Основные сведения о строении атомов

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.

{"questions":[{"content":"Откуда был философ Демокрит?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Древняя Греция","Китай","Индия"],"explanations":["Демокрит был древнегреческим философом.","",""],"answer":[0]}}}]}

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.

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.

{"questions":[{"content":"Кто впервые открыл строение атома?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Э. Резерфорд","А. Эйнштейн","Д. Менделеев","Демокрит","М. Ломоносов"],"explanations":["Британский физик Эрнест Резерфорд в 1910 году открыл строение атома.","","","",""],"answer":[0]}}},{"content":"Как называется модель строения атома, предложенная Э. Резерфордом?[[choice-7]]","widgets":{"choice-7":{"type":"choice","options":["Планетарная","Солнечная","Галактическая","Звездная","Лунная"],"explanations":["Модель строения атома, предложенная Э. Резерфордом похожа на Солнечную систему, поэтому ей дали название «планетарная».","","","",""],"answer":[0]}}}]}

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 $p^+$ .

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.

{"questions":[{"content":"Соотнесите частицу с ее зарядом[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Протон","Нейтрон","Электрон"],"items":["$+1$","$0$","$-1$"]}}}]}

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.

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.

{"questions":[{"content":"Какой микроскоп создали швейцарские ученые Г. Бинниг и Г. Рорер? [[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Световой","Сканирующий зондовый","Сканирующий туннельный"],"explanations":["","","Ученые из Швейцарии Г. Бинниг и Г. Рорер в 1986 году создали сканирующий туннельный микроскоп."],"answer":[2]}}}]}

Показать ответ

Скрыть ответ

Показать ответ

Скрыть ответ

Показать ответ

Скрыть ответ

Часто задаваемые вопросы