"Химия", Габриелян О.С.
Атом — мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства. Он состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его отрицательно заряженных электронов. В ядре находятся протоны и нейтроны, причём почти вся масса атома сосредоточена именно там. Число протонов определяет порядковый номер элемента, а сумма протонов и нейтронов — массовое число. Эти сведения помогают сравнивать атомы и разбираться в изотопах.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атом — электронейтральная частица, состоящая из ядра и электронов. Электронейтральность означает, что положительные и отрицательные заряды в целом уравновешены. Атом сохраняет свойства химического элемента, поэтому его строение помогает понять, чем один элемент отличается от другого.
Атомное ядро — центральная часть атома с положительным зарядом. Оно очень компактное, но содержит почти всю массу атома. Именно состав ядра позволяет определить, к какому элементу относится атом и какова его масса.
Протон и нейтрон — частицы, входящие в состав ядра. Протон имеет положительный заряд, а нейтрон не имеет электрического заряда. Их число используют, чтобы определить заряд ядра и массовое число атома.
Электрон — отрицательно заряженная частица, находящаяся вокруг ядра. Его заряд по модулю равен заряду протона, но масса примерно в 1840 раз меньше. Поэтому электроны влияют на заряд атома, а основной вклад в его массу дают частицы ядра.
Представление о ядре появилось благодаря опытам по рассеянию частиц. Большинство частиц проходило через вещество почти прямо, а лишь немногие заметно отклонялись или отскакивали. Это означало, что большая часть атома почти пуста, а положительный заряд и основная масса собраны в маленькой плотной области. Так возникла модель компактного ядра, окружённого электронами.
В нейтральном атоме суммарный заряд равен нулю. Каждый протон даёт положительный заряд, а каждый электрон — такой же по величине отрицательный, поэтому их заряды взаимно компенсируются, если частиц поровну. Нейтроны на этот баланс не влияют: у них нет заряда. Поэтому равны числа протонов и электронов, а не протонов и нейтронов.
Заряд ядра создают протоны: нейтроны электрически нейтральны. Чем больше протонов в ядре, тем больше его положительный заряд. Порядковый номер элемента в таблице Менделеева равен числу протонов, поэтому он однозначно указывает, какой это элемент. Если число протонов изменится, перед нами будет уже атом другого элемента.
Массовое число показывает общее число протонов и нейтронов в ядре. Электроны в эту сумму не включают, потому что их масса намного меньше. Если обозначить массовое число буквой A, число протонов — Z, а число нейтронов — N, то A = Z + N. Следовательно, число нейтронов находят вычитанием: N = A − Z.
Атомы одного элемента могут иметь разные массовые числа: такие разновидности называют изотопами. Например, у хлора-35 и хлора-37 одинаковое число протонов — 17, поскольку оба атома принадлежат хлору. Число нейтронов у них различно: 35 − 17 = 18, а 37 − 17 = 20. Значит, изотопы различаются составом ядра, но сохраняют принадлежность к одному элементу.
| Частица | Местоположение | Заряд | Относительная масса | Обозначение |
|---|---|---|---|---|
| Протон | В ядре | +1 | 1 | p⁺ |
| Нейтрон | В ядре | 0 | 1 | n⁰ |
| Электрон | Вокруг ядра | −1 | Примерно 1/1840 | e⁻ |
Сначала по местоположению определите, относится ли частица к ядру или находится вокруг него. Затем сравните заряды: это позволяет проверить, будет ли атом нейтральным. Относительная масса показывает, почему при вычислении массового числа учитывают протоны и нейтроны, но не электроны.
Условие. Порядковый номер кислорода равен 8. Нужно найти число протонов и электронов в нейтральном атоме. Сначала используем значение порядкового номера, а затем учитываем условие электронейтральности.
Ответ: в атоме кислорода 8 протонов и 8 электронов. Заряды этих частиц компенсируются. Число нейтронов в задаче определить нельзя, потому что массовое число не указано.
Условие. Массовое число натрия равно 23, порядковый номер — 11. Требуется определить число протонов, электронов и нейтронов. Здесь нужны оба показателя: порядковый номер сообщает число протонов, а массовое число учитывает протоны и нейтроны.
Ответ: 11 протонов, 11 электронов и 12 нейтронов. Проверка: 11 + 12 = 23, то есть сумма протонов и нейтронов совпадает с массовым числом. Числа протонов и электронов равны, поэтому атом нейтрален.
Условие. Массовые числа атомов хлора равны 35 и 37. Нужно указать, что совпадает и что различается в составе их ядер. Порядковый номер хлора — 17, значит, в ядре каждого из этих атомов 17 протонов.
Ответ: в ядрах обоих атомов по 17 протонов; у хлора-35 — 18 нейтронов, у хлора-37 — 20. Массовые числа равны соответственно 35 и 37. Это изотопы одного элемента, потому что число протонов у них совпадает.
Путают массовое число с числом нейтронов. Такое происходит, если забыть, что массовое число включает и протоны, и нейтроны. Проверка проста: вычтите число протонов из массового числа, чтобы получить число нейтронов.
Принимают порядковый номер за число нейтронов. Поскольку в обоих случаях речь идёт о числе частиц в ядре, их легко перепутать. Но порядковый номер равен числу протонов; для проверки найдите число нейтронов по разности A − Z.
Думают, что в нейтральном атоме поровну протонов и нейтронов. Вероятно, это связано с тем, что обе частицы находятся в ядре. Нейтральность определяется балансом положительных протонов и отрицательных электронов, поэтому сравнивать нужно именно их числа.
Считают изотопы разными элементами. Разные массовые числа могут создать такое впечатление, но элемент определяется числом протонов, а не нейтронов. Сверьте порядковые номера: если они совпадают, атомы относятся к одному элементу и являются его изотопами.
Чтобы пользоваться сведениями о строении атома, нужно уметь находить элемент в периодической таблице и понимать значение его порядкового номера. Заряды электронов и протонов помогают объяснить, как атом превращается в положительный или отрицательный ион. Представления о протонах, нейтронах и электронах понадобятся при изучении электронных оболочек, изотопов и ядерных превращений.
Почему атом в целом не имеет электрического заряда?
В нейтральном атоме положительные заряды протонов компенсируются отрицательными зарядами электронов. Поэтому, когда их числа равны, суммарный заряд равен нулю.
Как узнать число нейтронов, если известны порядковый номер и массовое число?
Порядковый номер показывает число протонов, а массовое число складывается из числа протонов и нейтронов. Поэтому число нейтронов находят вычитанием: массовое число минус порядковый номер.
Почему порядковый номер элемента не меняется у его изотопов?
Порядковый номер равен числу протонов в ядре, а у изотопов одного элемента число протонов одинаково. Число нейтронов может меняться, но на порядковый номер это не влияет.
Чем изотопы одного элемента отличаются друг от друга?
У них одинаковое число протонов, поэтому они относятся к одному химическому элементу. Различаются изотопы числом нейтронов, а значит, и массовым числом.
Где в атоме сосредоточена почти вся его масса?
Почти вся масса атома сосредоточена в ядре, состоящем из протонов и нейтронов. Масса электронов очень мала по сравнению с массой протона и потому почти не влияет на массу атома.
§ 7. Основные сведения о строении атомов
