Хімія. 8 клас. Гранкіна

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 3. Будова атома. Склад атомних ядер. Протонне число. Нуклонне число

Демокрит (жив близько 400 років до н. е.) вважав, що всі речовини складаються з маленьких часточок, як із цеглинок. Він запропонував називати таку часточку атом — «неподільний». Чи відповідає ця назва дійсності?

ТРОХИ ІСТОРІЇ

Першими наявність атомів як елементарних складових речовини припустили ще давньогрецькі філософи. Протягом тисячоліть поняття «атом» значно змінювалося. У XIX столітті вчені виявили, що атом не є неподільним і складається з менших частинок. Зазначимо тільки одну модель атома, запропоновану Ернестом Резерфордом 1911 року. Він виділив у атомі ядро, яке займає досить незначну частину, й електрони, що, як він уважав, обертаються навколо ядра. Таку модель називають ядерною моделлю будови атома.

Е. Резерфорд порівняв атом із Сонячною системою, де роль Сонця відігравало ядро атома, а електрони — планети. Тому його модель називають іще планетарною.

Потім датський учений Нільс Бор у своїх дослідженнях показав, що для опису атома закони класичної механіки не підходять. Він істотно доповнив теорію будови атома Е. Резерфорда й запропонував сучасну квантово-механічну модель будови атома.

ІЗ ЧОГО СКЛАДАЄТЬСЯ АТОМ?

• Атом — електронейтральна частинка, яка складається з позитивно зарядженого ядра й негативно заряджених електронів, розташованих навколо ядра.

Атом — дуже маленька частинка речовини. Розміри атома — близько 10^-10м.

В атомі виділяють ядро й електрони, які розташовані навколо ядра. Електрони позначають e^-. Ядро складається з протонів — їх позначають літерою р і нейтронів — n.

Частинки, з яких складається атом, мають певні характеристики. Вони зазначені в таблиці 2.

Таблиця 2

Характеристика частинок, які входять до складу атома

Частинка	Заряд (умовний)	Маса
Частинка	Заряд (умовний)	кг	а.о.м.
Протон p	+1	1,67 · 10^-27	1,00728 ≈ 1
Нейтрон n	0	1,67 · 10^-27	1,00867 ≈ 1
Електрон e^-	-1	9,11 · 10^-31	0,000549 ≈ 0

— Як же запам'ятати? От. Протон — заряд «плюс». Усе на літеру П. Нейтрон, зрозуміла справа, нейтральний. Електрон записують як е^- з мінусом угорі — заряд «мінус».

— А маса?

— Так із масою взагалі легко: дивися, ті частинки, які входять до складу ядра, мають масу.

• Частинки, які входять до складу ядра, — протони й нейтрони, — називають нуклонами.

Одне зі значень слова nucleus — ядро.

Майже вся маса атома зосереджена в його ядрі, тому що маса електрона майже в 1850 разів менше від маси протона й нейтрона й у розрахунках рідко враховується. При цьому ядро займає досить незначну частину атома. Його розмір приблизно в 100 000 разів менше умовного розміру атома.

— А я вірші придумав: протони й нейтрони називаються нуклони!

ДІЗНАЙТЕСЯ БІЛЬШЕ

Для опису розмірів молекул, атомів, ядер використовують спеціальні одиниці вимірювання довжини: нанометри — 10^-9 м, ангстреми — 10^-10 м, пікометри — 10^-12 м, фемтометри — 10^-15 м.

Уся маса атома зосереджена в незначному об'ємі. Отже, ядро має фантастично велику густину — близько 10¹³-10¹⁴ г/см³. Сірникова коробка, наповнена речовиною такої густини, важила би 2,5 мільярда тонн!

Зверніть увагу, що масу атома складають в основному протони й нейтрони. Тому їх суму (нуклонне число) називають іще масовим числом.

Якщо ми позначимо масове (нуклонне) число літерою А, число протонів — Z, а число нейтронів — N, то можна записати так:

A = Z + N.

ЯК ПОРАХУВАТИ КІЛЬКІСТЬ ЧАСТИНОК В АТОМІ?

— Виникає питання: скільки протонів, нейтронів і електронів в атомі певного елемента?

— Я можу запропонувати варіанти відповідей:

1. У всіх атомів одне й те саме число частинок.

2. Не можна визначити.

3. Ще не порахували.

4. Скільки завгодно.

— Всі відповіді неправильні! Для того щоби відповісти правильно, прочитай іще раз визначення атома, власне тільки початок: «Атом — електронейтральна частинка...» Але ж у атомі є позитивно й негативно заряджені частинки! Отже...

— Зараз я сам подумаю... нейтрони нейтральні, їх не беруть до уваги... ...Заряджених частинок має бути нарівно... От: число протонів має дорівнювати числу електронів!

— Правильно!

Дійсно, кількість електронів (негативно заряджених частинок) має дорівнювати кількості протонів (позитивно заряджених частинок). Але як визначити, скільки їх у атомі конкретного елемента? І тут нам стане в нагоді Періодична система Д. І. Менделєєва.

Виявляється, кількість протонів і, відповідно, електронів дорівнює порядковому номеру елемента.

Кількість р = кількість е = N_{порядк.}

— Спробуй визначити число протонів і електронів у атомі Оксигену.

— Елементарно, по 8.

— А в атомі Арсену?

— 33 протони й 33 електрони.

— У ядрі атома елемента 9 протонів. Що це за елемент?

— Флуор.

— Молодець!

• Число протонів (протонне число) визначає заряд ядра атома.

Приклад

Поставимо запитання, наприклад, так: визначте заряд ядра атома Нітрогену.

Відповідь: +7, тому що в ядрі 7 протонів.

Або так поставимо питання: Заряд ядра атома Хлору дорівнює +17. Скільки протонів у ядрі цього елемента? Звичайно, теж 17.

Завдання

Скільки протонів у ядрі атома Сульфуру? Який у нього заряд ядра? Назвіть протонне число атома Сульфуру.

Ми ще не вміємо рахувати число нейтронів. Давайте повернемося трохи назад і повторимо, чому дорівнює нуклонне число: A = Z + N.

Напевно, ви вже здогадалися, що число нейтронів у атомі дорівнює N = A - Z.

— Я зрозумів: щоби визначити число нейтронів, треба від маси відняти порядковий номер!

— Сказано, звичайно, жахливо, але десь так...

Приклад

Скільки протонів і нейтронів міститься в ядрі атома Оксигену? В ядрі атома Стронцію?

Пояснення до розв'язання:

відносна атомна маса Оксигену: 16;
протонів: 8 (згідно з порядковим номером елемента);
нейтронів: 16 - 8 = 8;
стислий запис складу ядра: (8р, 8n).

У ядрі атома Стронцію з відносною атомною масою 88 міститься 38 протонів (такий у Стронцію порядковий номер) і 88 - 38 = 50 нейтронів, стислий запис складу ядра: (38р, 50n).

Робимо висновок:

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

1. Яких учених, що вивчали атом, ви знаєте? Розкажіть про їхні роботи.
2. На деяких малюнках ядро займає майже половину об'єму атома? Чи відповідає це дійсності? Відповідь обґрунтуйте.
3. Яку масу мають протони? нейтрони? електрони?
4. Які частинки не мають заряду? мають позитивний заряд? негативний заряд?
5. Як визначити число протонів у атомі елемента? число електронів? число нейтронів?
6. Дайте визначення протонному й нуклонному числу.
7. Чому дорівнює заряд ядра?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. Визначте число електронів у атомах Натрію, Ванадію, Арсену, Криптону.

2. Протонні числа атомів елементів дорівнюють: