"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Атом — мельчайшая электрически нейтральная частица вещества, но он не является неделимым: в центре находится маленькое положительно заряженное ядро, а вокруг него — отрицательно заряженные электроны. В ядре есть протоны, и именно их заряд вместе с зарядами электронов определяет общий заряд атома. В нейтральном атоме протонов столько же, сколько электронов, поэтому их заряды компенсируются. Почти вся масса атома сосредоточена в ядре, хотя оно занимает лишь малую часть его объёма.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атом — электрически нейтральная частица вещества, состоящая из ядра и электронов. Это понятие помогает описывать, из каких частиц построено вещество и почему оно может быть нейтральным, хотя внутри атома есть заряженные частицы.
Ядро атома — центральная часть атома, в которой сосредоточена почти вся его масса. Оно содержит протоны, поэтому обладает положительным зарядом; знание о ядре помогает понять и массу атома, и его электрические свойства.
Электрон — отрицательно заряженная частица, находящаяся вне ядра. Электроны участвуют в образовании общего заряда атома, поэтому их количество нужно учитывать, когда решают, нейтрален ли атом.
Протон — положительно заряженная частица, входящая в состав ядра. Сравнение количества протонов и электронов позволяет определить, компенсируются ли заряды или у частицы есть общий электрический заряд.
Долгое время атом представляли неделимой частицей: само слово связано с представлением о том, что нельзя разделить. Позднее опыты показали, что атом имеет внутреннее строение и содержит заряженные частицы. Так возникла модель, в которой в центре находится ядро, а вокруг него — электроны. Она помогает объяснить электрические свойства вещества через его составные части.
В атоме есть маленькое положительно заряженное ядро и электроны вне него. Ядро занимает очень малую часть объёма атома, а электроны располагаются на большом расстоянии от него по сравнению с размером ядра. Поэтому основная часть объёма атома — пустое пространство, а не плотное вещество. Это не означает, что атом состоит только из пустоты: в нём есть ядро и электроны, но их размеры малы относительно расстояний между ними.
Положительный заряд связан с протонами ядра, а отрицательный — с электронами. Заряд одного протона и заряд одного электрона равны по модулю, то есть одинаковы по величине, но противоположны по знаку. Поэтому пара «один протон и один электрон» в сумме даёт нулевой заряд. При подсчёте общего заряда важно не просто знать число частиц, а учитывать, какие из них положительны, а какие отрицательны.
В нейтральном атоме число протонов равно числу электронов. Поскольку каждый протон даёт такой же по величине заряд, как электрон, но противоположного знака, все эти заряды компенсируются. Например, если есть три протона и три электрона, положительный заряд трёх протонов уравновешивает отрицательный заряд трёх электронов. Если количество электронов изменится, равновесие нарушится и атом приобретёт общий заряд.
Масса ядра намного больше массы электронов, потому что протоны значительно тяжелее электронов. Поэтому почти вся масса атома сосредоточена в его ядре, хотя оно занимает лишь малую часть объёма. Электроны важны для электрических свойств атома, но их вклад в общую массу очень мал. Так объясняется сочетание двух особенностей атома: ядро крошечное, но именно в нём находится почти вся масса.
| Частица | Где находится | Электрический заряд | Масса по сравнению с массой протона |
|---|---|---|---|
| Протон | В ядре | Положительный | Примерно равна массе протона |
| Электрон | Вне ядра | Отрицательный | Намного меньше массы протона |
| Ядро атома | В центре атома | Положительный | Много масс протона; зависит от состава ядра |
Таблица помогает быстро сопоставить место частицы, знак её заряда и массу. Для проверки нейтральности сравнивайте число протонов с числом электронов, а не с общим числом частиц в ядре. Строка о ядре описывает не отдельную частицу, а центральную часть атома, состоящую из частиц ядра.
В атоме лития 3 протона и 3 электрона. Определите его суммарный электрический заряд. Чтобы решить задачу, достаточно сравнить количества частиц с противоположными знаками зарядов. Модули зарядов протона и электрона одинаковы, поэтому отдельное измерение их величины не требуется.
Ответ: суммарный заряд атома лития равен нулю, атом электрически нейтрален.
У частицы 11 протонов и 10 электронов. Определите знак её заряда и объясните ответ. Здесь количества частиц не равны, поэтому все заряды не могут полностью компенсироваться. Нужно выяснить, каких частиц больше, помня, что каждый протон и электрон дают заряды одинаковой величины, но разных знаков.
Ответ: частица заряжена положительно, потому что протонов в ней больше, чем электронов.
Сколько электронов должно быть в нейтральном атоме, если в его ядре 8 протонов? Объясните, почему. Нейтральность означает, что суммарный электрический заряд атома равен нулю. Для этого положительные заряды протонов должны полностью компенсироваться отрицательными зарядами электронов.
Ответ: в нейтральном атоме должно быть 8 электронов.
Ошибка — считать, что атом нейтрален, потому что в нём вообще нет заряженных частиц. Так можно подумать, если принять слово «нейтральный» за отсутствие зарядов внутри. На самом деле в атоме есть и положительные, и отрицательные заряды, которые взаимно компенсируются. Проверьте себя: назовите частицы с разными знаками и сравните их количества.
Ошибка — путать знаки протона и электрона. Поскольку обе частицы входят в состав атома, их свойства иногда смешивают. Запомните: протон положительный, электрон отрицательный; именно противоположность знаков позволяет зарядам компенсироваться. Перед решением задачи отдельно подпишите знак заряда каждой частицы.
Ошибка — представлять ядро занимающим почти весь объём атома. Такую догадку могут вызвать слова о том, что в ядре находится почти вся масса. Но масса и объём — разные характеристики: ядро очень мало, а большая часть объёма атома — пустое пространство. Проверьте себя: не делайте вывод о размере ядра только по его массе.
Ошибка — полагать, что для нейтральности число протонов должно совпадать с числом частиц в ядре. Такое смешение возникает из-за того, что оба числа относятся к строению атома. Электрический заряд определяется равенством числа протонов и электронов, а не количеством частиц внутри ядра. Чтобы проверить нейтральность, сравните именно протоны с электронами.
До изучения строения атома нужно знать, что электрические заряды бывают положительными и отрицательными и взаимодействуют между собой. Это знание позволяет понять, почему заряды протонов и электронов компенсируются или, если их количества различны, возникает общий заряд частицы. Тема пригодится при изучении электризации тел: там важно, как меняется количество электронов. Она также связана с электрическим током и строением вещества, потому что помогает объяснять свойства вещества через поведение частиц.
Почему атом в целом не имеет электрического заряда?
В нейтральном атоме число положительно заряженных протонов равно числу отрицательно заряженных электронов. Заряды этих частиц равны по модулю и противоположны по знаку, поэтому их сумма равна нулю.
Где находятся электроны в атоме?
Электроны находятся вне ядра, вокруг него. Они занимают большую часть объёма атома, но масса каждого электрона намного меньше массы протона.
Чем заряды протона и электрона отличаются друг от друга?
Протон имеет положительный заряд, а электрон — отрицательный. Модули их зарядов одинаковы, поэтому равные количества этих частиц взаимно компенсируют заряд.
Почему почти вся масса атома приходится на ядро?
В ядре находятся протоны, масса каждого из которых намного больше массы электрона. Поэтому даже при наличии электронов почти вся масса атома сосредоточена в его ядре.
Что произойдёт с зарядом атома, если число электронов изменится?
Если электронов станет меньше, чем протонов, частица будет иметь положительный заряд. Если электронов станет больше, заряд будет отрицательным. Такая заряженная частица называется ионом.
§ 39. Строение атома
