Формы существования химических элементов. Строение ядра атома. Изотопы

С древнейших времен, людей интересовало, из чего состоит вещество. Демокрит (древнегреческий философ) первый предположил, что вещество состоит из атомов

Рис. 1. 1. Древнегреческий философ Демокрит

По Демокриту, существуют только атомы и пустота. Атомы бывают разных видов. Вид атома называют – ХИМИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ. Предполагается (согласно принципу минимума энергии), что атом должен иметь шарообразную форму (рис. 1.2)

Рисунок 1.2.  Модели атомов и молекул

В настоящее время известно более 110 химических элементов (видов атомов). Согласно современным представлениям атомы имеют сложное строение. Они состоят из ядра и электронов. Ядро почти в 2000 раз тяжелее атома. Но при этом оно примерно в 50000 раз меньше атома. То есть ядро атома очень маленькое и очень тяжелое (рис. 1.3)

Рисунок 1.3. Модель, отражающая сложное строение атома

Если мысленно увеличить масштаб и представить, что ядро атома имеет диаметр 2 см, тогда радиус атома составил бы приблизительно 500 м.  

Как выяснили ученые, ядро тоже имеет сложное строение. Оно состоит, главным образом, из двух видов частиц протонов и нейтронов.

Протоны имеют заряд +1 и массу, приблизительно равную 1 (в атомных единицах массы, а.е.м.). А.е.м. – величина очень удобная для измерения массы частиц микромира.

Нейтрон (о чем можно догадаться по его названию) не имеет заряда, а его масса тоже примерно равна 1 а.е.м.  

Число протонов в ядре соответствует порядковому номеру химического элемента. Так если в ядре атома один протон, то это химический элемент с порядковым номером 1, то есть водород (Н). Заряд ядра атома водорода равен +1. Если в ядре атома 2 протона, то заряд ядра равен +2, и это второй по счету химический элемент – гелий (He). При наличии в ядре трех протонов, ядро атома имеет заряд ядра +3, его порядковый номер равен трем и это, соответственно литий (Li) так далее (см. табл. Д. И. Менделеева).

Количество нейтронов в ядре может отличаться от количества протонов. Обычно (за исключением водорода) количество нейтронов равно числу протонов или чуть больше.

При одном количестве протонов в ядре, количество нейтронов может быть различным. Так если в ядре находится один протон (атом водорода), при нем может быть ни одного протона, один и даже два (см. рис. 1.4 и таблицу 1.1)

Рисунок 1.4. Модель атома протия (изотоп водорода) состоит из одного протона и одного нейтрона

Рисунок 1.5. В ядре дейтерия уже две частицы—протон и нейтрон

Таблица 1.1. Изотопы водорода

Атомы, имеющие одинаковое число протонов в ядре (относящиеся к одному химическому элементу), но разное число нейтронов по отношению друг к другу являются ИЗОТОПАМИ. 

Найдем в периодической системе Д. И Менделеева химический элемент под номером 3 – это литий Li. 3 – это порядковый номер, это значит, что заряд ядра равен +3. Найдем значение атомной массы (6,939) и округлим его, получим 7. Скорее всего, что его наиболее распространенный изотоп будет иметь массу равную 7. Следовательно в ядре этого изотопа будет находиться нейтрона (7–3=4) (рис. 1.5)

Рисунок 1.7. Модель ядра лития. В его составе 3 протона и четыре нейтронаСостав ядра атома записывают с помощью условных обозначений

Где p—число протонов, n– число нейтронов. p+n – сумма числа протонов и нейтронов. 

В периодической системе (например у водорода 1,000797) обозначено массовое число химического элемента с учетом распространения в природе. Это означает, что несмотря на то, что у водорода три изотопа   протий, дейтерий    и тритий. Основным природным изотопом водорода является протий, поэтому масса водорода близка к 1

Что такое модель?

         К сведению.

         Сегодня мы познакомились с моделями атомов. Модели – это наше мысленное представление о каком-либо явлении, объекте. Любые наши мысленные модели отражают лишь часть явления, объекта, какую-то его одну сторону. Ни одна из существующих моделей не способна описать полностью существующее явление (объект). Поэтому в зависимости от решаемых задач можно использовать разные модели. Часто мы рассматриваем атом как неделимую частицу, и этого для решения многих задач оказывается вполне достаточно. Но для того, чтобы понять, чем один химический элемент отличается от другого, или разобраться, что такое изотопы мы используем другую модель, согласно которой атом имеет сложное строение.

ПОДВЕДЁМ ИТОГИ:

Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек. В настоящее время известно 110 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомов вступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, которая подчиняется законам, характерным для микросистем.

Атомное ядро - центральная часть атома, состоящая из Z протонов и N нейтронов, в которой сосредоточена основная масса атомов.

Заряд ядра - положительный, по величине равен количеству протонов в ядре или электронов в нейтральном атоме и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе. Сумма протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A = Z + N.

Изотопы - химические элементы с одинаковыми зарядами ядер, но различными массовыми числами за счет разного числа нейтронов в ядре.

Ядро атома

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов (общее название - нуклоны). Число протонов в ядре атома элемента строго определено - равно порядковому номеру элемента в периодической системе - Z. Число нейтронов в ядре атомов одного и того же элемента может быть различным - A - Z (где А - относительная атомная масса элемента; Z - порядковый номер).

Заряд ядра атома определяется числом протонов. Масса ядра определяется суммой протонов и нейтронов.

Изотопы

Изотопы - разновидности атомов определенного химического элемента, имеющие одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. Обладают ядрами с одинаковым числом протонов и различным числом нейтронов, имеют одинаковое строение электронных оболочек и занимают одно и то же место в периодической системе химических элементов.

Относительные атомные массы элементов, приводимые в периодической системе - есть средние массовые числа природных смесей изотопов. Поэтому они и отличаются от целочисленных значений.

Название ядер

Протий

Дейтерий

Тритий

Заряд

+1

+1

+1

Масса

1

2

3

Рисунок 1.6. В ядре трития уже три частицы—протон и два нейтрона

ЗАДАНИЯ

О чем говорится в следующих фразах: о простом веществе или о химическом элементе?

· В состав поваренной соли входит натрий

· Хлор раньше применялся в качестве боевого отравляющего вещества

· Главный компонент Солнца – это водород.

· Нить накаливания в электрических лампах обычно делают из вольфрама

· Гремучий газ – это смесь водорода с кислородом в соотношении 2:1 по объему

· Алюминий – крылатый металл

2. Установите состав ядер атомов                            

 ОТВЕТЫ: