"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Атом состоит из ядра и электронной оболочки: в ядре находятся протоны и нейтроны, а вокруг него — электроны. Число протонов определяет, к какому химическому элементу относится атом, а сумма протонов и нейтронов показывает массовое число. Атомы одного элемента могут различаться числом нейтронов — такие разновидности называют изотопами. Эти сведения помогают читать запись атома и понимать строение периодической системы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атом — частица вещества, состоящая из ядра и электронной оболочки. В нейтральном атоме положительный заряд протонов уравновешивается отрицательным зарядом электронов. Если электронов стало больше или меньше, частица получает общий заряд и называется ионом.
Заряд ядра — положительный заряд, создаваемый протонами ядра. Его величина определяется числом протонов: если их Z, заряд ядра равен +Z в единицах элементарного заряда. По этой характеристике можно отличить ядра разных элементов.
Массовое число — общее число протонов и нейтронов в ядре; его обозначают A. Электроны в него не включают, потому что это число характеризует состав именно ядра. Массовое число помогает определить, сколько в ядре частиц каждого из двух видов.
Изотопы — атомы одного химического элемента, у которых одинаковое число протонов, но различается число нейтронов. Поэтому их ядра имеют разную массу и массовое число. Понятие изотопов позволяет описать разновидности атомов, не меняя их принадлежности к элементу.
Атом состоит из маленького плотного ядра и электронной оболочки вокруг него. В ядре сосредоточена почти вся масса атома: протоны имеют положительный заряд, а нейтроны не имеют заряда. Электроны несут отрицательный заряд и находятся в оболочке. Такое разделение объясняет, почему свойства ядра описывают числами протонов и нейтронов, а общий заряд атома зависит также от электронов.
Число протонов обозначают Z, и оно определяет заряд ядра. У каждого химического элемента своё число протонов, поэтому по Z можно установить элемент и его порядковый номер в периодической системе. Например, ядро с 8 протонами относится к кислороду, а с 17 — к хлору. Если число протонов другое, это уже не разновидность прежнего элемента, а другой элемент.
Протоны и нейтроны вместе называют частицами ядра. Массовое число A показывает их общее количество, поэтому A = Z + N, где Z — число протонов, а N — число нейтронов. Если известны A и Z, нейтроны можно найти как N = A − Z. Например, при A = 23 и Z = 11 в ядре 12 нейтронов.
У атомов одного элемента число протонов одинаково: иначе изменился бы сам элемент. Однако число нейтронов может быть разным, поэтому различаются и массовые числа таких атомов. Например, ядра с 8 протонами и 8 нейтронами и с 8 протонами и 10 нейтронами принадлежат кислороду; их массовые числа равны 16 и 18. Это изотопы кислорода.
В нейтральном атоме количество электронов равно количеству протонов, поэтому суммарный заряд атома равен нулю. Состав ядра записывают, указывая числа протонов и нейтронов, а число электронов для нейтрального атома устанавливают по числу протонов. Если число электронов не совпадает с числом протонов, частица заряжена и является ионом, а не нейтральным атомом.
| Объект или характеристика | Обозначение | Заряд или смысл | Расположение или связь |
|---|---|---|---|
| Протон | p | Положительный заряд | Находится в ядре; его число определяет Z |
| Нейтрон | n | Не имеет заряда | Находится в ядре; его число обозначают N |
| Электрон | e | Отрицательный заряд | Находится в электронной оболочке |
| Заряд ядра | +Z | Положительный; зависит от числа протонов | Z — число протонов в ядре |
| Порядковый номер элемента | Z | Равен числу протонов | Определяет место элемента в периодической системе |
| Массовое число | A | Сумма протонов и нейтронов | A = Z + N |
| Изотопы | Обозначают символом элемента и числом A | Одинаковое Z, разное N | Разновидности атомов одного элемента |
При решении задач сначала найдите в таблице значение Z: оно показывает число протонов и порядковый номер элемента. Затем используйте A = Z + N, чтобы найти массовое число или число нейтронов. Для нейтрального атома число электронов равно Z.
Задача 1. У атома 11 протонов и 12 нейтронов. Определите заряд ядра, число электронов в нейтральном атоме и массовое число. Начинаем с данных о ядре: число протонов задаёт и его заряд, и количество электронов нейтрального атома. Для массового числа складываем протоны и нейтроны.
Ответ: заряд ядра +11, электронов 11, массовое число 23. Число нейтронов отдельно от массового числа не подменяет его: в A учитываются обе частицы ядра.
Задача 2. Ядро содержит 17 протонов и 18 нейтронов. Определите порядковый номер элемента и запишите его массовое число. Здесь сначала устанавливаем элемент по числу протонов, а затем подсчитываем все частицы ядра. Число нейтронов не определяет порядковый номер.
Ответ: порядковый номер 17, элемент — хлор, массовое число 35. Проверка проста: из массового числа 35 вычитаем 17 протонов и получаем указанные 18 нейтронов.
Задача 3. Даны ядра с 8 протонами и 8 нейтронами, а также с 8 протонами и 10 нейтронами. Нужно выяснить, принадлежат ли атомы одному элементу и являются ли они изотопами. Сначала сравним число протонов: оно определяет химический элемент. Затем посмотрим, различается ли число нейтронов.
Ответ: атомы принадлежат одному элементу и являются изотопами кислорода. Их массовые числа различаются, потому что при одинаковом числе протонов в ядрах разное число нейтронов.
Путают массовое число с числом нейтронов. Такое происходит, если учитывать только одну разновидность частиц в ядре. Массовое число включает и протоны, и нейтроны: A = Z + N. Проверка: из A должно получаться число нейтронов, если вычесть Z.
Считают, что изотопы имеют разное число протонов. Число протонов задаёт химический элемент, поэтому при его изменении меняется и сам элемент. Для проверки сравните Z: у изотопов одного элемента оно одинаковое, а различается N.
Принимают порядковый номер за число нейтронов. Это смешение возникает из-за того, что обе величины относятся к ядру. Но порядковый номер Z равен числу протонов, а нейтроны находят по формуле N = A − Z. Проверьте, что найденные протоны и нейтроны в сумме дают A.
Не различают заряд ядра и заряд атома. Ядро всегда положительно заряжено из-за протонов, тогда как нейтральный атом в целом не имеет заряда. Причина ошибки — забывают учесть отрицательные заряды электронов. Для проверки сравните числа протонов и электронов: равные числа дают нейтральный атом.
Чтобы понять строение атома, нужно знать, что вещества состоят из атомов и что атом имеет внутреннее строение. Эти представления помогают перейти от общей идеи атома к описанию его частиц и ядра. Знание порядкового номера связывает строение атома с периодической системой. Понятия изотопа и массового числа пригодятся при изучении химических формул и расчётов состава атомных ядер.
Чем атом отличается от ядра?
Ядро — центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов. Атом включает и ядро, и окружающие его электроны; в нейтральном атоме их число равно числу протонов.
Почему число протонов определяет химический элемент?
У каждого элемента свой порядковый номер, равный числу протонов в ядре его атома. Если число протонов изменилось, перед нами уже атом другого элемента.
Как найти число нейтронов, если известны массовое число и порядковый номер?
Порядковый номер Z показывает число протонов, а массовое число A — сумму протонов и нейтронов. Поэтому число нейтронов находят вычитанием: N = A − Z.
Почему изотопы относятся к одному химическому элементу?
У изотопов одного элемента одинаковое число протонов, а именно оно задаёт элемент. Число нейтронов у них различается, поэтому могут различаться и массовые числа.
Может ли число электронов в атоме отличаться от числа протонов?
В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов. Если атом теряет или присоединяет электроны, он становится заряженной частицей — ионом.
§ 39. Состав и важнейшие характеристики атома. Изотопы. Химические элементы
