Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель
§ 25. Склад атомів
Уявлення давніх філософів про атом як найменшу, однорідну й неподільну частинку речовини не змінювалися протягом багатьох століть. Таким сприймали атом і дослідники, закладаючи основи хімічної науки. Вони вважали атоми монолітними невидимими частинками, які не можна зруйнувати. Наприкінці XIX ст. і в першій третині XX ст. під час складних фізичних експериментів було встановлено, що атом є сукупністю ще дрібніших частинок.
Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте
- Які моделі атома відображають його будову?
- Як визначають кількісний склад атома?
Еволюція моделей атома. У 1897 р. англійський фізик Джозеф-Джон Томсон відкрив електрон1. Маса електрона виявилася майже у 2000 разів меншою за масу найлегшого з атомів — атома Гідрогену. Заряд електрона становить -1 (в одиницях вимірювання заряду елементарних частинок).
1 Термін походить від грецького слова «електрон» — бурштин; під час тертя на поверхні бурштину виникають електричні заряди.
Оскільки атом електронейтральний, то в ньому, крім негативно заряджених електронів, має бути «щось» із позитивним зарядом. Узявши це до уваги, Томсон у 1904 р. припустив, що атом є суцільною однорідною субстанцією з позитивним зарядом, у якій розподілені електрони (мал. 65, а).
Мал. 65. Перші моделі атома: а — модель Томсона; б — модель Резерфорда
Відшукаймо
За матеріалами з інтернету з’ясуйте, яку назву отримала модель атома Томсона.
Англійський фізик Ернест Резерфорд, здійснивши низку дослідів, установив, що атом не є монолітним. У 1911 р. він запропонував іншу модель, згідно з якою в центрі атома перебуває позитивно заряджене ядро, а навколо ядра обертаються електрони (мал. 65, б)1. Оскільки така модель нагадувала Сонячну систему, її назвали планетарною (інша назва моделі — ядерна).
1 Цікаво, що фізик Е. Резерфорд став лауреатом Нобелівської премії з хімії (1908 р.).
Сумарний заряд електронів такий самий, що й заряд ядра. Радіус ядра в десятки тисяч разів менший від радіуса атома. Відоме таке порівняння: якщо атом збільшити до розмірів стадіону, то ядро за розмірами нагадуватиме зернину.
Електрони утримуються в атомі електростатичними силами; маючи негативний заряд, вони притягуються до позитивно зарядженого ядра. Проте електрони не падають на ядро, бо рухаються на певних відстанях від нього з високою швидкістю, не втрачаючи енергії. Таку гіпотезу висунув данський науковець Нільс Бор у 1913 р., удосконаливши планетарну модель атома.
У 1919 р. було відкрито протон2, а в 1932 р. — нейтрон3. Загальна назва протонів і нейтронів — нуклони4. Протон має заряд за значенням такий самий, як і заряд електрона, але позитивний, а нейтрон — незаряджена частинка. Тепер ми знаємо, що ці частинки є складниками ядер атомів (схема 3).
Схема 3
Складники атома
2 Термін походить від грецького слова «протос» — перший, найпростіший.
3 Термін походить від латинського слова neutrum — ні те, ні інше.
4 Термін походить від латинського слова nucleus — ядро.
Маси протона і нейтрона приблизно однакові й майже у дві тисячі разів перевищують масу електрона. Отже, у ядрі зосереджена практично вся маса атома.
Щодо протона, нейтрона та електрона, як і щодо самих атомів, використовують не абсолютні, а відносні маси (табл. 4).
Таблиця 4
Характеристики частинок — складників атома
|
Частинка |
Відносна маса* |
Електричний заряд |
|
|
назва |
позначення |
||
|
Протон |
р+ |
1,0073 |
+1 |
|
Нейтрон |
n0 |
1,0087 |
0 |
|
Електрон |
е- |
5,485 • 10-4 |
-1 |
Примітка. *Відношення маси частинки до 1/12 маси атома Карбону.
Протони і нейтрони сполучені між собою в ядрі атома особливими силами, природу яких остаточно з’ясувати ще не вдалося. Ці сили певною мірою нагадують гравітаційні, завдяки яким кожний предмет на Землі має певну вагу, тобто зазнає земного тяжіння.
Кількісний склад атомів. Оскільки атом електронейтральний, то кількість протонів у ньому дорівнює кількості електронів (мал. 66). Ця кількість збігається з порядковим номером хімічного елемента.
Мал. 66. Модель атома хімічного елемента № 4 Берилію
Думаймо
1. Укажіть кількість протонів та електронів в атомах Гідрогену і Карбону.
2. Модель атома якого хімічного елемента зображено на малюнку 65, б?
3. Назвіть хімічний елемент, атом якого має стільки електронів, скільки планет у Сонячній системі.
Кількість протонів в атомі називають протонним числом. Його вказують нижнім індексом зліва від символу елемента: 4Ве.
Думаймо
Назвіть значення протонних чисел атомів Флуору і Натрію.
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 (не плутайте з позначенням відносної атомної маси Аr):
А = Ν(p+) + Ν(n0).
Значення нуклонного числа записують верхнім індексом ліворуч від символу хімічного елемента: 9Ве.
Кількість нейтронів в атомі дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами.
Думаймо
Скільки нейтронів в атомі Берилію?
Берилій є серед двадцяти хімічних елементів, атоми кожного з яких мають однакові нуклонні числа (вони майже збігаються з відносними атомними масами):
Be, F, Na, Al, Р, Sc, Мn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Au, Bi.
В атомах будь-якого іншого елемента може бути різна кількість нейтронів; ці атоми різняться нуклонними числами, а отже, й масою.
Виконаймо вправу
Визначте кількості нейтронів в атомах Флуору і Натрію.
Підсумуємо все викладене і запишемо відповідні математичні вирази.
• Атом містить однакову кількість протонів і електронів, яка дорівнює порядковому номеру хімічного елемента:
• Кількість нейтронів у будь-якому атомі становить різницю між нуклонним числом і кількістю протонів (або електронів):
Думаймо
Запишіть формулу, за якою можна обчислити кількість нейтронів в атомі хімічного елемента з двадцяти зазначених вище, використавши його відносну атомну масу.
ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ
Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про моделі атома і склад атомів.
Думаймо
Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.
ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ
Перевірмо себе
1. Які частинки є складниками атомів? Чим вони різняться? Який склад атомного ядра?
2. Яких частинок у будь-якому атомі однакова кількість?
3. Чи існують атоми, у яких немає: а) протонів; б) електронів; в) нейтронів?
Виконаймо вправу
4. Заповніть порожні клітинки в таблиці:
|
Хімічний елемент |
Кількість в атомі |
|||||
|
назва |
символ |
протонне число |
нуклонне число |
протонів |
електронів |
нейтронів |
|
Цезій |
||||||
|
13 |
||||||
|
27 |
||||||
5. Запишіть символи елементів Мангану, Ауруму і Вісмуту разом із відповідними протонними та нуклонними числами.
Аналізуймо
6. Розмістіть символи хімічних елементів Si, В, N, Сl за збільшенням кількості електронів у їхніх атомах.
Поміркуймо
7. Укажіть у переліку хімічний елемент, в атомі якого міститься найменша кількість протонів: С, Mg, К, Ar.
8*. Укажіть у переліку хімічний елемент, атом якого має найбільшу кількість нейтронів: Sc, As, Μn.
9. Назвіть хімічний елемент, в атомі якого містяться 42 заряджені частинки.
Розв’язуймо задачу
10. Обчисліть кількість електронів, які містяться в маленькому шматочку графіту масою 12 мг.
Формуймо словничок
11. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.
Оцінюймо свої знання
12. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.
