Строение атома. Электроны, протоны, нейтроны, изотопы
Строение атома. Электроны, протоны, нейтроны, изотопы
В 1911 году Эрнест Резерфорд провел классический опыт по рассеянию α-частиц на тонкой золотой фольге и создал планетарную (ядерную) модель строения атома:
1. В центре атома находится микроскопическое положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома (более 99.95%).
2. Размер ядра (10⁻¹⁵ м) в 100 000 раз меньше размера самого атома (10⁻¹⁰ м).
3. Вокруг ядра по орбиталям движутся отрицательно заряженные электроны, компенсируя положительный заряд ядра. Атом в целом строго электронейтрален.
Схема: Планетарная модель Резерфорда-Бора и изотопы
Атомное ядро
Электронная оболочка
Опыт Резерфорда
Большинство α-частиц проходило сквозь фольгу не отклоняясь, и лишь 1 из 8000 отскакивала назад — доказательство компактности тяжелого ядра.
Определение порядкового номера
Определение заряда ядра
Подсчет числа электронов
Атомное ядро состоит из элементарных частиц — нуклонов: протонов (p⁺) и нейтронов (n⁰).
• Протон p⁺: заряд +1, масса приблизительно равна 1 а.е.м. (1.6726 · 10⁻²⁷ кг).
• Нейтрон n⁰: заряд 0, масса приблизительно равна 1 а.е.м. (1.6749 · 10⁻²⁷ кг).
• Массовое число A — суммарное число протонов Z и нейтронов N в ядре: A = Z + N.
Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов Z, но разное число нейтронов N (и, следовательно, разные массовые числа A). Например, у водорода есть три изотопа: протий (¹H: 1p, 0n), дейтерий (²H или D: 1p, 1n) и тритий (³H или T: 1p, 2n). Относительная атомная масса элемента в таблице — это средневзвешенная масса всех его природных изотопов.
Массовое число A
Изотопы
Дробные атомные массы
Хлор имеет Ar = 35.45 из-за природной смеси изотопов: 75.77% ³⁵Cl и 24.23% ³⁷Cl.
Округление атомной массы
Нахождение Z
Вычитание
Электроны в атоме располагаются слоями — энергетическими уровнями. Номер периода в периодической таблице указывает общее число энергетических уровней атома.
Максимальная вместимость энергетического уровня с номером n рассчитывается по формуле Бора: Nmax = 2n².
• 1-й уровень (n=1): максимум 2 · 1² = 2 электрона;
• 2-й уровень (n=2): максимум 2 · 2² = 8 электронов;
• 3-й уровень (n=3): максимум 2 · 3² = 18 электронов.
Электроны внешнего уровня называют валентными электронами. Именно число валентных электронов определяет химические свойства элемента и его способность образовывать связи. Для элементов главных подгрупп число внешних электронов равно номеру группы.
Электронный слой
Валентные электроны
Электронная формула
Запись ₁₁Na: 2e⁻, 8e⁻, 1e⁻ показывает, что на трех уровнях натрия находятся 2, 8 и 1 электрон.
Число уровней
Число внешних электронов
Заполнение уровней
Расчет субатомных частиц по символу нуклида:
Определение заряда ядра Z (число протонов)
Определение числа электронов
Определение числа нейтронов N
Типовая ловушка ЕНТ:
«Сколько электронов и нейтронов содержит ион ²⁷₁₃Al³⁺?»
Разбор:
• Порядковый номер алюминия Z = 13 (в ядре 13 протонов);
• Массовое число A = 27;
• Число нейтронов: N = A - Z = 27 - 13 = 14 нейтронов;
• Так как заряд иона +3, атом алюминия ОТДАЛ 3 электрона:
N(e⁻) = 13 - 3 = 10 электронов (электронная оболочка неона Ne: 1s² 2s² 2p⁶)!
Частая ошибка: ученики пишут 13 электронов, забывая про положительный заряд катиона.
Правило расчета ионов на ЕНТ
Катионы (+) содержат МЕНЬШЕ электронов, чем нейтральный атом (отдача e⁻). Анионы (-) содержат БОЛЬШЕ электронов (прием e⁻). Число протонов и нейтронов в ядре при образовании ионов НЕ меняется!
- 1. Планетарная модель атома Резерфорда~5 мин
- 2. Состав атомного ядра: протоны, нейтроны, изотопы~5 мин
- 3. Электронные оболочки и энергетические уровни~5 мин
- 4. Алгоритм вычисления числа протонов, нейтронов и электронов в атоме и ионе~5 мин
- 5. Ловушки ЕНТ: Электронные формулы ионов и понятие изотопов~5 мин
