОН.
Ретинол: прямолинейный рисунок Кекуле
Ниже представлена линия скрепления (a.к.а. зигзаг) формула ретинола. В этом упрощенном представлении можно легко увидеть углерод-углеродные связи, двойные связи, группу ОН и группы CH 3 , выходящие за пределы основного кольца и цепи. Кроме того, это намного быстрее нарисовать, чем приведенное выше. Вы научитесь ценить этот тип написания формул после рисования бесчисленного количества органических молекул.
Ретинол: линия связи или зигзагообразная формула
Важность структуры
Изучение и практика основ органической химии очень поможет вам в долгосрочной перспективе, когда вы изучите новые концепции и реакции.Некоторые люди говорят, что органическая химия похожа на другой язык, и в некоторых аспектах это так. Поначалу это может показаться трудным или ошеломляющим, но чем больше вы практикуетесь в рассмотрении и рисовании органических молекул, тем более знакомы вы со структурами и формулами. Еще одна хорошая идея — обзавестись модельным набором и физически изготовить молекулы, которые сложно представить себе в голове.
Изучая общую химию, вы, возможно, уже знакомы с изучением молекулярной структуры.Различные способы рисования органических молекул включают Kekulé (прямая линия), сжатые формулы и формулы Bond-Line (зигзаг). Будет более полезно, если вы научитесь переходить от одного стиля рисования к другому и будете смотреть на рисунки и понимать, что они означают, чем знать, какой вид рисунка и что называется.
Примером рисунка, который включает все три способа рисования органических молекул, может быть следующий дополнительный рисунок ретинола. Большая часть рисунка представляет собой формулу линии Бонда (зигзаг), но -CH 3 записаны в виде сжатых формул, а группа -OH записана в форме Кекуле.
Широко используемый способ показать трехмерную структуру молекул — это использование штрихов, клиньев и прямых линий. Этот метод рисования важен, потому что размещение разных атомов может дать разные молекулы, даже если молекулярные формулы были бы одинаковыми. Ниже приведены два рисунка молекулы из 4 атомов углерода с двумя присоединенными хлорами и двумя бромами.4-углеродная молекула с 2 хлорами и 2 бромами 4-углеродная молекула с 2 хлорами и 2 бромами
Оба рисунка выглядят так, как будто они представляют одну и ту же молекулу; однако, если мы добавим тире и клин, мы увидим, что могут быть изображены две разные молекулы:
Две указанные выше молекулы разные, докажите это себе, построив модель.Более простой способ сравнить две молекулы — повернуть одну из связей (здесь это связь справа):
Обратите внимание, как молекула справа имеет бром с одной стороны и хлор с одной стороны. сторона, тогда как первая молекула отличается. Прочтите о структурах с пунктирной линией внизу страницы, чтобы понять, что было введено выше. Вы узнаете больше о важности атомной связи в молекулах, продолжая изучать стереохимию.
Рисование структуры органических молекул
Хотя более крупные молекулы могут показаться сложными, их можно легко понять, разбив их и посмотрев на их более мелкие компоненты.
Все атомы хотят иметь полную валентную оболочку, «закрытую оболочку». Водород хочет иметь 2 e — , тогда как углерод, кислород и азот хотят иметь 8 e — . При рассмотрении различных представлений молекул помните о правиле октета. Также помните, что водород может связываться один раз, кислород может связываться до двух раз, азот может связываться до трех раз, а углерод может связываться до четырех раз.
Кекуле (он же прямолинейные структуры)
Структуры Кекуле похожи на структуры Льюиса, но вместо ковалентных связей, представленных электронными точками, два общих электрона показаны линией.
(A) (B) (C)
Неподеленные пары остаются двумя электронными точками или иногда не учитываются, даже если они все еще существуют . Обратите внимание, как три неподеленные пары электронов не втягивались вокруг хлора в примере B.
Сводные формулы
Сводные формулы составлены из элементарных символов.Порядок атомов предполагает связь. Сводные формулы можно читать с любого направления, и H 3 C совпадает с CH 3 , хотя последний более распространен, потому что посмотрите на приведенные ниже примеры и сопоставьте их с их идентичной молекулой в структурах Кекуле и формулах линий связи. .
(A) CH 3 CH 2 OH (B) ClCH 2 CH 2 CH (OCH 3 ) CH 3 (C) H 3 CNHCH 2 COOH
Посмотрим внимательно на пример Б.Проходя сжатую формулу, вы хотите сосредоточиться на углероде и других элементах, не являющихся водородом. Водороды важны, но обычно используются для полных октетов. Также обратите внимание, что -OCH 3 написано в скобках, что означает, что он не является частью основной углеродной цепочки. Когда вы читаете сжатую формулу, если вы достигнете атома, у которого нет полного октета, к тому времени, когда вы достигнете следующего водорода, тогда, возможно, есть двойные или тройные связи.В примере C углерод связан двойной связью с кислородом и одинарной связью с другим кислородом. Обратите внимание, как COOH означает C (= O) -O-H вместо CH 3 -C-O-O-H, потому что углерод не имеет полного октета и кислорода.
Bond-Line (также известный как зигзаг) Формулы
Название показывает, как работает эта формула. Эта формула полна связей и линий, и из-за типичных (более стабильных) связей, которые атомы обычно создают в молекулах, они часто в конечном итоге выглядят как зигзагообразные линии. Если вы работаете с набором молекулярных моделей, вам будет сложно сделать прямые молекулы (если они не содержат тройные sp-связи), тогда как зигзагообразные молекулы и связи гораздо более осуществимы.
(A) (B) (C)
Эти молекулы соответствуют точно таким же молекулам, изображенным для структур Кекуле и сжатых формул. Обратите внимание, как угли больше не втягиваются и заменяются концами и изгибами линий. Кроме того, не используются водороды, но их можно легко втянуть (см. Практические проблемы). Хотя мы обычно не втягиваем H, которые связаны с углеродом, мы втягиваем их, если они связаны с другими атомами, помимо углерода (например, группа OH выше в примере A).Это делается потому, что не всегда ясно, окружен ли неуглеродный атом неподеленными парами или атомами водорода. Также в примере A обратите внимание на то, как ОН связан со вторым углеродом, но это не означает, что есть третий углерод на конце этой связи / линии.
Структура штрих-клина
Как вы уже догадались, структура штрих-клинья состоит из линий, штрихов и клиньев. Сначала это может показаться запутанным, но с практикой понимание структуры штриховых линий станет для вас второй натурой.Ниже приведены примеры каждого из них и то, как их можно использовать вместе.
Выше показаны 4-углеродные цепи с присоединенными группами ОН или атомами Cl и Br. Помните, что каждая линия представляет собой связь, а атомы углерода и водорода не указаны. Когда вы смотрите на эти структуры или рисуете их, прямые линии показывают атомы и связи, которые находятся в одной плоскости, плоскости бумаги (в данном случае, экрана компьютера). Пунктирные линии показывают атомы и связи, которые уходят на страницу за плоскостью, вдали от вас.В приведенном выше примере группа ОН уходит в плоскость, в то время как водород выходит (заклинивается).
Синий шарик = группа ОН; Белая бусина = H
Клиньями показаны связи и атомы, выходящие из страницы перед плоскостью к вам. На двумерной диаграмме выше группа ОН выходит из плоскости бумаги, а водород входит (пунктир).
Синий шарик = группа ОН; Белый шарик = H
Как указано ранее, прямые линии иллюстрируют атомы и связи, которые находятся в той же плоскости, что и бумага, но в 2D-примере прямая связь для OH означает, что нет уверенности или не имеет значения, удаляется ли OH. или к вам.Также предполагается, что водород также связан с тем же атомом углерода, что и ОН.
Синий шарик = группа ОН; H не отображается
Попробуйте использовать свой модельный набор, чтобы увидеть, что группа ОН не может находиться в одной плоскости в углеродной цепи (не забывайте о ваших атомах водорода!). В последнем 2D-примере используются как пунктирные, так и клиновидные линии, потому что присоединенные атомы не являются атомами водорода (хотя пунктирные и клиновидные линии могут использоваться для атомов водорода ). Хлор выходит со страницы, а бром попадает на страницу.
Синий шарик = Cl; Красная бусина = Br
Ссылки
- Воллхардт, К. Питер К. и Нил Э. Шор. Органическая химия: структура и функции . 5-е изд. Нью-Йорк: Компания У. Х. Фримена, 2007. 38-40.
- Кляйн, Дэвид Р. Органическая химия I как второй язык . 2-е изд. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2007. 1–14.
Участники
- Чу, Эзен (2009, UCD ’11)
веб-компонентов ChemDoodle | Демонстрации> 2D Sketcher
Кнопки, представленные в верхней части эскиза, обеспечивают функциональность, описанная в следующем списке.В зависимости от в выбранных настройках вы увидите два ряда кнопок или одну строку и плавающую панель инструментов (как показано здесь). Первое ряд кнопок состоит из глобальных функций, а вторая строка или плавающая панель инструментов содержит инструменты для рисования.
Также следует отметить, что во всех состояниях пользователь может использовать колесико мыши для масштабирования рендеринг в эскизе.Пользователи могут также щелкните и перетащите фон, чтобы ничего не зависало, чтобы переместить всю фигуру. Если сдвиг ключ есть удерживая при перетаскивании фона, вся фигура будет повернута. Двойной щелчок по фон будет центром фигура.
Lasso — переводит эскиз в режим лассо. Вы можете выбрать контент, нажав вниз и перетаскивая на окружить его.Инструменты лассо созданы по образцу рабочего стола ChemDoodle и доступны только в Полный эскиз.Лассо (только формы) — переводит эскиз в режим лассо, но только фигуры могут быть выбрано. Ты можешь выберите контент, нажав и перетащив его, чтобы окружить его. Инструменты лассо смоделированы по образцу ChemDoodle для ПК и доступны только в Full Sketcher.
Прямоугольная область. — переводит средство рисования в режим прямоугольной области.Ты можешь выбрать контент по нажатие и перетаскивание, чтобы охватить содержимое рамками прямоугольника. Шатер инструмент смоделирован после Рабочий стол ChemDoodle и доступен только в Full Sketcher.
Перемещение — переводит средство рисования в режим перемещения. Выделите атом или связь, а затем нажатие мыши и перетаскивание переведет эти объекты.Этот инструмент доступен только в Single Molecule. Эскизник.
Очистить — Очищает эскиз. В эскизе одной молекулы это оставляет одиночный атом углерода.
Стереть — переводит эскиз в режим стирания. В Full Sketcher удаление облигация удалит эту связь и удаление атома удалит этот атом и все присоединенные связи.В единой молекуле Эскиз, выделяющий атом и щелчок удалит этот атом и любые небольшие отсоединенные фрагменты, оставив самые большие фрагмент остался. Выделение связи и щелчок будут иметь эффект только в том случае, если эта связь является частью кольца, а в в этом случае это будет удалить эту связь.
Центр — Нажмите эту кнопку, чтобы центрировать текущий контент в центре холст эскиза.
Очистить — Очищает выбранную структуру в Полном эскизе и единственном структура в Едином Скетчер молекул в 2D. Эта функция доступна только через iChemLabs Сервисы.
Отразить по горизонтали — Отразить выбранную структуру в Полном эскизе и единственная структура в Одиночная молекула эскиза по горизонтали.
Отразить по вертикали — Отразить выбранную структуру в Полном эскизе и единственная структура в Одиночная молекула эскиза вертикально.
Отменить — отменяет последнее выполненное действие.
Повторить — Повторяет последнее отмененное действие.
Вырезать — Вырезать выделенное содержимое, доступно только в Полном эскизе.
Копировать — Копирование выбранного содержимого, доступно только в Полном эскизе.
Paste — Вставить вырезанный или скопированный химический состав, доступен только в полной версии. Эскизник.
Zoom In — Увеличивает масштаб рендеринга эскиза.
Уменьшить — Уменьшает масштаб рендеринга эскиза.
Открыть файл — эта кнопка открывает окно, позволяющее пользователю вставить содержимое лей MOLFile или ChemDoodle JSON для загрузки в эскиз.Этот заменит текущий содержание.
Сохранить файл — Если используются службы iChemLabs , то эта кнопка откроет диалоговое окно файла чтобы пользователи могли сохранять любой из 24 химических форматов файлов, которые ChemDoodle поддерживает. В противном случае это кнопка вызывает окно, в котором отображается содержимое MDL MOLFile для выбранного структура в Full Sketcher и единственная структура в эскизе единственной молекулы, которую можно вставить в текстовый редактор и спасен с .моль удлинитель.
Шаблоны — Эта кнопка открывает окно, отображающее шаблоны, организованные в группы. Выберите шаблон нажав на нее. Затем вы можете установить точку замещения, щелкнув атом на верхнем холсте. окна «Шаблоны». Точка замены будет обозначена синим кружком. Затем щелкните в эскизе, чтобы прикрепить шаблон к атом на основе точки замещения.Удерживайте кнопку shift , чтобы изменить стандартную длины и удерживайте Клавиша или для изменения стандартных углов.
MolGrabber — Эта кнопка открывает окно, отображающее MolGrabberCanvas Компонент, который может быть используется для поиска ChemExper , ChemSpider и PubChem баз данных для интересующие молекулы, а затем загрузите их в эскиз.Эта функция доступна только через iChemLabs услуг. В эскизе одной молекулы загрузка этого содержимого будет заменить текущий содержание.
Калькулятор — Рассчитывает различные дескрипторы для выбранной структуры в Полный эскиз и единственная структура в Скетчере одиночных молекул. Эта функция доступна только через iChemLabs Сервисы.
Ярлыки — После выбора элемента наведите курсор на атом и щелкните, чтобы изменить ярлык этого атома символ выбранного элемента. Если вы нажмете кнопку мыши и перетащите к краю зоны оптимизации, новая связь прорастет от этого атома до метки в оптимальном положении. Перетащите из зоны оптимизации и / или используйте shift / alt , чтобы разместить связь с этой меткой в любом месте.
Periodic Table — всплывает периодическая таблица для выбора символа. После символа был выбран, наведите указатель мыши атом и щелкните, чтобы изменить метку этого атома на выбранный символ элемента. нажмите Закрыть , чтобы закрой его.
Atom Label Tool — Эта кнопка может присутствовать или отсутствовать. Когда выбрано, атом режим метки начинается.Парение над атомом и щелкните, чтобы открыть инструмент текста атома. Введите желаемый ярлык и нажмите в другом месте эскиза или нажмите клавишу , введите или , верните , чтобы закрыть текстовый инструмент. Вы также можете использовать пробел ключ, а атом наводится, чтобы открыть инструмент метки для этого атома (только если возможность предоставляется Веб-сайт).
Установить запрос на атом или связь — эта кнопка может присутствовать или отсутствовать.Когда выбрано, запускается режим запроса. Наведите указатель мыши на атом или связь и щелкните, чтобы открыть настройки запроса для этого объекта. Установите желаемый запрос и нажмите Установите кнопку , чтобы задать запрос. Вы также можете использовать Remove кнопка для удаления текущего запрос или кнопку Отмена , чтобы закрыть диалоговое окно без изменений.
Облигации — После выбора типа облигации наведите курсор на атом и нажмите мышью вниз, чтобы начать рисовать новая облигация этого типа.Перетащите и поместите предварительный просмотр в желаемое положение, а затем отпустите мышь, чтобы разместить связь. Зона оптимизации (синий кружок) предназначена для того, чтобы помочь разместить связь в оптимальном положении. когда указатель мыши находится в пределах круга. Наведите указатель мыши на облигацию и щелкните, чтобы изменить ее тип на выбранный тип. Сингл Инструмент облигаций является особенным и будет добавлять заказы на облигации, а не отменять их.Удерживайте сдвиг ключ для модификации стандартной длины и удерживайте кнопку или , чтобы изменить стандартные углы.
Кольца — После выбора типа кольца наведите курсор на атом и нажмите мышь вниз, чтобы начать рисовать новое кольцо такого типа. Перетащите и поместите предварительный просмотр в желаемое положение, а затем отпустите мышь, чтобы разместить звенеть.Зона оптимизации (синий кружок) предназначена для того, чтобы помочь разместить кольцо в оптимальном положении. когда указатель мыши находится в пределах круга. Наведите указатель мыши на связь и нажмите кнопку мыши, чтобы начать рисование кольцо из этой связи. Тащить предварительный просмотр по обе стороны от облигации, а затем отпустите кнопку мыши, чтобы разместить кольцо. Удерживать сдвиньте клавишу , чтобы измените стандартную длину и удерживайте кнопку или , чтобы изменить стандартные углы.
Инструмент произвольного размера кольца — Этот инструмент работает так же, как и другие инструменты с кольцом, за исключением того, что кольцо размер определяется расстоянием от текущей позиции рисования до атома ростка. Кольцо размер отображается в центр кольца. Удерживайте кнопку или , чтобы изменить стандартные углы.
Инструмент для углеродной цепи — Используйте этот инструмент для рисования цепей.Длина цепочки будет определяться расстояние от текущей позиции отрисовки до атома ростка. Размер цепочки отображается в конце цепи. Удерживать клавиша или для изменения стандартных углов. Удерживайте нажатой кнопку shift , чтобы заблокировать цепочка по горизонтали или вертикально.
Заряды — После выбора знака заряда наведите курсор на атом и нажмите мышь, чтобы добавить или вычесть от количества заряда этого атома.
Одинокие пары — После выбора значка одинокой пары наведите курсор на атом и щелкните мышь, чтобы добавить или удалите неподеленную пару из этого атома.
Радикалы — После выбора радикального значка наведите курсор на атом и щелкните мышь, чтобы добавить или удалить радикал от этого атома.
Изотопы — После выбора этого инструмента наведите курсор на атом и щелкните мышь, чтобы изменить значение изотопа для атома.В верхней части эскиза появится окно с числовым полем для ввода значения изотопа. Допустимый диапазон значений — от 1 до 999. Нажмите кнопку Set , чтобы задать значение, и нажмите кнопку Remove , чтобы удалить определение изотопа из атома. Щелчок в любом месте эскиза отменяет действие.
Стрелки — Чтобы разместить стрелки, выберите этот инструмент, нажмите мышью вниз в том месте, где находится стрелка. начнется а потом перетащите и отпустите мышь в том месте, где закончится стрелка.Фигуры доступны только в полном объеме эскиз.
Инструмент сопоставления атомов — Чтобы разместить сопоставление атомов, выберите этот инструмент, нажмите кнопку мыши вниз над парящим атомом а затем перетащите и отпустите другой зависший атом. Отображение атома будет отображаться автоматически. Формы только доступен в полном скетчере.
Стрелки, толкающие электроны — Чтобы разместить стрелки, толкающие электроны, выберите этот инструмент, нажмите мышью на парящий атом или связь, а затем перетащите и отпустите другой парящий атом или связь.Толкатель будет автоматически оказывать. Вы можете удалить толкатели, поместив другой толкатель в обратном направлении или используя другие методы удаления с толкателем завис. Фигуры доступны только в полном эскизе.
Кронштейн — Чтобы разместить скобки, выберите этот инструмент, нажмите мышью в том месте, где первый угол скобка начнется, а затем перетащите и отпустите мышь до конца противоположного угла.В в этом режиме будет также должны отображаться стрелки вверх и вниз в различных местах на кронштейне. Нажатие вверх и стрелки вниз будут увеличиваться и уменьшите значения в этих позициях. В правом верхнем углу определяется сумма платежа, левый центр определяет многократный счетчик, а нижний правый угол определяет счетчик повторов. Фигуры доступны только в полный эскиз.
Repeat Unit — Чтобы разместить скобки повторяющейся единицы и определить повторяющуюся группу, выберите этот инструмент, нажмите мышь вниз выиграла первый конец связи повторяющейся группы, затем перетащите и отпустите мышь над второй конец облигации повторяющаяся группа. В этом режиме внизу также будут отображаться стрелки вверх и вниз. справа от скобки. Нажатие стрелок вверх и вниз будет увеличивать и уменьшать значения в этих позициях, определение количества повторов диапазон.Фигуры доступны только в полном эскизе.
Инструмент переменной точки прикрепления (VAP) — Чтобы разместить VAP, выберите этот инструмент и нажмите на эскиз, где вы хотите разместить звездочку VAP. Первое подключение к звездочке использование этого инструмента будет соединение заместителя (этот тип связи можно изменить, щелкнув по связи). Последующий подключения к звездочке будут вложения.Фигуры доступны только в полном эскизе.
Групповые кнопки
В конце некоторых групп кнопок есть небольшая кнопка с направленной вниз стрела. Это означает, что там доступны дополнительные параметры для этого набора кнопок. Просто нажмите на эту направленную вниз стрелку и выберите вариант. В кнопка рядом с направленной вниз стрелкой выберет эту опцию и будет автоматически выбран для использования.Как нарисовать структуру Льюиса
Структура Льюиса — это графическое изображение распределения электронов вокруг атомов. Причина, по которой нужно научиться рисовать структуры Льюиса, заключается в том, чтобы предсказать количество и тип связей, которые могут образоваться вокруг атома. Структура Льюиса также помогает сделать предсказание о геометрии молекулы.
Студентов-химиков часто путают модели, но рисование структур Льюиса может оказаться несложным процессом при соблюдении соответствующих шагов.Имейте в виду, что существует несколько различных стратегий построения структур Льюиса. Эти инструкции описывают стратегию Келтера для построения структур Льюиса для молекул.
Шаг 1. Найдите общее количество валентных электронов
На этом этапе сложите общее количество валентных электронов от всех атомов в молекуле.
Шаг 2: Найдите количество электронов, необходимое для «счастья» атомов
Атом считается «счастливым», когда его внешняя электронная оболочка заполнена.Элементам до четвертого периода в периодической таблице требуется восемь электронов, чтобы заполнить их внешнюю электронную оболочку. Это свойство часто называют «правилом октетов».
Шаг 3: Определите количество связей в молекуле
Ковалентные связи образуются, когда один электрон от каждого атома образует электронную пару. Шаг 2 сообщает, сколько электронов необходимо, а Шаг 1 — сколько электронов у вас есть. Вычитание числа на шаге 1 из числа на шаге 2 дает вам количество электронов, необходимое для заполнения октетов.Для каждой сформированной связи требуется два электрона, поэтому количество связей составляет половину количества необходимых электронов, или:
(Шаг 2 — Шаг 1) / 2
Шаг 4. Выберите центральный атом
Центральный атом молекулы обычно является наименее электроотрицательным атомом или атомом с наивысшей валентностью. Чтобы найти электроотрицательность, либо полагайтесь на тенденции таблицы Менделеева, либо обращайтесь к таблице, в которой перечислены значения электроотрицательности. Электроотрицательность уменьшается при перемещении вниз по группе в периодической таблице и увеличивается при перемещении слева направо по периоду.Атомы водорода и галогена имеют тенденцию появляться снаружи молекулы и редко являются центральным атомом.
Шаг 5: Нарисуйте скелетную структуру
Соедините атомы с центральным атомом прямой линией, представляющей связь между двумя атомами. К центральному атому может быть подключено до четырех других атомов.
Шаг 6. Размещение электронов вокруг атомов
Заполните октеты вокруг каждого из внешних атомов. Если для заполнения октетов недостаточно электронов, скелетная структура из шага 5 неверна.Попробуйте другое расположение. Первоначально для этого может потребоваться метод проб и ошибок. По мере накопления опыта прогнозировать строение скелета станет легче.
Шаг 7. Поместите оставшиеся электроны вокруг центрального атома
Заполните октет для центрального атома оставшимися электронами. Если после шага 3 остались какие-либо связи, создайте двойные связи с неподеленными парами на внешних атомах. Двойная связь представлена двумя сплошными линиями, проведенными между парой атомов. Если на центральном атоме более восьми электронов и атом не является одним из исключений из правила октетов, количество валентных атомов на шаге 1 могло быть подсчитано неправильно.Это завершит точечную структуру Льюиса для молекулы.
Lewis Structures Vs. Реальные молекулы
Хотя структуры Льюиса полезны — особенно когда вы изучаете валентность, состояния окисления и связывание, — в реальном мире есть много исключений из правил. Атомы стремятся заполнить или наполовину заполнить свою валентную электронную оболочку. Однако атомы могут образовывать и образуют молекулы, которые не являются идеально стабильными. В некоторых случаях центральный атом может образовывать больше, чем другие связанные с ним атомы.
Число валентных электронов может превышать восемь, особенно для более высоких атомных номеров. Структуры Льюиса полезны для легких элементов, но менее полезны для переходных металлов, таких как лантаноиды и актиниды. Студентам рекомендуется помнить, что структуры Льюиса — ценный инструмент для изучения и предсказания поведения атомов в молекулах, но они не являются идеальным представлением реальной активности электронов.
Сравнить-Контраст-Соединить: Химические структуры — Визуализация невидимого
Химия может быть трудным предметом для понимания, отчасти потому, что сложно представить структуру и форму атомов и молекул.Со временем способ моделирования молекул изменился. Каждое молекулярное представление имеет преимущества и недостатки, но каждое способствует способности ученых понимать химию. SF Таблица 2.2 показывает четыре различные модели, используемые для демонстрации молекулы бутана (C 4 H 10 ).
Точечные структуры Льюиса представляют собой двумерные представления молекул, которые иллюстрируют каждый атом как его химический символ. Линии указывают на связи с другими атомами, а несвязывающие электроны представлены в виде маленьких точек рядом с химическими символами.
Обозначение соединительной линии показывает выбранные атомы как их химические символы, при этом некоторые атомы углерода изображаются в виде углов между линиями и опускаются атомы водорода, которые предположительно присутствуют в структуре. Обозначение линии связи преимущественно используется в органической химии (химии, связанной с живыми существами).
Модели шариков и палочек — это трехмерные модели, в которых атомы представлены сферами разного цвета, а связи представлены пиками между сферами.Определенные атомы связаны с разными цветами, например, черный обычно используется для обозначения углерода, а белый — для обозначения водорода.
Модели заполнения пространства похожи на модели шариков и клюшек в том, что они представляют собой трехмерные модели, представляющие атомы в виде цветных сфер. Разница между ними заключается в том, что вместо палочек, представляющих связи, как в модели шара и палочек, сферы, представляющие атомы, сливаются вместе, а размер сферы представляет размер реального атома.
| Модель | Представительство | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|
| Льюис Дот | Показывает связывающие и несвязывающие электроны. | Более крупные молекулы могут сбивать с толку и сбивать с толку. | |
| Обозначение линии связи | Упрощает большие структуры, чтобы выделить важные атомы, связи и группы. | Иногда в структурах можно забыть об атомах, если предполагается, что они там есть. | |
| Шарик и рукоять | Показывает трехмерное расположение атомов и связей. | Для идентификации атомов требуется ключ цветовых представлений. | |
| Заполнение пространства | Показывает трехмерное расположение, а также соотношение размеров между атомами. | Связь между атомами иногда бывает трудно различить. |
Эти четыре модели представляют собой некоторые из наиболее распространенных моделей, используемых для представления молекул, но это не единственные модели, используемые учеными. Некоторые модели являются узкоспециализированными и используются определенными типами ученых. Например, биохимики и биологи используют систему моделирования, называемую моделированием ленточных белков, для представления больших и сложных молекул, называемых белками.
| Добавьте атом одного из следующих элементов: H, C, N, O, S, F, P, Cl, Бр, И |
|
| Добавить любой атом |
|
| Добавить или не добавлять список атомов |
|
| Добавить атом и его связь к существующему атому |
Примечание. Если перетащить с на существующий атом, он будет заменен новым. атом. |
| Добавить два связанных атома углерода |
|
| Добавить цепочку атомов углерода |
|
| Некоторые вопросы: Добавить R-группу |
Важно. Щелкните атом правой кнопкой мыши и выберите + Присоединение R-группы не добавляет , а не . R-группа. |
| Заменить атом |
|
| Заменить атом | Примечание. Это можно использовать для добавления атома запроса или R-группы, когда эти инструменты недоступны.
|
| Добавить связь между существующими атомами |
Некоторые типы облигаций доступны не для всех вопросов. Если связь не заканчивается на существующем атоме, атом углерода автоматически добавляется в конце облигации. |
| Изменить тип или направление связи |
|
| Увеличение или уменьшение заряда атома |
|
| Некоторые вопросы: Добавить радикалы или неподеленные пары к атому |
|
| Некоторые вопросы: Нарисуйте изогнутый гарпун, чтобы показать движение электронов |
|