Хімія. Повторне видання. 8 клас. Савчин

§ 6. Будова атома. Склад атомних ядер

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• знати будову атомів, склад атомних ядер; сучасне трактування періодичного закону;
• розрізняти поняття «протони», «нейтрони», «електрони», «нуклони», «нукліди»;
• пояснювати фізичний зміст порядкового номера елемента;
• уміти визначати будову атома, заряд його ядра, користуючись періодичною системою хімічних елементів.

• Згадайте, що вам відомо про будову атомів хімічних елементів з курсу хімії 7 класу.

Ядро й електронна оболонка. Під час вивчення поняття «хімічний елемент» ви вже частково ознайомилися з будовою атома. Вам відомо, що первісна назва «атом», яка в перекладі означає «неподільний», на сьогодні є умовною. Дійсно, цю частинку тривалий час вважали неподільною. Однак неподільність атома спростували дослідження французького фізика А. Беккереля (1852-1908), якому належить відкриття явища радіоактивності (1896 р.). Це відкриття використав відомий англійський фізик Е. Резерфорд (1871-1937) для підтвердження складності будови атома. Досліджуючи природу радіоактивного випромінювання, учений у 1911 р. запропонував ядерну (планетарну) модель будови атома. Складовими частинами атома є ядро й електронна оболонка. Ядро, що має позитивний заряд, розміщене в центрі атома, а навколо нього на певних віддалях (орбітах) обертаються негативно заряджені електрони (рис. 9).

Рис. 9. Ядерна (планетарна) модель будови атома (за Е. Резерфордом)

Оскільки атом є електронейтральною частинкою, позитивний заряд ядра компенсується відповідною кількістю електронів.

Склад атомних ядер. Відкриття будови атома стало поштовхом до подальших досліджень його будови. Через кілька років Е. Резерфорд виявив, що ядро атома також складне утворення. У ядрі містяться позитивно заряджені частинки — протони р, що мають заряд +1. Інший англійський учений Дж. Чедвік (1891-1974) експериментально виявив нейтральну частинку ядра та дав їй назву нейтрон n. Було установлено, що маса нейтрона така сама, як маса протона.

Оскільки протони є позитивно зарядженими частинками із зарядом +1, а нейтрони — електронейтральними, то заряд ядра атома визначають за числом протонів у ядрі. Заряд ядра атома Карбону становить +6, а атома Оксигену — +8. Отже, заряд ядра атома відповідає порядковому номеру елемента в періодичній системі. У цьому полягає фізична сутність порядкового номера елемента. Зважаючи на те, що порядковий номер елемента вказує на заряд ядра атома, учені сформулювали сучасне трактування періодичного закону.

Властивості хімічних елементів і їхніх сполук і перебувають у періодичній залежності від величини зарядів їхніх атомних ядер.

Загальна назва протонів і нейтронів у ядрі атома — нуклон.

Спрощено будову ядра атома Карбону показано на рисунку 10. Ядра атомів — це система нуклонів (A), взаємопов’язаних ядерною силою.

Від кількості нуклонів, які містяться в ядрі, залежить утворення різних видів атомних ядер — нуклідів. Отже, нуклід — це різновид атомів з певним числом протонів і нейтронів у ядрі.

Рис. 10. Схема будови ядра атома Карбону

Загальну кількість протонів і нейтронів у ядрі атома називають нуклонним числом.

Кількість протонів у ядрі позначають протонним числом. Оскільки основою атома є ядро, його позначають символом елемента, біля якого вгорі зліва проставляють нуклонне, а внизу зліва — протонне числа (рис. 11).

Рис. 11. Символьне позначення ядер атомів Оксигену й Карбону

Вам уже відомо, що атом — електронейтральна частинка. Тому позитивний заряд ядра атома компенсують негативно заряджені електрони, які безперервно рухаються навколо ядра. Науковці виявили, що електрони рухаються не безладно, а на певній віддалі від ядра, яка зумовлена запасом їхньої енергії.

Віддалі, на яких рухаються електрони відносно ядра атома, називають енергетичними рівнями. Певна кількість енергетичних рівнів утворює електронну оболонку атома.

Отже, ураховуючи будову атомів хімічних елементів, можна зробити такі висновки.

1. Атом є складною системою, утвореною з ядра й електронної оболонки.

2. Ядро атома містить певну кількість нуклонів, що дорівнює сумі протонів (Z) і нейтронів (N).

3. Вид атомів одного хімічного елемента з певним числом протонів і нейтронів у ядрі називають нуклідом.

4. Навколо ядра атома рухаються електрони, кількість яких відповідає величині заряду ядра. Сукупність усіх електронів утворює електронну оболонку атома.

5. Електрони в електронній оболонці розміщені на певних віддалях від ядра, так званих енергетичних рівнях.

Зважаючи на будову атомів, було уточнено визначення поняття «хімічний елемент».

Хімічний елемент — вид атомів з однаковим зарядом ядра (протонним числом).

Визначення будови атома за періодичною системою. Будову атомів хімічних елементів дуже зручно визначати, користуючись періодичною системою. На кількість протонів вказує протонне число (у Д. І. Менделєєва — порядковий номер елемента). Якщо від числового значення відносної атомної маси елемента, що теж зазначена в періодичній системі, відняти число протонів, то отримана різниця відповідає числу нейтронів у ядрі атома. Число електронів в електронній оболонці відповідає числу протонів.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Дослідження радіоактивного випромінювання змінили усталену думку вчених про неподільність атома. Зокрема, Е. Резерфорд установив, що атом складається з позитивно зарядженого ядра й електронної оболонки, яка компенсує заряд ядра, а тому атом є електронейтральною частинкою.

• Ядро атома містить протони — позитивно заряджені частинки з зарядом +1 та масою 1 і нейтрони — електронейтральні частинки з масою 1. Загальна назва протонів і нейтронів у ядрі — нуклон. Від кількості нуклонів у ядрі залежить утворення різних видів атомних ядер — нуклідів.

• Заряд ядра атома визначають за кількістю протонів у ядрі — протонним числом, що відповідає порядковому номеру елемента. У цьому полягає фізична сутність порядкового номера елемента.

• Хімічний елемент — вид атомів з однаковим зарядом ядра (протонним числом).

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Назвіть складові частини атомів хімічних елементів.

2. Сформулюйте визначення періодичного закону:

• а) у трактуванні Д. І. Менделєєва;
• б) у сучасному трактуванні з погляду будови атома.

3. Намалюйте в зошиті ядерну модель будови атома Нітрогену та зазначте його складові частини.

4. Назвіть частинки, що входять до складу атомних ядер, опишіть будову ядра.

5. Поясніть фізичну сутність порядкового номера елемента в періодичній системі.

6. Позначте, користуючись періодичною системою, числове значення протонного числа в атомі Фосфору.

• А 30
• Б 15
• В 16
• Г 31

7. Охарактеризуйте, користуючись періодичною системою, будову атома елемента з порядковим номером 20.

ЦІКАВО ЗНАТИ

• Існують різновиди атомів одного й того самого хімічного елемента, що мають однаковий заряд ядра (протонне число), але різні нуклонні числа. Їх називають ізотопами. Наявність ізотопів пояснює дробові значення відносних атомних мас елементів, оскільки їх обчислюють з урахуванням масової частки кожного нукліда в природі.

• Ізотопи поділяють на стабільні та радіоактивні.

• Радіоактивні ізотопи проявляють здатність самовільно розкладатися на атоми (нукліди) інших елементів, вивільняючи при цьому радіоактивне випромінювання, що має велику проникну здатність і згубно впливає на живі організми. Навіть невисокі, але тривалі дози радіоактивного випромінювання викликають пневмонію, анемію, діабет, порушують роботу імунної системи тощо.

• Щоб зменшити вплив радіації на організм, необхідно дотримуватися особистої гігієни; споживати якісні, не забруднені радіонуклідами продукти харчування та воду; дбати про чистоту одягу, взуття, приміщень. Особливо треба берегтись у зонах підвищеної радіації та ретельно дотримуватися порад фахівців щодо збереження здоров’я в цих складних умовах.

• Учені розробили метод «мічених атомів» з використанням радіоактивних ізотопів. У хімії за його допомогою з’ясовують механізми перебігу хімічних реакцій. У медицині використовують для встановлення правильного діагнозу та з лікувальними цілями, у техніці — для виявлення тріщин у недоступних місцях різних приладів.