Строение атома
Атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. По порядковому номеру и массовому числу можно определить число протонов, нейтронов и электронов, а также отличить атом от иона и сравнить изотопы.
1. Как устроен атом
Современная модель атома включает ядро и электронную оболочку. В ядре находятся протоны и нейтроны; вместе их называют нуклонами. В электронной оболочке находятся электроны, распределённые по энергетическим уровням и орбиталям. Подробнее электронное расположение рассматривается на странице электронная оболочка.
Атом — электронейтральная частица химического элемента, состоящая из ядра и электронов. В ней число протонов равно числу электронов.
| Частица | Обозначение | Заряд | Относительная масса | Расположение |
|---|---|---|---|---|
| Протон | p или p⁺ | +1 | примерно 1 | ядро |
| Нейтрон | n или n⁰ | 0 | примерно 1 | ядро |
| Электрон | e⁻ | −1 | примерно 1/1836 | электронная оболочка |
Ядро очень мало по сравнению с атомом, но в нём сосредоточена почти вся масса атома. Электрон не движется по строго заданной круговой орбите: область наиболее вероятного нахождения электрона называют атомной орбиталью. На одном энергетическом уровне может быть несколько подуровней; например, форма области для электрона на s-орбитали отличается от формы области на p-орбитали.
2. Порядковый и массовый нөмір
Каждый химический элемент определяется числом протонов в ядре. Это число называют порядковым, или атомным, номером и обозначают \(Z\). Его можно найти в периодической системе; отдельная бет объясняет значение порядкового нөмір элемента.
Порядковый нөмір \(Z\) равен числу протонов в ядре. Для электронейтрального атома он также равен числу электронов.
Число нуклонов в ядре называют массовым числом и обозначают \(A\). Оно равно сумме протонов и нейтронов. Массовое число — целое число, тогда как относительная атомная масса элемента в таблице обычно является средней величиной и может быть дробной.
Массовое число \(A\) равно сумме числа протонов и числа нейтронов.
Из формулы сразу получается число нейтронов: \(N_n=A-Z\). Запись нуклида обычно имеет вид \(^{A}_{Z}\mathrm{X}\), где \(\mathrm{X}\) — символ элемента, верхний индекс \(A\) — массовое число, нижний индекс \(Z\) — порядковый нөмір.
3. Алгоритм определения состава атома
- Определите символ элемента и найдите его порядковый нөмір \(Z\).
- Запишите число протонов: \(N_p=Z\).
- Если частица нейтральна, запишите число электронов: \(N_e=Z\).
- Найдите массовое число \(A\) — оно указано в жазбалар изотопа или условии.
- Рассчитайте число нейтронов: \(N_n=A-Z\).
- Проверьте результат: \(A\) должно быть равно \(N_p+N_n\).
Если дана жазба \(^{A}_{Z}\mathrm{X}\), читайте её сверху вниз: верхнее число — все нуклоны, нижнее — только протоны. Электроны у нейтрального атома равны нижнему числу.
Сколько нейтронов в атоме \(^{35}_{17}\mathrm{Cl}\)?
4. Изотопы и ионы
Изотопы — это атомы одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов. Поэтому у изотопов одинаковый \(Z\), но разные \(A\). Химические свойства изотопов близки, потому что у нейтральных атомов одинаковое число электронов, однако масса и некоторые ядерные свойства различаются.
| Нуклид | Протоны | Нейтроны | Электроны |
|---|---|---|---|
| \(^{12}_{6}\mathrm{C}\) | 6 | 6 | 6 |
| \(^{13}_{6}\mathrm{C}\) | 6 | 7 | 6 |
| \(^{14}_{6}\mathrm{C}\) | 6 | 8 | 6 |
Не следует путать массовое число изотопа с относительной атомной массой. Массовое число относится к конкретному нуклиду и является целым. Относительная атомная масса элемента учитывает природное содержание его изотопов, поэтому часто имеет дробное значение.
Ион — заряженная частица, образовавшаяся при потере или присоединении электронов. Число протонов при обычном образовании иона не меняется.
Если заряд иона равен \(+k\), атом потерял \(k\) электронов: \(N_e=Z-k\). Если заряд равен \(-k\), атом присоединил \(k\) электронов: \(N_e=Z+k\). Число нейтронов по-прежнему находят только по \(A\) и \(Z\).
Не принимайте заряд иона за число протонов. У иона \(\mathrm{Na^+}\) 11 протонов и 10 электронов, а не 1 протон. Не находите нейтроны как \(A-Z\) для дробной относительной атомной массы из таблицы: сначала должно быть дано целое массовое число конкретного изотопа.
5. Разобранный пример
Определим состав частицы \(^{27}_{13}\mathrm{Al}^{3+}\): число протонов, нейтронов и электронов.
Элемент алюминий имеет \(Z=13\). Верхний индекс даёт \(A=27\). Заряд \(3+\) означает потерю трёх электронов.
Жауабы: в частице \(^{27}_{13}\mathrm{Al}^{3+}\) содержатся 13 протонов, 14 нейтронов и 10 электронов. Это уже не нейтральный атом, а катион — положительно заряженный ион.
6. Связь с электронной оболочкой
Электроны распределяются по энергетическим уровням. Для первых элементов школьного курса часто используют схему заполнения оболочек: на первом уровне помещается до 2 электронов, на втором — до 8, на третьем в простейших заданиях — до 8 для элементов первых трёх периодов. Более точное описание использует подуровни и орбитали.
У нейтрального натрия 11 электронов: распределение по уровням — 2, 8, 1. При образовании \(\mathrm{Na^+}\) один внешний электрон удаляется, поэтому остаётся 10 электронов. Ядро при этом сохраняет 11 протонов и обычно 12 нейтронов для изотопа \(^{23}_{11}\mathrm{Na}\).
Главное
- Атом состоит из ядра и электронной оболочки; ядро содержит протоны и нейтроны.
- Порядковый нөмір \(Z\) равен числу протонов, а в нейтральном атоме — ещё и числу электронов.
- Массовое число \(A=Z+N_n\), поэтому \(N_n=A-Z\).
- Изотопы имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
- У иона меняется число электронов, но заряд ядра и число протонов не меняются.