Строение атомов
Некоторые сведения об атомарном строении вещества Вы уже получили при изучении физики и химии. Древнегреческий философ Левкипп (500 – 440 годы до нашей эры) утверждал, что материальный мир состоит из мельчайших частиц и пустот, то есть все вещества не являются сплошными. Демокрит (460 – 370 годы до нашей эры) назвал мельчайшие частицы вещества атомами, что в переводе с греческого означает «неделимые». Он считал, что атомы различных веществ имеют различные размеры и форму, различные свойства и непрерывно движутся. Однако его теория была лишь гипотезой, поскольку на то время не могла быть подтверждена опытами.
Только в 1897 – 1898 годах было установлено, что атомы не только не являются неделимыми, но и имеют сложное строение. В начале XX века английский физик Эрнест Резерфорд с сотрудниками провел ряд опытов по рассеиванию положительно заряженных частиц при их прохождении через очень тонкую золотую фольгу (рис.4.3). Как выяснилось, подавляющее большинство частиц проходят через фольгу, не меняя направления своего движения, некоторые отклоняются на определенные углы от прежнего направления, а очень небольшое количество частиц даже изменяли направление своего движения на противоположное.
Рис.4.3
Тщательный анализ дал возможность Резерфорду сделать такой вывод: в центре атома находится достаточно тяжелая частица, имеющая положительный заряд – ядро атома.
На значительном расстоянии от ядра (сравнительно с его размерами) движутся по определенным орбитам электроны.
Чтобы представить, сколько «пустого» места в атоме, можно воспользоваться таким сравнением. Если атом увеличить так, чтобы его ядро имело диаметр 15 – 20 мм, то расстояние от ядра до ближайших электронов будет равно километру.
Как выяснилось, ядро атома имеет положительный заряд, а сами атомы вещества в нормальном состоянии являются нейтральными. Это означает, что суммарный заряд всех электронов атома равен заряду ядра.Предложенная Резерфордом модель атома называется ядерной моделью.
Электроны в атомах движутся вокруг ядра вследствие действия электрических сил: отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительно заряженным ядрам.
Это немного напоминает движение планет Солнечной системы вокруг Солнца. Однако природа сил притяжения в последнем случае совсем другая – там действуют гравитационные силы, которые гораздо слабее электрических.
Атомы различных химических элементов отличаются зарядом ядра, а в обычном состоянии и количеством электронов. Позднее было установлено, что ядра атомов тоже имеют сложное строение: в их состав входят положительно заряженные частицы – протоныи незаряженные частицы – нейтроны.Заряд протона по значению равен заряду электрона, но протон имеет массу в 1840 раз большую, чем масса электрона, а масса нейтрона несколько больше массы протона.
На рис. 4.4 показаны схемы строения атомов обычного водорода – протия (а), гелия (б)и лития (в).Протоны в ядрах атомов отмечены кружочками, имеющими знак «+».
а б в
Рис.4.4
Но существуют такие атомы, которые имеют одинаковое количество протонов в ядре, вокруг ядер движется одинаковое количество электронов, однако в состав ядра входит различное количество нейтронов. Эти атомы называются изотопами. Например, известны 3 изотопа водорода: ядро атома обычного водорода состоит только из одного протона; ядро атома тяжелого водорода – дейтерия состоит из одного протона и одного нейтрона; а ядро атома сверхтяжелого водорода – трития из одного протона и двух нейтронов. Изотопы одного и того же химического элемента имеют различные свойства.
Как вы уже знаете, в обычных условиях атом электрически нейтрален. Но если такой атом потеряет один или несколько электронов, то он уже будет иметь избыточный положительный заряд (не скомпенсированный заряд ядра). Такой атом будет называться положительным ионом (катионом).Если же нейтральный атом присоединяет лишние электроны, то он называется отрицательным ионом (анионом).
Ионы могут образовываться и при распаде молекул некоторых веществ. Так, при растворении молекул поваренной соли в воде часть ее молекул распадается на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора.
При взаимодействии такие ионы могут объединяться в нейтральные молекулы.
Таблица 4.2
№ п/п | Вопрос, задание | Номер правильного ответа |
Что находится в центре атома вещества? | ||
Какой заряд имеет ядро атома? | ||
Какими являются атомы с точки зрения их зарядов в нормальном состоянии? | ||
Чему равен заряд всех электронов атома в нормальном состоянии? | ||
Что входит в состав ядра атома? | ||
Как называются атомы, которые для одного и того же вещества имеют одинаковое количество протонов и одинаковое количество электронов, но в состав ядра входят разные количества нейтронов? | ||
Как называется атом, потерявший один или несколько электронов? | ||
Как называется атом, присоединивший лишние электроны? |
Sнечёт. – Sчёт. = –9.
Таблица 4.2а
Номер правильного ответа | Правильный ответ |
1. | Протоны и нейтроны. |
2. | Положительным ионом (катионом). |
3. | Заряду ядра. |
4. | Положительный. |
5. | Ядро. |
6. | Нейтральными. |
7. | Отрицательным ионом (анионом). |
8. | Изотопами. |