Строение атома

Атом — это мельчайшая частица химического элемента, которая сохраняет его свойства. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые вращаются вокруг ядра. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, а нейтроны не имеют заряда. Электроны имеют отрицательный заряд.

История открытия строения атома

В конце XIX века учёные начали исследовать строение вещества. Они обнаружили, что атомы имеют сложную структуру и состоят из более мелких частиц. В 1904 году Дж. Дж. Томсон предложил модель атома, в которой электроны были равномерно распределены по всему объёму атома. Эта модель получила название «пудинг с изюмом».

Однако эта модель не могла объяснить многие экспериментальные данные. В частности, она не объясняла, почему атомы излучают свет только определённых частот. В 1913 году Н. Бор предложил новую модель атома, в которой электроны двигались по определённым орбитам вокруг ядра. Эта модель была основана на квантовой теории М. Планка. Она объяснила многие экспериментальные факты и стала основой для развития атомной физики.

Современная модель атома была разработана в 20-х годах XX века на основе работ Э. Резерфорда, Н. Бора и других учёных. Эта модель называется планетарной моделью атома. В ней ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, а электроны вращаются вокруг ядра по определённым энергетическим уровням.

Основные характеристики атомов

• Размер атома. Размер атома очень мал. Диаметр атома составляет примерно 10⁻¹⁰ м. Это означает, что атом можно сравнить с футбольным мячом, который уменьшен до размеров Земли.
• Масса атома. Масса атома также очень мала. Масса атома измеряется в атомных единицах массы (а. е. м.). Одна атомная единица массы равна массе протона или нейтрона. Масса атома зависит от количества протонов, нейтронов и электронов в ядре.
• Заряд атома. Заряд атома определяется количеством протонов в ядре. Если количество протонов равно количеству электронов, то атом является нейтральным. Если количество электронов больше или меньше количества протонов, то атом имеет положительный или отрицательный заряд соответственно.

Строение ядра атома

Ядро атома состоит из двух типов частиц: протонов и нейтронов.

Протоны — это положительно заряженные частицы с массой около 1 а. е. м. Количество протонов в ядре определяет заряд атома и его положение в периодической таблице элементов.

Нейтроны — это нейтральные частицы без заряда с массой, близкой к массе протона. Нейтроны обеспечивают стабильность ядра атома. Без них ядро было бы нестабильным и быстро распалось бы.

Количество протонов и нейтронов в ядре атома может варьироваться в широких пределах. Однако количество протонов всегда остаётся постоянным для данного атома. Это свойство называется зарядовым числом. Оно определяет место элемента в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Электроны в атоме

Электроны являются отрицательно заряженными частицами с очень малой массой. Они вращаются вокруг ядра атома по определённым траекториям, которые называются электронными оболочками. Каждая электронная оболочка соответствует определённому уровню энергии электрона. Чем ближе электрон к ядру, тем ниже его энергия.

На каждой электронной оболочке может находиться ограниченное количество электронов. Максимальное количество электронов на первой оболочке равно двум, на второй — восьми, на третьей — восемнадцати и так далее. Когда все электронные оболочки заполнены, атом становится стабильным.

Если атом получает дополнительный электрон, он становится отрицательным ионом. Если атом теряет электрон, он становится положительным ионом.

Вопросы для закрепления материала:

1. Что такое атом?
2. Из каких частиц состоит атом?
3. Какие характеристики атома вы знаете?
4. Как устроено ядро атома?
5. Сколько протонов и нейтронов может быть в ядре?
6. Что такое электронная оболочка?
7. Какое максимальное количество электронов может находиться на одной электронной оболочке?
8. Что происходит с атомом, когда он получает или теряет электрон?

Примеры заданий для проверки знаний:

1. Определите заряд ядра атома водорода, гелия, лития.
2. Рассчитайте массу атома углерода, кислорода, азота.
3. Напишите электронную конфигурацию атома натрия, магния, алюминия.
4. Объясните, как образуется положительный ион. Приведите пример.
5. Опишите, как образуется отрицательный ион. Приведите пример.

Решение задач:

Для решения задач необходимо использовать следующие формулы:

• Заряд ядра равен количеству протонов: Z = p+.
• Масса атома равна сумме масс протонов и нейтронов: m = p+ + n0.
• Электронная конфигурация атома записывается в виде последовательности чисел, соответствующих количеству электронов на каждой оболочке. Например, электронная конфигурация атома водорода: 1s¹.

При решении задач на образование ионов необходимо учитывать, что при образовании положительного иона атом теряет электроны, а при образовании отрицательного иона — приобретает.