Личный кабинет Кабинет родителя Кабинет учителя Настройки Выйти Войти Регистрация
ТРЕНАЖЁРЫ
КУРСЫ
НАЗНАЧИТЬ

Основные сведения о строении атомов

Содержание

    Ранее вы узнали, что каждый химический элемент может существовать в трех формах: простые вещества, сложные вещества и свободные атомы. Этот урок познакомит вас с основами и особенностями строения таких частиц как атомы.

    Открытие строения атома

    Для обозначения частиц вещества древнегреческий философ Демокрит ввел понятие «атом», что в переводе с греческого языка означает «неделимый».

    Но наука не стоит на месте, ученые-физики провели ряд экспериментов и сделали открытие, что атом имеет сложное строение и состоит из мелких (элементарных) частиц.

    Атом — это сложная нейтральная частица, состоящая из протонов, электронов и нейтронов.

    В 1910 году британский физик Эрнест Резерфорд вместе со своими коллегами и учениками изучал рассеивание альфа-частиц, которые проходили через тонкую золотую фольгу, попадая на экран.

    Обычно, частицы немного отклонялись от начального направления, примерно на один градус и казалось, что это подтверждает равномерность свойств атомов золота.

    Рисунок 1. Опыт Э. Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц

    Неожиданно исследователи обратили внимание, что некоторые альфа-частицы начали резко менять направление движения, словно сталкивались с какой-то преградой.

    Тогда Э. Резерфорд разместил экран перед фольгой и обнаружил, что частицы отражаются от атомов золота и летят в обратном направлении.

    Проведя расчеты, стало ясно, что наблюдаемые явления могли произойти в случае, когда вся масса атома и весь его положительный заряд были сосредоточены в центральном ядре, радиус которого в тысячи раз меньше радиуса самого атома.

    Для большего понимания соотношения размеров ядра и всего атома, представьте, что объем атома — это стадион, тогда ядро — это футбольный мяч, положенный в центре поля.

    Каждый атом можно сравнить с маленькой Солнечной системой, поэтому модель строения атома, предложенная Э. Резерфордом называется планетарной.

    Рисунок 2. Планетарная модель строения атома

    ФАКТЫ

    Научные открытия, которые доказали, что атом — сложная делимая частица.

    На протяжении всего XIX века физики проводили исследования электрического тока, тогда и появилось первое допущение о делимости атома.

    В 1874 году физик из Ирландии Джордж Джонстон Стоуни предположил, что электричество состоит из элементарных зарядов, связанных с атомами, и путем расчетов определил величину такого элементарного заряда. В 1891 году Стоуни ввел для него определение электрон.

    Французский физик Жан Батист Перрен в 1895 г. заметил отклонение катодных лучей электрическим полем, доказав, что это поток отрицательно заряженных частиц.

    Английский физик Джозеф Джон Томсон и немец Эмиль Вихерн в 1897 году независимо друг от друга определили отношение заряда электрона к его массе, доказав его существование.

    Эрнест Резерфорд обнаружил, что атом не однороден по своей структуре: в центре находится положительно заряженное ядро, а вокруг него летают отрицательно заряженные электроны. Ученый сравнил это с Солнечной системой и назвал атомную модель «планетарной».

    Элементарные частицы

    В крошечном атомном ядре сосредоточена вся масса атома, а состоит оно из элементарных частиц — протонов и нейтронов.

    Протоны имеют заряд, который равен заряду электронов, но с противоположным знаком (+1) и массу (принята за единицу), равную массе атома водорода. Протоны обозначают знаком р+ .

    Частица и ее обозначениеМассаЗарядПримечание
    Протон, р+ или р 1+1Число протонов в атоме совпадает с порядковым номером элемента в таблице Д. И. Менделеева.
    Нейтрон, n0 или n10Число нейтронов в атоме находят по формуле:
    N = A — Z
    Электрон, е$\frac{1}{1837}$-1Число электронов в атоме соответствует порядковому номеру элемента в таблице Д. И. Менделеева.
    Таблица 1 — Основные характеристики элементарных частиц

    Нейтроны нейтральны и не несут заряда, они имеют массу равную 1, т. е. массе протона. Нейтроны обозначают знаком n0 .

    Электроны обозначаются как е. Массой электрона можно пренебречь, так как она ничтожно мала. Все масса атома сосредоточена в ядре.

    Массовое число (А) — сумма чисел нейтронов и протонов в атоме.

    Атом электронейтрален, поэтому число электронов и протонов в атоме одинаковое. Оно равно порядковому номеру химического элемента в Периодической таблице Д. И. Менделеева.

    К примеру, в ядре атома хлора содержится 17 протонов, а вокруг ядра располагаются 17 электронов.

    Как же узнать число нейтронов в атоме?

    Как вы уже знаете, масса атома складывается из массы нейтронов и протонов. Поэтому, зная порядковый номер элемента (Z), т. е. число протонов, и массовое число (А), равное сумме чисел нейтронов и протонов, можно вычислить число нейтронов (N) по формуле:

    N = A — Z.

    Нанотехнологии

    Атом настолько мал, что кажется его невозможно разглядеть или потрогать, но современные лабораторные приборы позволяют даже двигать атомы.

    Ученые из Швейцарии Г. Рорер и Г. Бинниг создали микроскоп, позволяющий увидеть реальные молекулы и атомы. Это открытие они сделали в 1986 году и получили за него Нобелевскую премию.

    Сканирующий туннельный микроскоп

    Этот микроскоп получил название сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Сканирующий микроскоп позволяет увеличить объекты материального мира в 100 млн раз. Такие объекты имеют размеры в масштабе 10-9 м, то есть размеры нанометра ( нано- в переводе с латинского «карлик»).

    Манипуляции с атомами относят к сфере человеческой деятельности, которая называется нанотехнологии. С ее помощью стало возможным создавать материалы и вещества с заранее заданными свойствами.

    ЗАДАНИЕ 1

    Определите число протонов, электронов и нейтронов в атомах элементов: натрия, фосфора и золота.

    Показать ответ

    Скрыть ответ

    ЭлементЧисло протонов = номеру элементаЧисло электронов = номеру элементаN (число нейтронов) = А (массовое число) — Z (номер элемента)
    Натрий (Na)111112 = 23 — 11
    Фосфор (P)151516 = 31 — 15
    Золото (Au)7979118 = 197 — 79

    ЗАДАНИЕ 2

    Пользуясь этимологическим словарем, объясните, почему планетарную модель строения атома, предложенную Э. Резерфордом, называют также нуклеарной. Почему протоны и нейтроны вместе называют нуклонами?

    Показать ответ

    Скрыть ответ

    Нуклоны с латинского nucleus — ядро, протоны и нейтроны образуют ядро, поэтом и называются нуклонами. Исходя из этого атомная модель называется нуклеарной, то есть ядерной.

    ЗАДАНИЕ 3

    Порядковый номер элемента в таблице Д. И. Менделеева равен 35. Какой это элемент? Чему равен заряд ядра его атома? Сколько протонов, электронов и нейтронов в его атоме?

    Показать ответ

    Скрыть ответ

    Порядковый номер Z = 35 принадлежит брому Br.

    Число электронов и протонов равно порядковому номеру элемента Z = p+ = e = 35.

    Массовое число А = 80.

    Число нейтронов N = A — Z = 80 — 35 = 45.

    В биологии часто используют световой микроскоп для исследования клеток растений. Каков принцип действия этого микроскопа?

    Световой микроскоп — это сложный оптический прибор, который позволяет увеличить изображение объекта в 1500 — 2000 раз. В микроскопе выделяют две системы: механическую и оптическую.
    Оптическая система — это окуляры, объективы, осветительное устройство. Состоит микроскоп из штатива, подставки и предметного столика, укрепленного к нижней части штатива.
    Под предметным столиком расположено зеркальце, с помощью которого на препарат попадает отраженный свет. К верхней части штатива закреплена зрительная трубка. На верхнем ее конце расположен окуляр, а на нижнем — объектив.
    Чтобы настроить изображение, используют регулировочные винты, расположенные в верхней части штатива.

    Что выступает в роли аналога света в сканирующем микроскопе? Каков принцип действия этого микроскопа?

    В роли сканера в сканирующем микроскопе выступает очень тонка игла-щуп, которую ведут у самой поверхности исследуемого вещества.
    В качестве сигнала выступает электрический сигнал. Так как поверхность неровная и содержит впадины и выпуклости, электрический ток будто прощупывает ее.
    Современные компьютерные технологии позволяют получить четкое изображение исследуемого объекта.

    Что такое нанотехнологии? Почему эта отрасль науки и производства получила такое название?

    Нанотехнологии — это область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путем манипулирования атомами и молекулами.
    Термин «нано» происходит от латинского и означает «карлик», что и связано с крошечными размерами изучаемых объектов.

    5
    5
    1
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии

    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение

    НАЗНАЧИТЬ