Хімія. Повторне видання. 8 клас. Попель

§ 4. Склад атомів

Матеріал параграфа допоможе вам:

• з’ясувати склад атомів та їхніх ядер;
• визначати кількість протонів, нейтронів, електронів в атомі.

Складники атома. Уявлення давніх філософів про атом як найдрібнішу однорідну й неподільну частинку речовини не змінювалися протягом століть. Однак наприкінці ХІХ ст. і в першій третині ХХ ст. учені виявили, що в атомі містяться ще дрібніші частинки.

Із курсу хімії 7 класу вам відомо, що атом є найменшою електронейтральною частинкою речовини, яка складається із позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів, що рухаються навколо нього (мал. 8).

Мал. 8. Модель атома Гідрогену

Ви також знаєте, що величина заряду ядра і кількість електронів в атомі збігаються із порядковим (атомним) номером елемента. Ядро в десятки тисяч разів менше за атом, однак у ньому зосереджена майже вся маса атома.

• Укажіть заряди ядер і кількість електронів в атомах Гідрогену і Карбону.

Дослідження будови атома показали, що в його ядрі містяться протони¹ і нейтрони². Загальна назва цих частинок — нуклони³.

¹ Термін походить від грецького слова prötos — перший, найпростіший.

² Термін походить від латинського слова neutrum — ні те, ні інше.

³ Термін походить від латинського слова nucleus — ядро.

Протон має такий самий за значенням заряд, як і електрон, але позитивний: +1. Кількість протонів визначає заряд ядра атома і збігається з кількістю електронів. Нейтрон — незаряджена частинка. Протон позначають р⁺, а нейтрон — n⁰.

Отже, в атомі співіснують частинки трьох типів — із позитивним, негативним зарядами, а також ті, що не мають заряду (схема 1).

Електрони притягуються до атомного ядра так званими електростатичними силами, однак не падають на ядро, оскільки рухаються з високою швидкістю. Протони і нейтрони утримуються разом у ядрі завдяки дії особливих, «ядерних», сил. Природу цих сил остаточно ще не з’ясовано.

Схема 1

Складники атома

Для характеристики частинок, що містяться в атомах, як і для самих атомів, використовують не абсолютні, а відносні маси. Маси протона і нейтрона приблизно однакові й майже у 2000 разів більші за масу електрона. Значення відносних мас протона і нейтрона дорівнюють одиниці.

Протонне і нуклонне числа. Кількість протонів в атомі називають протонним числом. Його вказують нижнім індексом зліва від символу елемента: ₄Ве.

• Які значення протонних чисел мають елементи Флуор і Натрій?

Зважаючи на будову атома, можна дати таке означення хімічного елемента:

хімічний елемент — вид атомів із певним протонним числом.

Сумарну кількість протонів і нейтронів в атомі називають нуклонним числом. Його позначають літерою А

А = N(p⁺) + N(n⁰),

а значення вказують верхнім індексом зліва від символу елемента: ⁹Ве.

Кількість нейтронів дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами. Цих частинок в атомі Берилію налічується 9 - 4 = 5 (мал. 9).

Мал. 9. Модель атома Берилію

• Визначте кількості нейтронів в атомах Флуору і Натрію.

Берилій, Флуор і Натрій належать до двадцяти хімічних елементів, у кожного з яких усі атоми однакові за складом і мають однакові нуклонні числа (вони майже збігаються з відносними атомними масами):

Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Au, Bi.

В атомах будь-якого іншого елемента містяться різні кількості нейтронів; ці атоми різняться за нуклонними числами, а отже, й за масою.

Підсумуємо викладене вище і запишемо відповідні математичні вирази.

• Оскільки атом є електронейтральним, він містить однакову кількість протонів і електронів, що дорівнює порядковому номеру хімічного елемента:

• Кількість нейтронів у будь-якому атомі становить різницю між нуклонним числом і кількістю протонів (чи електронів) або порядковим номером елемента:

• Кількість нейтронів в атомах двадцяти елементів, указаних вище, можна обчислити, використавши значення відносних атомних мас:

Для 20 елементів A ≈ A_r

ВИСНОВКИ

Атом складається з ядра і електронів. Ядро має позитивний заряд; у ньому містяться протони та нейтрони і зосереджена майже вся маса атома. Кількість протонів та електронів в атомі однакова і збігається з порядковим номером елемента. Кількість нейтронів в атомі дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами.

20. Назвіть частинки, які містяться в атомі. Чим вони різняться? Який склад атомного ядра?

21. Яких частинок у будь-якому атомі однакова кількість?

22. Чи існують атоми, в яких немає:

• а) протонів;
• б) електронів;
• в) нейтронів?

23. Запишіть символи елементів Мангану, Ауруму і Бісмуту разом із відповідними протонними і нуклонними числами.

24. Назвіть хімічний елемент, атом якого має найбільшу кількість електронів: Si, В, N, Cl.

25. Укажіть у переліку хімічний елемент, в атомі якого міститься найменша кількість протонів: C, Mg, K, Ar.

26. Заповніть порожні клітинки в таблиці:

Хімічний елемент				Кількість частинок в атомі
назва	символ	протонне число	нуклонне число	протони	електрони	нейтрони
Цезій
					13
		27

27. Укажіть хімічний елемент, атом якого має найбільшу кількість нейтронів: Sc, As, Mn.

28. В атомі якого хімічного елемента містяться 24 нейтрони і 42 інші частинки?

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Ізотопи

Ядра атомів хімічного елемента містять однакову кількість протонів, але можуть різнитися за кількістю нейтронів¹. Такі види атомів елемента називають ізотопами.

У природі найбільше атомів Гідрогену, ядра яких складаються лише з однієї частинки — протона. Разом із кількома тисячами таких атомів трапляється атом, у ядрі якого міститься ще й нейтрон. Фізики, здійснивши у 1934 р. складний експеримент, отримали атоми елемента № 1 із двома нейтронами в ядрі. Отже, Гідроген має три ізотопи — два природних і один штучний (мал. 10). Нуклонні числа для цих ізотопів — 1, 2 і 3, а назви — Протій, Дейтерій і Тритій².

Мал. 10. Моделі ізотопів Гідрогену

Ізотопи позначають за допомогою символів або назв елементів разом із нуклонними числами: ¹Н, ²Н, ³Н, Хлор-35, Хлор-37. Використовують також повні позначення ізотопів: ¹₁Н, ²₁Н, ³₁Н, ³⁵₁₇СІ, ³⁷₁₇Cl.

Якщо хімічний елемент має кілька ізотопів, то його відносну атомну масу обчислюють з урахуванням вмісту кожного ізотопу в їх природній суміші. Наприклад, атомів ³⁵Cl серед усіх атомів Хлору — 75,53 %, а ³⁷Cl — 24,47 %. Значення відносної атомної маси цього елемента отримують так:

A_r(Cl) = 0,7553 • 35 + 0,2447 • 37 ≈ 35,5.

Деякі ізотопи хімічних елементів використовують у наукових дослідженнях, медицині, атомній енергетиці.

¹ Кожний із двадцяти елементів, зазначених у § 4, має однакові за складом атоми.

² Ізотопи інших елементів називають так, як і відповідні елементи.