Розміри атомів. Вимірюємо діаметр атома

Той простий факт, що все навколо складається з найдрібніших частинок речовини - молекул і атомів, - насправді має величезну науковою силою. З одного лише цього твердження можна вивести велике числонаслідків, що дають якісне пояснення багатьом фізичним явищам. Якби раптом людство «забуло» все природничі знання, накопичені за багато століть, то, вчепившись лише за цей факт і користуючись науковим методом, воно змогло б дуже швидко відновити ази багатьох розділів фізики та хімії.

Про атомарну структуру матерії діти дізнаються ще в початковій школі. Але атоми не видно ні оком, ні оптичного мікроскопа. Більше того, у звичайних експериментах з речовиною, коли ми вимірюємо різноманітні характеристики матерії ( густина, теплоємність, питому теплоту плавлення та випаровування, в'язкість, силу поверхневого натягу рідиниі так далі), ми взагалі можемо не замислюватися про те, що вона складається з окремих частинок. Сучасна фізика, звичайно, дозволяє «розглянути» окремі атомиза допомогою складних пристроїв. Але постає питання: чи існує якийсь простий спосіб визначити типовий розмір молекул, не вдаючись до такої техніки? Виявляється, так.

Завдання

Озброївшись лише фактом, що все складається з атомів, оцініть розмір молекули води на підставі (деяких) перерахованих вище макроскопічних характеристик. Чисельні значення цих параметрів для води можна знайти в довідниках або в інтернеті.

Підказка

Відразу варто підкреслити, що рішення, які спираються на число Авогадро або на властивості окремих молекул, - «обманні», оскільки вони вже неявним чином використовують розмір молекул. Наприклад, необхідну оцінку легко отримати із щільності та молярної масиводи та числа Авогадро. Однак число Авогадро, яке пов'язує мікросвіт з макросвітом і «знає» про розміри атомів, у суто макроскопічному експерименті не виявляється і вимагає експериментального вимірювання.

Розмір атомів пропонується оцінити (зрозуміло, не точно, а лише за порядком величини) на підставі саме макроскопічних характеристик речовини.

Рішення

Розмір молекул можна отримати із щільності, коефіцієнта поверхневого натягу та питомої теплоти пароутворення. Зробимо це двома способами.

Спосіб 1.Рідина складається з молекул, але зберігає свій обсяг, а не розлітається на окремі частинки, як газ. Це означає, по-перше, що молекули в рідині тримаються одна щодо одної на певній певній відстані, по порядку величини рівному діаметрусамої молекули ( d), а по-друге, що кожна парна взаємодія між молекулами характеризується деякою енергією зв'язку ( U). Величини dі U- мікроскопічні, їх чисельні значення ми наперед не знаємо.

При випаровуванні рідина перетворюється на розріджений газ, у якому всі зв'язки між усіма молекулами вважатимуться розірваними. Питома теплота пароутворення E, що вимірюється в Дж/кг, є сума всіх міжмолекулярних енергій зв'язку, які спочатку були в кілограмі води. Помноживши питому теплоту пароутворення на щільність ρ і на (невідомий поки що) обсяг, який займає одна молекула (порядок d 3), ми отримаємо енергію зв'язків для однієї молекулу. Ця величина в 2–3 рази більша U- адже кожна молекула зазвичай пов'язана з кількома (4-6) сусідами: Eρ d 3 = 2U.

З іншого боку, явище поверхневого натягу полягає в тому, що будь-яка вільна поверхня рідини характеризується «зайвою» енергією, пропорційною площею поверхні: Eпов = σ S. Цю енергію можна легко виміряти на досвіді і отримати коефіцієнт поверхневого натягу σ. Мікроскопічно, ця енергія виникає через те, що в самому поверхневому шарі рідини є молекули з «непрацюючими зв'язками», тобто зі зв'язками, які стирчать назовні, в порожнечу, а не замкнені на сусідні молекули. Таких зв'язків мало, скажімо одна на кожну молекулу, і енергія цього «непрацюючого зв'язку» приблизно дорівнює U. Оскільки кожна поверхнева молекула займає площу d 2 , цю ж величину Uможна записати як σ d 2 .

Прирівнюючи величину U, отриману цими двома способами, знаходимо типовий розмір: d= 2σ/ Eρ.

Спосіб 2.Візьмемо сферичну краплю рідини та розділимо її на дві краплі. Сумарний обсяг не змінився, але площа поверхні зросла, отже, зросла енергія поверхневого натягу. Тому на такий поділ нам треба витратити енергію, рівну різниціповерхневих енергій спочатку та наприкінці. Дробитимемо краплю все далі і далі, поки не дійдемо до «крапель» розміром з молекулу. Строго кажучи, при таких розмірах про поверхневе натяг уже говорити не можна, але для найгрубіших оцінок можна тим не менш порахувати «сумарну площу поверхні», що вийшла, домножити її на σ і знайти, яку енергію треба витратити на такий поділ. Але поділ рідини на окремі «краплі» розміром із молекулу і є процес пароутворення. Таким чином теж можна отримати формулу на кшталт наведеної вище, але тільки з чисельним коефіцієнтом, що трохи відрізняється.

Залишилося підставити числа. Щільність води 1000 кг/м 3 коефіцієнт поверхневого натягу 0,07 Дж/м 2 , питома теплотапароутворення 2,3 МДж/кг. Розмір молекули звідси виходить 0,6 · 10 -10 м. Це приблизно в 3 рази менше реального розмірумолекули, що дуже непогано настільки грубої оцінки.

Післямова

Це, звичайно, не єдиний спосібдізнатися розміри молекул виходячи з макроскопічних даних, проте всі подібні методи дають лише дуже грубу оцінку порядку величини. Набагато акуратніше виміряти розміри можна при розсіянні рентгенівських променів (а також електронів або нейтронів) з довжиною хвилі менше нанометра на кристалах. Дифракційний візерунок показує як розміри кристалічного осередку, а й розповідає у тому, як атоми у ній розташовані друг щодо друга.

Цікаво відзначити, що ще на початку XX століття далеко не всі вчені дотримувались атомістичної картини будови речовини. Ключовими моментами, що довели реальність молекул, був опис Ейнштейном броунівського рухута закону дифузії, а також виявлення Перреном седиментаційної рівноваги (Нобелівська премія з фізики за 1926 рік). В обох експериментах мікроскопічно частинки речовини, розмір яких можна було визначити через спостереження в мікроскоп, поводилися в чомусь схоже на окремі молекулиречовини, що дозволило «навести мости» між мікросвітом і світом повсякденних явищ.

АТОМ, дрібна частка речовини, яка може вступати в хімічні реакції. Кожна речовина має характерний лише для нього набір атомів. Свого часу вважалося, що атом неподільний, однак, він складається з позитивно зарядженого ЯДРА, навколо якого обертаються негативно заряджені електрони. Ядро (наявність якого встановив у 1911 р. Ернст РЕЗЕРФОРД) складається із щільно упакованих протонів та нейтронів. Воно займає всередині атома лише малу частину простору, однак, на нього припадає майже вся маса атома. У 1913 р. Нільс БОР припустив, що електрони рухаються фіксованими орбітами. З того часу дослідження з квантової механіки призвели до нового розуміння орбіт: згідно з принципом невизначеності Гейзенберга точну позицію і момент руху субатомної частки одночасно дізнатися неможливо. Число електронів в атомі та їх розташування визначають Хімічні властивостіелемент. При додаванні або відібранні одного або більше електрона виникає іон.

Маса атома залежить від розміру ядра. На нього припадає максимальна частка ваги атома, оскільки електрони нічого не важать. Наприклад, атом урану - найважчий з атомів, що зустрічаються в природі, у нього 146 нейтронів, 92 протона і 92 електрони. З іншого боку, найлегшим є атом водню, який має 1 протон і електрон. Проте атом урану, хоч і важчий за атом водню в 230 разів, за розмірами перевищує його лише втричі. Вага атома виражається в одиницях атомної масита позначається як u. Атоми складаються з ще більш дрібних частинок, які називаються субатомними (елементарними) частинками. Основними є протони (позитивно заряджені), нейтрони (електрично нейтральні) і лсктрони (негативно "заряджені). Скупчення нроюнон і нейтронів утворюють Ядро в центрі атомом всіх лсмстон (за винятком водню, у якого юлько один протон). крутяться» навкруги! ядра на деякій відстані від нього, пропорційно ра (мірам атома. |(якщо, наприклад, ядро ​​атома гелію було б розміром з тенісний м'ячик, то електрони знаходилися б на відстані 6 км від нього. Існує 112 різних типіватомів, стільки ж, скільки елементів н періодичної таблиці. Атоми елементів відрізняються за атомному номерута атомної маси. ЯДРО АТОМА Маса атома складається в основному за рахунок відносно щільного ядра. I (ротони і нейтрони мають масу приблизно 1К4() разів більшу, ніж електрони. Оскільки прогони заряджені позитивно, а нейтрони - нейтральні, ядро ​​атома завжди заряджено позитивно. 11оскільки протилежні заряди взаємно притягуються, ядро ​​утримує електрони на . складаються з ще дрібніших шсмппарних частинок, кварків. ЕЛЕКТРОНИ до-до тлав атомі визначає його хімічні гнонстіа H ошичис від планет Сонячної системи, ніропи крутяться навколо ядра випадковим чином, oiMiiMi ні фіксованій відстані від ядра, обра-IVH "оСюлочки». Чим більшою енергією володіє електро-ipon. li"M далі він може піти долаючи тяжіння позитивно зарядженого ядра. У нейтральному атомі позитивний заряделектронів врівноважує позитивний заряд протонів ядра. 11це видалення або додавання одного електрона в агомі призводить до появи зарядженого іона. Електронні оболонки розташовані на фіксованих відстанях від ядра в залежності від рівня їхньої енергії. Кожну оболонку нумерують, рахуючи від ядра. На агоме не буває більше семи оболонок, і кожна з них може містити тільки певна кількістьелектронів. Якщо мається достатня кількістьенергії, електрон може перескочити з однієї оболонки в іншу, більш високу. Коли він знову потрапляє на нижчу оболонку, він випромінює у вигляді фотона. Електрон належить до класу частинок, званих лептонами, його античастинка називається позитроном.

Ланцюгова ядерна реакція. При ядерний вибух, наприклад, аюмної оомби, нейтрон ударяє по ядру урану 23Ь (тобто ядру із загальною кількістю протонів і нейтронів, рівним?35). При ньому трон поглинається, і створися уран 236 Він дуже нестійкий і розщеплюється на два менших ядра, при чому виділяється величезна кількістьенергій і кілька нейтронів Кожні з цих нейтронів може, у свою чергу, вдарити по ще одному ядру урану. , тобто. відбувається ланцюжкова реакція. У ядерному реакторігепло, що виділяється при еюм процесі, використовується для нагрівання пари, який приводить у рух турбогенератор, що виробляє електрику.

Науково-технічний енциклопедичний словник.

Дивитись що таке "АТОМ" в інших словниках:

атом- Атом, а … Українська орфографічний словник

- (грец. atomos, від а запереч. част., і tome, tomos відділ, відрізок). Нескінченно мала неподільна частка, сукупність яких становить будь-яке фізичне тіло. Словник іноземних слів, що увійшли до складу російської мови Чудінов А.Н., 1910. Атом грецьк … Словник іноземних слів російської мови

атом- а м. atome m. 1. Найдрібніша неподільна частка речовини. Атоми неможливо знайти вічні. Кантемир Про природу. Ампер вважає, що кожна неподільна частка матерії (атом) містить невід'ємну від неї кількість електрики. ОЗ 1848 56 8 240. Хай буде… Історичний словникгалицизмів російської мови

- (від грец. atomos - неподільне) найдрібніші складові частинки матерії, з яких складається все суще, у т. ч. і душа, утворена з найтонших атомів (Левкіпп, Демокріт, Епікур). Атоми вічні, вони не виникають і не зникають, перебуваючи в постійному… Філософська енциклопедія

атом- Атом ♦ Atome Етимологічно атом – неподільна частка, або частка, підвладна лише умоглядному поділу; неподільний елемент (atomos) матерії. У цьому сенсі розуміють атом Демокріт та Епікур. Сучасним вченим добре відомо, що це… Філософський словник Спонвіля

- (Від грец. atomos неподільний) найдрібніша частка хімічного елемента, Що зберігає його властивості У центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, в якому зосереджена майже вся маса атома; довкола рухаються електрони, що утворюють електронні … Великий Енциклопедичний словник

Чол., грец. неподільне; речовина в крайніх межах ділимості своєї, незрима порошинка, з яких ніби складені всі тіла, всяка речовина, ніби з піщинок. | Невимірна, нескінченно мала порошинка, мізерна кількість. | У хіміків слово… Тлумачний словникДаля

Див … Словник синонімів

АТОМ- (Від грец. atomos неподільний). Слово А. застосовується в сучасній науців різних сенсах. Найчастіше А. називають граничну кількість хім. елемента, подальше дроблення до рого веде до втрати індивідуальності елемента, тобто до різкого… Велика медична енциклопедія

атом- atom Atom частина речовини, яка є найменшим носієм хімічних властивостей певного хімічного елемента. Відомо стільки видів атомів, скільки є хімічних елементів та їх ізотопів. Електрично нейтральний, складається з ядра й електронів. Радіус атома… Гірничий енциклопедичний словарь

Книги

• Атом водню та не-евклідова геометрія, В.А. Фок. Ця книга буде виготовлена ​​відповідно до Вашого замовлення за технологією Print-on-Demand. Відтворено в оригінальній авторській орфографії видання 1935 (видавництво "Видавництво…"
• Атом водню - найпростіший з атомів. Продовження теорії Нільса Бора. Частина 5. Частота випромінювання фотона збігається із середньою частотою випромінювання електрона в переході А. І. Шидловський. Продовжено теорію атома водню Бора ("паралельно" квантомеханічному підходу) за традиційному шляхурозвитку фізики, де в теорії співіснують спостерігаються та неспостерігаються величини. Для…

ВИЗНАЧЕННЯ

атом- Найменша хімічна частка.

Різноманітність хімічних сполук обумовлена різним поєднанняматомів хімічних елементів у молекули та немолекулярні речовини. Здатність атома вступати в хімічні сполуки, його хімічні та Фізичні властивостівизначаються структурою атома. У зв'язку з цим для хімії першорядне значення має внутрішня будоваатома і в першу чергу його структура електронної оболонки.

Моделі будови атома

На початку XIX століття Д. Дальтон відродив атомістичну теорію, спираючись на відомі на той час основоположні закони хімії. сталості складу, кратних відносин та еквівалентів). Провели перші експерименти з вивчення будови речовини. Проте, попри зроблені відкриття (атоми однієї й тієї ж елементи мають одними й тими самими властивостями, а атоми інших елементів – іншими властивостями, запроваджено поняття атомної маси), атом вважали неподільним.

Після отримання експериментальних доказів (кінець XIX початок XX століття) складності будови атома (фотоефект, катодні та рентгенівське проміння, радіоактивність) було встановлено, що атом складається з негативно та позитивно заряджених частинок, які взаємодіють між собою.

Ці відкриття дали поштовх до створення перших моделей будови атома. Одна з перших моделей була запропонована Дж. Томсоном(1904) (рис. 1): атом представлявся як «море позитивної електрики» з електронами, що коливаються в ньому.

Після дослідів з α-частинками, 1911р. Резерфорд запропонував так звану планетарну модельбудови атома (рис. 1), схожу на будову сонячної системи. Згідно з планеєтарною моделлю, в центрі атома знаходиться дуже маленьке ядро ​​з зарядом Z е, розміри якого приблизно в 1000000 разів менше розмірівсамого атома. Ядро містить практично всю масу атома і має позитивний заряд. Навколо ядра орбітами рухаються електрони, кількість яких визначається зарядом ядра. Зовнішня траєкторія руху електронів визначає зовнішні розміри атома. Діаметр атома становить 10 -8 см, тоді як діаметр ядра набагато менше -10 -12 см.

Мал. 1 Моделі будови атома за Томсоном та Резерфордом

Досліди з вивчення атомних спектрівпоказали недосконалість планетарної моделібудови атома, оскільки ця модель суперечить лінійній структурі атомних спектрів. На основі моделі Резерфорда, вченні Енштейна про світлові кванти та квантової теоріївипромінювання планка Нільс Бор (1913)сформулював постулати, в яких полягає теорія будови атома(рис. 2): електрон може обертатися навколо ядра не за будь-якими, а лише за деякими певними орбітами (стаціонарними), рухаючись по такій орбіті він не випромінює електромагнітної енергії, Випромінювання (поглинання або випромінювання кванта електромагнітної енергії) відбувається при переході (стрибкоподібному) електрона з однієї орбіти на іншу.

Мал. 2. Модель будови атома за Н. Бором

Накопичений експериментальний матеріал, Що характеризує будову атома, показав, що властивості електронів, а також інших мікрооб'єктів не можуть бути описані на основі уявлень класичної механіки. Мікрочастинки підпорядковуються законам квантової механіки, яка стала основою створення сучасної моделібудови атома.

Основні тези квантової механіки:

- енергія випромінюється і поглинається тілами окремими порціями - квантами, отже, енергія частинок змінюється стрибкоподібно;

- електрони та інші мікрочастинки мають подвійну природу - виявляє властивості і частинки, і хвилі (корпускулярно-хвильовий дуалізм);

— квантова механіказаперечує наявність певних орбіт у мікрочастинок (для електронів, що рухаються, неможливо визначити точне положення, тому що вони рухаються в просторі поблизу ядра, можна лише визначити ймовірність знаходження електрона в різних частинахпростору).

Простір поблизу ядра, в якому досить велика ймовірність знаходження електрона (90%), називається орбіталлю.

Квантові числа. Принцип Паулі Правила Клечковського

Стан електрона в атомі можна описати за допомогою чотирьох квантових чисел .

n- Головне квантове число. Характеризує загальний запас енергії електрона в атомі та номер енергетичного рівня. nнабуває цілих значень від 1 до ∞. Найменшою енергією електрон має при n=1; зі збільшенням n – енергія. Стан атома, коли його електрони знаходяться на таких енергетичних рівнях, що їхня сумарна енергія мінімальна, називається основним. Стану з більш високими значенняминазиваються збудженими. Енергетичні рівні позначаються арабськими цифрамивідповідно до значення n. Електрони можна розмістити по семи рівнях, тому реально n існує від 1 до 7. Головне квантове число визначає розміри електронної хмари і визначає середній радіусзнаходження електрона в атомі.

l- орбітальне квантове число. Характеризує запас енергії електронів у підрівні та форму орбіталі (табл. 1). Набуває цілих значень від 0 до n-1. l залежить від n. Якщо n=1, то l=0, що свідчить, що у 1-му рівні 1-н подуровень.

m e- Магнітне квантове число. Характеризує орієнтацію орбіталі у просторі. Приймає цілі чисельності від –l через 0 до +l. Так, при l=1 (p-орбіталь), m e набуває значення -1, 0, 1 і орієнтація орбіталі може бути різною (рис. 3).

Мал. 3. Одна з можливих орієнтацій у просторі p-орбіталі

s- Спинове квантове число. Характеризує власне обертанняелектрона навколо осі. Приймає значення -1/2(↓) та +1/2(). Два електрони на одній орбіталі мають антипаралельні спини.

Стан електронів в атомах визначається принципом Паулі: в атомі не може бути двох електронів з однаковим набором квантових чисел. Послідовність заповнення орбіталей електронами визначається правилами Клечковського: орбіталі заповнюються електронами в порядку зростання суми (n+l) для цих орбіталей, якщо сума (n+l) однакова, то першою заповнюється орбіталь з меншим значенням n.

Однак, в атомі зазвичай присутні не один, а кілька електронів і, щоб врахувати їхню взаємодію один з одним, використовують поняття ефективного заряду ядра – на електрон зовнішнього рівня діє заряд, менший заряду ядра, внаслідок чого внутрішні електрони екранують зовнішні.

Основні характеристики атома: атомний радіус(ковалентний, металевий, ван-дер-ваальс, іонний), спорідненість до електрона, потенціал іонізації, магнітний момент.

Електронні формули атомів

Усі електрони атома утворюють його електронну оболонку. Будова електронної оболонки зображується електронною формулою, яка показує розподіл електронів за енергетичними рівнями та підрівнями. Число електронів на підрівні позначається цифрою, яка записується праворуч угорі від літери, що показує підрівень. Наприклад, атом водню має один електрон, розташований на s-підрівні 1-го енергетичного рівня: 1s 1 . Електронна формула гелію, що містить два електрони записується так: 1s 2 .

У елементів другого періоду електрони заповнюють 2-й енергетичний рівень, на якому можуть бути не більше 8-ми електронів. Спочатку електрони заповнюють s-підрівень, потім – p-підрівень. Наприклад:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Зв'язок електронної будови атома з положенням елемента у Періодичній системі

Електронну формулу елемента визначають за його положенням Періодичною системоюД.І. Менделєєва. Так, номер періоду відповідає У елементів другого періоду електрони заповнюють 2-й енергетичний рівень, на якому можуть бути не більше 8-ми електронів. Спочатку електрони заповнюють У елементів другого періоду електрони заповнюють 2-й енергетичний рівень, на якому можуть бути не більше 8-ми електронів. Спочатку електрони заповнюють s-підрівень, потім – p-підрівень. Наприклад:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

У атомів деяких елементів спостерігається явище «проскоку» електрона із зовнішнього енергетичного рівня на передостанній. Проскок електрона відбувається у атомів міді, хрому, паладію та деяких інших елементів. Наприклад:

24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1

енергетичний рівень, на якому можуть перебувати не більше 8 електронів. Спочатку електрони заповнюють s-підрівень, потім – p-підрівень. Наприклад:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Номер групи для елементів головних підгруп дорівнює числуелектронів на зовнішньому енергетичному рівні, такі електрони називають валентними (вони беруть участь в освіті хімічного зв'язку). Валентними електронами елементів побічних підгруп можуть бути електрони зовнішнього енергетичного рівня і d-підрівня передостаннього рівня. Номер групи елементів побічних підгруп III-VII груп, а також Fe, Ru, Os відповідає загальному числуелектронів на s-підрівні зовнішнього енергетичного рівня та d-підрівні передостаннього рівня

Завдання:

Зобразіть електронні формулиатомів фосфору, рубідія та цирконію. Вкажіть валентні електрони.

Відповідь:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Валентні електрони 3s 2 3p 3

37 Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 Валентні електрони 5s 1

40 Zr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 Валентні електрони 4d 2 5s 2

Розмір атомавизначається радіусом зовнішньої електронної оболонки. Розміри всіх атомів ~ 10 -10 м. А розмір ядра на 5 порядків менший, всього - 10 -15 м. Наочно це можна уявити так: якщо атом збільшити до розмірів 20-поверхового будинку, то ядро ​​атома виглядатиме як міліметрова порошинка в центральній кімнаті цього будинку. Однак важко уявити будинок, маса якого практично повністю зосереджена в цій порошинці. А атом саме такий.

Атоми дуже маленькі та дуже легкі. Атом у стільки разів легше яблука, у скільки разів яблуко легше земної кулі. Якщо світ «поважчає» так, що атом важитиме як крапля води, то люди в такому світі стануть важкими, як планети: діти — як Меркурій і Марс, а дорослі — як Венера і Земля.

Розглянути атом не можна навіть за допомогою мікроскопа. Кращі оптичні мікроскопи дозволяють розрізнити деталі об'єкта, якщо відстань між ними ~0,2 мкм. В електронному мікроскопі цю відстань вдалося зменшити до ~2-3 Å. Розрізнити і сфотографувати окремі атоми вперше вдалося за допомогою іонного проектора. Але ніхто не бачив, як влаштований атом усередині. Всі дані про будову атомів отримані з дослідів з розсіювання частинок.

Маса атомного ядра у кілька тисяч разів більше масийого електронної оболонки. Це з тим, що ядра атомів складаються з дуже важких, порівняно з електроном, частинок — протонів pта нейтронів n.Їх маси майже однакові і приблизно в 2000 разів більші за масу електрона. При цьому протон- Позитивно заряджена частинка, а нейтрон- Нейтральна. Заряд протона за величиною дорівнює заряду електрона. Число протонів в ядрі дорівнює числу електронів в оболонці, це забезпечує електричну нейтральність атома. Число нейтронів може бути різним, в ядрі атома легкого водню нейтронів немає зовсім, а в ядрі атома вуглецю їх може бути і 6, і 7, і 8.

Маса електронаm e ≈ 0,91. 10 -30 кг маса протонуm p≈ 1,673. 10 -27 кг = 1836m e , маса нейтронуm n = 1,675. 10-27 кг≈ 1840 m e .

Маса атома менше сумимас ядра і електронів на величину Δm,звану дефектом мас, який виникає через кулонівської взаємодії ядра і електронів. Дефект мас у атомів (на відміну ядер) дуже малий, і, хоча він збільшується зі зростанням Z, У жодного атома не перевищує маси електрона. Матеріал із сайту

Звичайно, атом не можна покласти на ваги і зважити, він занадто малий. Маси атомів спочатку визначили хіміки. Причому виміряли вони їх у відносних одиницях, прийнявши за одиницю масу атома водню і скориставшись законом Дальтона, згідно з яким хімічні речовиниутворюються при з'єднанні атомів хімічних елементів у строго певній пропорції. І зараз маси атомів найчастіше вимірюють у відносних одиницях, але в якості атомної одиниці маси (а. е. м.) використовують 1 / 12 маси атома вуглецю C 12,1 а. е. м. = 1,66057. 10-27 кг.

Сучасна людина постійно чує словосполучення, що містять похідні від слова «атом». Це енергія, електростанція, бомба. Хтось приймає це як належне, а дехто запитує: «Що таке атом?».

Що означає це слово?

Воно має давньогрецьке коріння. Походить від «атомос», яке в дослівному перекладі означає «нерозрізний».

Хтось, уже трохи знайомий з фізикою атома, обуриться: "Як "нерозрізний"? Він же складається з якихось частинок!" Вся справа в тому, що назва з'явилася, коли вчені ще не знали, що атоми – не найдрібніші частки.

Після досвідченого доказу цього факту вирішили не змінювати звичного назви. І в 1860 році "атомом" стали називати найдрібнішу частинкуяка має всі властивості хімічного елемента, до якого відноситься.

Що більше атома та менше його?

Молекула завжди більша. Вона утворена з кількох атомів і є найменшою частинкою речовини.

А ось менше елементарні частки. Наприклад, електрони та протони, нейтрони та кварки. Їх дуже багато.

Вже багато чого про нього сказано. Але досі не дуже зрозуміло, що таке атом.

Що він собою являє?

Питання, як уявити модель атома, вже давно займає вчених. Сьогодні прийнято ту з них, яку запропонував Е. Резерфорд і доопрацював М. Бор. По ній атом поділяється на дві частини: ядро ​​та електронну хмару.

Більшість маси атома зосереджена у його центрі. Ядро складається з нейтронів та протонів. А електрони в атомі розташовані на досить великій відстані від центру. Виходить щось схоже на Сонячну систему. У центрі, як Сонце, ядро, і навколо нього обертаються електрони своїми орбіталями, як планети. Саме тому модель часто називають планетарною.

Цікаво, що ядро ​​та електрони займають дуже малий простір порівняно із загальними розмірами атома. Виходить, що у центрі маленьке ядро. Потім порожнеча. Дуже велика порожнеча. І потім вузька смужка маленьких електронів.

До такої моделі атомів вчені дійшли не одразу. До цього було висунуто безліч припущень, які спростували досвіди.

Однією з таких ідей було уявлення атома як суцільного тіла, що має позитивний заряд. А електрони в атомі пропонувалося розмістити по всьому тілу. Таку ідею висував Дж. Томсон. Його модель атома ще називалася «Пудінг із ізюмом». Дуже вже модель нагадувала цю страву.

Але вона була неспроможна, тому що не могла пояснити деяких властивостей атома. Тож її відкинули.

Японський учений Х. Нагаока питанням, що таке атом, пропонував таку модель. На його думку, ця частка має віддалену подібність із планетою Сатурн. У центрі ядро, а електрони обертаються навколо нього по орбітах, пов'язаних у кільце. Незважаючи на те, що модель не була прийнята, деякі її положення були використані у планетарній схемі.

Про числа, пов'язані з атомом

Спочатку про фізичних величин. Загальний заряд атома завжди дорівнює нулю. Це з тим, що кількість електронів і протонів у ньому однаково. А їхній заряд однаковий за величиною і має протилежні знаки.

Часто виникають ситуації, коли атом втрачає електрони або навпаки притягує до себе зайві. У таких ситуаціях говорять, що він став іоном. І його заряд залежить від того, що сталося з електронами. Якщо їх кількість поменшала, заряд іона позитивний. Коли електронів більше за належне, іон стає негативним.

Тепер про хімію. Ця наука, як жодна інша, найбільше дає розуміння, що таке атом. Адже навіть основна таблиця, яка в ній вивчається, заснована на тому, що атоми розташовані в ній. певному порядку. Мова йдепро таблицю Менделєєва.

У ньому кожному елементу приписується певний номер, пов'язані з числом протонів в ядрі. Зазвичай він позначається літерою z.

Наступне значення - це масове число. Воно дорівнює сумі протонів і нейтронів, що у ядрі атома. Прийнято його позначення літерою A.

Два вказаних числапов'язані один з одним такою рівністю:

A = z + N.

Тут N це кількість нейтронів в атомному ядрі.

Ще однією важливою величиною є маса атома. Для її виміру введено особливу величину. Вона скорочується: а.е.м. І читається як атомна одиницямаси. Виходячи з цієї одиниці, три частинки, з яких складаються всі атоми Всесвіту, мають маси:

Ці значення часто потрібні під час вирішення хімічних завдань.