Строение атома
Окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц – атомов. Интересно узнать, какова же структура этих «кирпичиков» Мироздания? Вместе с экспертами рассмотрим современные научные представления о строении атомов
Предположения об атомном строении вещества появились еще до нашей эры. Уже мыслители Древнего Востока и Древней Греции высказывали мысли о существовании крайне малых, далее неделимых материальных частиц, из которых состоит вся Вселенная.
Наиболее известной является теория древнегреческого философа Демокрита. Именно он впервые ввел термин atomos, что означает неделимый. Демокрит полагал, что все в мире состоит из атомов и пустоты, атомы существуют вечно, их никто не создавал, они материальны, имеют форму, размер и вес. Объединение атомов в тела происходит при помощи крючков и петелек. Душа человека также состоит из атомов, имеющих гладкую форму. Атомы в пустоте двигаются только прямолинейно, поэтому свободы у человека нет, все предопределено.
Ученик Демокрита Эпикур усовершенствовал это учение и высказал предположение, что атомы могут самопроизвольно отклоняться от прямолинейного пути, поэтому свобода у человека все-таки есть.
Что такое атом
Современная наука определяет атом как крайне малую по размерам и массе частицу вещества, которая является наименьшей частью химического элемента и выступает носителем его химических свойств.
Всего известно 118 атомов, из которых в природе встречается 94, а оставшиеся 24 были искусственно синтезированы в ядерных реакторах и лабораториях.
Атомы обладают определенной массой, размерами и строением. Массы атомов крайне малы. К примеру, атом водорода имеет массу всего лишь 1,67х10-24г. Вес атома принято измерять в атомных единицах массы. Одна такая единица равно 1/12 массы атома углерода, ядро которого включает в свой состав 6 нейтронов и 6 протонов. Получается, что 1 а.е.м. = 1 нейтрон = 1 протон. Например, ядро атома водорода состоит из 1 протона, следовательно, его масса равна 1 а.е.м.
Размеры атомов также малы и находятся в пределах 0,046-0,25 нм (1 нм=1 м-9).
Полезная информация о строении атома
| Ядро атома | Оно располагается в центре атома и составляет практически всю его массу (99,9%). При этом ядро атома занимает всего лишь одну триллионную часть его объема. То есть атом внутри практически пуст. |
| Электрон | Наиболее активная часть атома, так как постоянно движется. Он обладает крайне малым весом. Так, масса электрона в атоме водорода составляет 0,0005 массы ядра. |
| Самый легкий и тяжелый атомы | Если говорить о природных элементах, то самый легкий – атом водорода (его относительная атомная масса – 1,00797), а самый тяжелый – атам урана (238,03). |
Состав атома
Атомы состоят из ядра и электронов, которые иногда называют «электронным облаком». Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.
Электрон (происходит от греческого слова «янтарь», был открыт в 1897 году) представляет собой отрицательно заряженную частицу. Электроны движутся по электронным оболочкам.
Протон (от греческого – первый, открыт в 1919 году) – частица ядра, имеющая положительный заряд.
Нейтрон (от латинского «ни тот, ни другой», открыт в 1932 году) – элемент ядра, не имеющий заряда.
Протоны и нейтроны вместе называют также нуклонами (ядерными частицами).
Атомы различаются по количеству протонов и нейтронов в ядре. В зависимости от количества протонов атом имеет соответствующий номер в Периодической системе Менделеева и относится к некоторому химическому элементу.
Число нейтронов в ядре атома указывает на изотоп данного элемента. Изотопами называют разновидности атомов одного химического элемента, которые имеют одинаковый атомный номер, но различные массы.
Электронная схема строения атома
Атом является электрически нейтральным, поскольку положительный заряд ядра равен сумме отрицательных зарядов электронов, вращающихся вокруг ядра. Их движение происходит по электронным оболочкам. Количество электронов и электронных оболочек зависит от величины заряда ядра атома.
Схема строения атомов наглядно представлена в Периодической системе химических элементов. Возьмем в качестве примера химический элемент натрий. Символ элемента обозначается латинскими буквами (Na). Название записывается русскими буквами – натрий.
Порядковый (атомный) номер (Z) – это количество протонов и электронов у атома (для Na – 11).
Распределение электронов по слоям для Na составляет 2, 8, 1.
Атомная масса элемента (атомный вес, относительная атомная масса) – это суммарная масса нейтронов, протонов и электронов в атоме, выраженная в а.е.м. У Na она 22.99.
Электронная конфигурация атома Na записывается так: 1s2 2s2 2p6 3s1, где 1s – первый энергетический уровень, на котором располагаются 2 электрона на s-электронной орбитали; 2s и 2p – второй энергетический уровень, где находятся 2 электрона на s-электронной орбитали и 6 электронов на p-электронной орбитали; 3s – третий энергетический уровень, где находится 1 электрон на s-электронной орбитали.
Модели строения атомов
В истории науки были разработаны различные модели строения атома. В 1803 году Джон Дальтон предложил сферическую модель, которая изображала атом в качестве мельчайшей материальной сферы, не поддающейся разрушению.
В 1904 году Джозеф Томпсон создал модель, получившую название «Пудинг с изюмом». В этой модели атом рассматривался как определенное положительно заряженное тело, содержащее внутри себя отрицательно заряженные электроны.
В 1911 году Эрнест Резерфорд на основании проделанных опытов пришел к выводу, что атом напоминает маленькую планетную систему, где вокруг ядра по орбитам вращаются электроны. Однако планетарная модель входила в противоречие с принципами классической электродинамики, в соответствие с которыми движущиеся электроны должны терять энергию и упасть на ядро.
Нильс Бор усовершенствовал планетарную модель атома, введя следующие дополнения:
- каждый электрон может вращаться вокруг ядра только по строго определенным стационарным орбитам;
- в процессе такого вращения атом не излучает энергию;
- излучение либо поглощение энергии осуществляется лишь при переходе атома из одного стационарного состояния в другое.
Современная модель атома получила название квантово-механической. В ней используются принципы неопределенности и дополнительности Вернера Гейзенберга, в соответствии с которыми электрон представляет собой одновременно частицу и волну, определенных орбит не существует, а электроны движутся вокруг ядра, образуя электронное облако.
Задачи по теме «Строение атома»
Давайте вместе решим несколько задач из курса химии за 8 и 11 классы для закрепления материала.
Задача 1
Ответьте на вопросы, выбрав правильный вариант ответа из предложенных. Это задание за 8 класс.
1) Из чего состоит атом?
а) из протонов и нейтронов
б) из молекул
в) из электронов и нейтронов
г) из ядра и электронов
2) Что находится в атомном ядре?
а) пустота
б) положительный заряд
в) протоны и нейтроны
г) электроны
3) сколько электронов в атоме кальция (Са)?
а) 2
б) 20
в) 22
г) бесконечно много
4) Чему равен порядковый номер химического элемента?
а) заряду ядра атома
б) атомной массе
в) количеству валентных электронов атома
г) количеству нейтронов в ядре атома
5) В атоме элемента электронами заполнены два энергетических уровня, а на третьем находится два электрона. Назовите этот элемент.
а) кислород
б) сера
в) магний
г) алюминий
Задача 2
Выберите правильный вариант ответа на каждый вопрос. Это задание из курса 11 класса.
1) Атомы какого химического элемента состоят из 5 протонов, 6 нейтронов и 5 электронов?
а) азот
б) бор
в) углерод
г) натрий
2) Какое расположение электронов по электронным слоям у атома кремния?
а) 2, 8, 4
б) 2, 6, 6
в) 1, 9, 4
г) 2, 7, 5
3) Какова электронная формула атома фосфора?
а) 1s2 2s2 2p6 3s1
б) 1s2 2s2 2p6 3s2
в) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
г) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
Ответы к задачам
Давайте проверим ваши ответы.
Задача 1
1) г – из ядра и электронов
2) в – протоны и нейтроны
3) б – 20
4) а – заряду ядра атома
5) в – магний
Задача 2
1) б – бор
2) а – 2, 8, 4
3) г – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
3 важные темы по химии, которые забываются сразу после школы
Предлагаем вспомнить знакомые и важные темы из школьного курса химии.
- Что такое валентность
- Какие бывают оксиды
- Строение и свойства кристаллических решеток
Популярные вопросы и ответы
Для чего в 8 классе нужно знать строение атома?
Отвечает Светлана Гусарова, старший преподаватель химии методического отдела онлайн-школы «ИнтернетУрок»:
Свойства химических веществ и особенности их поведения при химических реакциях обусловлены строением атома. Знания о строении атома позволяют понять суть химических процессов, объяснить химическую природу веществ и их значение, прогнозировать поведение веществ при взаимодействии с другими веществами.
Отвечает Юлия Алёшина, старший научный сотрудник Саратовского медицинского научного центра гигиены ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»:
Утверждение о том, что все состоит из атомов в современном мире уже не вызывает никаких сомнений. Изучение химических реакций и веществ невозможно без знаний о строении атомов и молекул. Все, что происходит в живых существах, объясняется с точки зрения того, что они состоят из атомов, действующих по законам физики.
Изучение строения атома важно знать школьникам, будущим студентам, которые хотят стать физиками, биологами, химиками, да и представителями других профессий, поскольку изучение крупного начинается с малого, то есть с атома.
Свойства химических веществ и особенности их поведения при химических реакциях обусловлены строением атома. Знания о строении атома позволяют понять суть химических процессов, объяснить химическую природу веществ и их значение, прогнозировать поведение веществ при взаимодействии с другими веществами.
Отвечает Юлия Алёшина, старший научный сотрудник Саратовского медицинского научного центра гигиены ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»:
Утверждение о том, что все состоит из атомов в современном мире уже не вызывает никаких сомнений. Изучение химических реакций и веществ невозможно без знаний о строении атомов и молекул. Все, что происходит в живых существах, объясняется с точки зрения того, что они состоят из атомов, действующих по законам физики.
Изучение строения атома важно знать школьникам, будущим студентам, которые хотят стать физиками, биологами, химиками, да и представителями других профессий, поскольку изучение крупного начинается с малого, то есть с атома.
Кто впервые исследовал строение атома?
Светлана Гусарова:
Учение об атоме уходит своими корнями в глубокую древность. Считалось, что атомы – это неделимые частицы. Философ Демокрит предполагал, что свойства того или иного вещества определяется формой, массой и другими характеристиками образующих его атомов. Научное понимание, что атомы малы и неделимы, пришло в голову английскому ученому Джону Дальтону. Он был первым, кто описал свойства атомов, их размеры. Джон Дальтон ввел понятие «атомный вес», рассчитал атомные веса (массы) ряда элементов и составил первую таблицу их относительных атомных весов, тем самым он заложил основу атомной теории строения вещества.
Юлия Алёшина:
В 1911 году Резерфордом была предложена ядерная модель строения атома. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, а оболочка из электронов, число электронов в оболочке атома определяет заряд ядра.
Следующим этапом в развитии теории строения атома была теория датского физика Нильса Бора (1913 год). Основные постулаты ее гласили, что атом может находиться в стационарных состояниях, которые характеризуются дискретными значениями энергии и при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией происходит излучение кванта света (фотона). Теория Нильса Бора была непоследовательна, однако явилась мощным толчком к развитию квантовой теории атома. Такой последовательной теорией явилась квантовая физика.
Группой ученых из разных стран было наглядно продемонстрировано существование электронных оболочек у атома водорода при помощи фотоионизационного микроскопа. Суть фотоионизационного метода заключалась в том, что ионизация атома водорода происходила при последовательном отрывании электрона от оболочки атома под действием электромагнитного облучения.
Учение об атоме уходит своими корнями в глубокую древность. Считалось, что атомы – это неделимые частицы. Философ Демокрит предполагал, что свойства того или иного вещества определяется формой, массой и другими характеристиками образующих его атомов. Научное понимание, что атомы малы и неделимы, пришло в голову английскому ученому Джону Дальтону. Он был первым, кто описал свойства атомов, их размеры. Джон Дальтон ввел понятие «атомный вес», рассчитал атомные веса (массы) ряда элементов и составил первую таблицу их относительных атомных весов, тем самым он заложил основу атомной теории строения вещества.
Юлия Алёшина:
В 1911 году Резерфордом была предложена ядерная модель строения атома. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, а оболочка из электронов, число электронов в оболочке атома определяет заряд ядра.
Следующим этапом в развитии теории строения атома была теория датского физика Нильса Бора (1913 год). Основные постулаты ее гласили, что атом может находиться в стационарных состояниях, которые характеризуются дискретными значениями энергии и при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией происходит излучение кванта света (фотона). Теория Нильса Бора была непоследовательна, однако явилась мощным толчком к развитию квантовой теории атома. Такой последовательной теорией явилась квантовая физика.
Группой ученых из разных стран было наглядно продемонстрировано существование электронных оболочек у атома водорода при помощи фотоионизационного микроскопа. Суть фотоионизационного метода заключалась в том, что ионизация атома водорода происходила при последовательном отрывании электрона от оболочки атома под действием электромагнитного облучения.
В каком задании ЕГЭ по химии проверяется знание строения атома?
Светлана Гусарова:
Элементы содержания по теме «Строение атома» входят в раздел школьного курса химии «Теоретические основы химии», усвоение значительного количества которых проверяется на начальном этапе и является базовым. При выполнении задания № 1 ЕГЭ учащийся должен обладать основными сведениями о строении атома.
Юлия Алёшина:
При проведении государственной итоговой аттестации в форме ЕГЭ по химии в первом задании будет присутствовать вопрос о строении атома и его электронных оболочек.
Элементы содержания по теме «Строение атома» входят в раздел школьного курса химии «Теоретические основы химии», усвоение значительного количества которых проверяется на начальном этапе и является базовым. При выполнении задания № 1 ЕГЭ учащийся должен обладать основными сведениями о строении атома.
Юлия Алёшина:
При проведении государственной итоговой аттестации в форме ЕГЭ по химии в первом задании будет присутствовать вопрос о строении атома и его электронных оболочек.
