Аватар Неизвестный
Личный кабинет Кабинет родителя Кабинет учителя Настройки Выйти Войти Регистрация Родителю Подписка
КАРТОЧКИ
ТРЕНАЖЁРЫ
КУРСЫ
Подобрать занятие
Подобрать занятие
Классы
Темы
НАЗНАЧИТЬ

Основные сведения о строении атомов

Содержание

Ранее вы узнали, что каждое химическое соединение можно записать в виде химических формул с помощью которых вычисляют относительную атомную и молекулярную массу веществ.

Также вы знаете, что любой 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 $p^+$ .

Частица и ее обозначениеМасса Заряд Примечание
Протон, $p^+$ или $p$$1$$+1$Число протонов в атоме совпадает с порядковым номером элемента в таблице Д. И. Менделеева.
Нейтрон, $n^0$ или $n$$1$$0$Число нейтронов в атоме находят по формуле:
$N = A — Z$
Электрон, $e^-$$\frac{1}{1837}$$-1$Число 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 $n^0$ .

Электроны обозначаются как $e^-$. 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 элемента$N$ (число нейтронов)=$А$ (массовое число)-$Z$ (номер элемента)
Натрий ($Na$) $11$$11$$12 = 23-11$
Фосфор ($P$)$15$$15$$16 = 31-15$
Золото ($Au$)$79$$79$$118 = 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 $N = A-Z = 80-35 = 45$.

Часто задаваемые вопросы

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

Отзыв отправлен. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

Комментарии
Автор

Валерия Мисютинская

Автор уроков по химии, преподаватель.

Получить ещё подсказку

Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

Верно! Посмотрите пошаговое решение

НАЗНАЧИТЬ