"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Ядро атома — его центральная часть, в которой находятся протоны и нейтроны. Число протонов определяет, к какому химическому элементу относится атом, а сумма протонов и нейтронов показывает массовое число ядра. Эти величины помогают записывать состав атомов и сравнивать изотопы — разновидности одного элемента с разным числом нейтронов. Зная зарядовое и массовое числа, можно быстро определить состав ядра.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Протон — положительно заряженная частица ядра, которую обозначают p⁺. Заряд протона равен +1 элементарному заряду. Число таких частиц помогает определить химический элемент и положительный заряд его ядра.
Нейтрон — электрически нейтральная частица ядра, обозначаемая n⁰. Ноль в обозначении указывает на отсутствие электрического заряда. Нейтроны входят в состав ядра вместе с протонами и влияют на его массовое число.
Зарядовое число Z — число протонов в ядре. Оно показывает, какой это химический элемент: каждому значению Z соответствует определённый элемент. Поэтому по Z можно определить элемент даже тогда, когда его символ не указан.
Массовое число A — общее число протонов и нейтронов в ядре. Ядро записывают в виде ᴬZX: X — символ элемента, A ставят слева сверху, а Z — слева снизу. Такая запись сразу сообщает число протонов и общее число частиц ядра.
Ядро находится в центральной части атома и состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы вместе называют нуклонами, то есть частицами ядра. Электроны расположены вокруг ядра, поэтому его не следует представлять как шар, занимающий весь объём атома. Ядро очень мало по сравнению с атомом, но именно в нём сосредоточена почти вся масса: масса электронов намного меньше массы нуклонов.
Протоны несут положительный заряд, а нейтроны заряда не имеют, поэтому общий заряд ядра создают именно протоны. Их число обозначают Z, и оно совпадает с порядковым номером элемента. Причина в том, что химический элемент определяют по заряду его ядра, а заряд зависит от количества протонов. Поэтому атомы одного элемента имеют одинаковое Z, хотя число нейтронов у них может быть разным.
Массовое число A складывается из числа протонов Z и числа нейтронов N: A = Z + N. В эту сумму не включают электроны, потому что A описывает состав ядра. Если известны A и Z, можно найти недостающее число нейтронов: N = A − Z. Например, для ядра с A = 23 и Z = 11 получится N = 12.
Изотопы — это разновидности атомов одного элемента, у которых одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Так происходит потому, что элемент задаётся количеством протонов, а число нейтронов может меняться. Из-за разного количества нейтронов у изотопов отличаются массовые числа. Например, ядра углерода-12 и углерода-14 содержат по 6 протонов, но разное число нейтронов.
Размер ядра намного меньше размера всего атома, однако почти вся масса атома находится именно в ядре. Это связано с тем, что протоны и нейтроны значительно тяжелее электронов. Положительно заряженное ядро не делает нейтральный атом заряженным: в таком атоме столько же электронов, сколько протонов. Заряды электронов отрицательны и по величине компенсируют положительный заряд протонов.
| Объект или характеристика | Обозначение | Заряд | Что показывает или как определяется |
|---|---|---|---|
| Протон | p⁺ | +1 | Положительно заряженная частица ядра |
| Нейтрон | n⁰ | 0 | Нейтральная частица ядра |
| Зарядовое число | Z | Заряд ядра +Z | Число протонов; определяет элемент |
| Массовое число | A | Не является зарядом | Сумма протонов и нейтронов: A = Z + N |
| Число нейтронов | N | 0 у каждой частицы | Разность массового и зарядового чисел: N = A − Z |
| Обозначение ядра | ᴬZX | Ядро имеет заряд +Z | X — символ элемента, A — массовое число, Z — число протонов |
Сначала найди в таблице обозначения: Z относится к протонам, A — к сумме протонов и нейтронов. Если требуется число нейтронов, используй разность A − Z. Запись ядра помогает быстро увидеть оба числа и определить элемент по символу или по Z.
Условие. Для ядра углерода ¹²₆C нужно определить число протонов и нейтронов. Здесь символ C указывает на углерод, верхнее число 12 — массовое число A, а нижнее число 6 — зарядовое число Z. По этим данным можно восстановить состав ядра.
Определи число протонов: оно равно Z. В записи Z = 6, значит, в ядре 6 протонов. Это согласуется с тем, что углерод — элемент с зарядовым числом 6.
Найди число нейтронов по формуле N = A − Z. Подставь значения: N = 12 − 6 = 6. Итак, ядро содержит 6 нейтронов помимо шести протонов.
Ответ: 6 протонов и 6 нейтронов.
Условие. В ядре атома натрия 11 протонов и 12 нейтронов; нужно записать обозначение ядра. Чтобы поставить числа на правильные места, сначала найди массовое число. Символ натрия — Na, а его зарядовое число равно числу протонов.
Запиши зарядовое число: Z = 11, потому что в ядре 11 протонов. Это значение указывает на натрий и помещается слева снизу от символа. Так становится ясно, что запись относится именно к ядру натрия.
Вычисли массовое число как сумму протонов и нейтронов: A = Z + N. Подставь данные: A = 11 + 12 = 23. Массовое число поставь слева сверху от символа элемента.
Ответ: ядро записывают как ²³₁₁Na.
Условие. Зарядовое число ядра равно 17, а массовое число — 37. Нужно определить элемент и найти состав ядра. Число протонов и символ элемента можно установить по Z, а затем вычислить количество нейтронов.
Найди элемент с зарядовым числом 17: это хлор, его символ — Cl. Значит, в ядре 17 протонов. Число A не определяет элемент само по себе, поэтому для этого шага используют именно Z.
Найди число нейтронов: N = A − Z = 37 − 17 = 20. Проверь результат сложением: 17 протонов + 20 нейтронов дают массовое число 37. Это подтверждает, что расчёт выполнен верно.
Ответ: это ядро хлора; в нём 17 протонов и 20 нейтронов, обозначение — ³⁷₁₇Cl.
Путать массовое число с числом нейтронов. Такую ошибку допускают, если замечают в записи ядра только одно число и забывают, что A включает и протоны, и нейтроны. Проверка: массовое число должно равняться сумме Z и N. Значит, число нейтронов обычно меньше A на количество протонов.
Считать, что зарядовое число равно числу нейтронов. Путаница возникает из-за того, что Z и N оба относятся к составу ядра. Но Z показывает число протонов и определяет элемент, а нейтроны находят отдельно. Проверь себя: если известны A и Z, применяй N = A − Z, а не приравнивай N к Z.
Вычитать массовое число из зарядового. Иногда числа вычитают в порядке, в котором они записаны, и получают неверную разность. Для нейтронов нужно от общего количества частиц A отнять число протонов Z: N = A − Z. Проверка простая: результат должен быть неотрицательным, а сумма N + Z должна снова дать A.
Считать изотопы атомами разных элементов. Такое представление появляется, когда внимание обращают на разные массовые числа. У изотопов одного элемента число протонов и Z совпадают; различается число нейтронов, поэтому меняется A. Чтобы проверить, сравни записи ядер по нижнему числу Z, а не только по верхнему A.
Для изучения ядра понадобятся знания о строении атома, символах химических элементов и электрическом заряде. Если ты умеешь находить элемент в периодической таблице по его порядковому номеру, то сможешь связывать Z с числом протонов. Понимание массового числа и изотопов станет основой для дальнейшего изучения радиоактивности и ядерных реакций. В этих темах важно знать, как меняются состав и свойства ядра.
Почему число протонов определяет, какой это химический элемент?
У каждого химического элемента своё число протонов в ядре, то есть своё зарядовое число Z. Например, ядро с 6 протонами принадлежит углероду, а с 7 — азоту. Если число протонов изменится, получится ядро другого элемента.
Как быстро найти число нейтронов в ядре?
Из массового числа A вычти зарядовое число Z: N = A − Z. Например, в ядре с A = 23 и Z = 11 находится 12 нейтронов. Сначала проверь, что именно эти числа даны в условии.
Чем массовое число отличается от относительной атомной массы?
Массовое число A — целое число протонов и нейтронов в конкретном ядре. Относительная атомная масса элемента в таблице обычно не целая, потому что учитывает распространённость разных изотопов этого элемента. Поэтому эти величины нельзя считать одним и тем же.
Почему изотопы относятся к одному и тому же элементу?
У изотопов одинаковое число протонов, а значит, одинаковое зарядовое число и принадлежность к одному элементу. Число нейтронов у них различается, поэтому различаются и массовые числа. Например, углерод-12 и углерод-14 — изотопы углерода.
Почему атом в целом нейтрален, хотя его ядро заряжено положительно?
Положительный заряд ядра создают протоны. В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, а заряд каждого электрона по величине равен заряду протона и противоположен ему. Поэтому заряды взаимно компенсируются.
§ 44. Ядро атома
