Вещества атомного строения. Основные сведения о стороении атома. Атомное ядро

Основной структурной единицей веществ атомного строения является атом.

Атом – мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.

Электронная оболочка – совокупность движущихся вокруг ядра электронов.

Электрон – одна из элементарных частиц материи, обладающая массой покоя и элементарным отрицательным зарядом.

Атомное ядро – центральная, положительно заряженная, сложно организованная часть атома, состоящая из нуклонов, связанных между собой ядерными силами.

Нуклоны – общее название двух типов частиц, протонов и нейтронов.

С точки зрения атомной физики протон и нейтрон являются двумя состояниями одной и той же частицы – нуклона.

Нуклон – структурная единица ядра атома, которая может находиться в двух состояниях, протона и нейтрона.

Основные характеристики некоторых субатомных частиц

Ряд важных правил:

1. Заряд ядра атома соответствует атомному номеру элемента в периодической системе (Z).

1. Заряд ядра определяется числом протонов, следовательно:

N(¹₁p) = Z

1. Так как атом - электронейтральная частица, то:

N(e^-) = N(¹₁p) = Z

1. Массовое число – сумма числа протонов и нейтронов в ядре данного атома.

А = N(¹₁p) + N(¹₀n)

А = Z + N (здесь N = N(¹₀n))

1. Массовое число атома примерно равно округлённой до целой величины относительной атомной массе.

1. Для расчета числа нейтронов в ядре:

N = A – Z

Атомы отличаются друг от друга размером, зарядом ядра и другими параметрами. Заряд ядра атома – это наиболее важная его характеристика.

Химический элемент – вид атомов, с определённым зарядом ядра.

Известно, что любой химический элемент в природе, представляет собой “смесь” атомов с одним и тем же зарядом ядра, но разным массовым числом.

Изотопы – атомы с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом, т.е разным числом нейтронов в ядре.

Содержание изотопов элемента Х в природе может быть оценено в массовых или мольных долях.

Доля – отношение части к целому.

Массовая доля – отношение массы части системы к массе системы. w = m(части) / m(системы)

w% = [m(части) / m(системы)] ∙ 100%

Изотопный состав элементов фактически постоянен для отдельной планеты.

К примеру изотопный состав водорода, как элемента на Земле следующий:

¹₁Н – протий 99,985%; ²₁Н – дейтерий 0,015%; ³₁Н – тритий ^*

Тритий – радиоактивен, в природе не встречается* (получен искусственным путём).

Важной характеристикой отдельно взятого атома является его масса. Масса атома складывается из масс входящих в его состав протонов, нейтронов и электронов с учётом дефекта массы.

(* если и встречается, то в незначительных количествах).

Дефект массы атома – потеря в массе атомом при его образовании из отдельных протонов, нейтронов и электронов.

Δm = ΔE / c²

Δm – изменение массы (кг);

ΔЕ – изменение энергии (Дж);

с – скорость света в вакууме (3∙10⁸ м/с).

Абсолютная масса атома – масса атома, выраженная в кг.

m_a(ⁱX) = x (кг), где i – массовое число атома

Примеры:

m_a(¹²C) = 19,9272∙10^-27 (кг)

m_a(¹H) = 1.66∙10^-27 (кг)

m_a(¹⁶O) = 2.66∙10^-26 (кг)

Понятно, что величина абсолютной массы атома незначительна. И, скажем, в 16-17 веке экспериментально её измерить было невозможно. Но для химика важно проводить расчеты.

Первым учёным, решившим эту проблему, был Джон Дальтон, он предложил ввести величину относительной атомной массы (А_r). Относительной она называется потому, что вычисляется по отношению к массе произвольно выбранного эталона. Дальтон выбрал за эталон массу самого лёгкого атома- атома водорода и, принял её равной 1.

A_r(H) = 1

Относительные атомные массы известных на то время элементов рассчитывались Дальтоном на основе открытым им закона кратных отношений.

В настоящее время за эталон выбрана 1/12 часть абсолютной массы нуклида ¹²С.

Атомная единица массы (а.е.м.) – 1/12 m_a(¹²C)

а.е.м. = m_a(¹²C) / 12 = 19,9272∙10^{-27 кг / 12 = 1,66∙10-27}кг = 1,66∙10^-24г

Относительная атомная масса – безразмерная величина, равная отношению абсолютной массы данного атома к 1/12 части массы атома изотопа ¹²C, иначе – это величина, показывающая во сколько раз масса данного атома больше массы 1/12 массы атома углерода изотопа ¹²C.

A_r(ⁱX) = m_a(ⁱX) / а.е.м.

Понятие относительной атомной массы, не следует путать с понятием относительной атомной массы химического элемента Х. Разберёмся, в чём здесь дело. Мы знаем, что химический элемент в природе представляет собой смесь изотопов с различной массовой долей. Ввиду этого, если говорят о массе атома элемента Х, то подразумевают, что это величина средняя!

Средняя абсолютная масса атома элемента – масса атома элемента Х, выраженная в кг, вычисленная с учётом его изотопного состава.

m_a(X) = ∑ w∙m_a(ⁱX)

Относительная атомная масса элемента – безразмерная величина, равная отношению средней абсолютной массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода изотопа ¹²С, или - величина показывающая во сколько раз средняя масса атома элемента, найденная с учетом природного изотопного состава, больше 1/12 массы атома углерода изотопа ¹²С.

A_r(X) = m_a(X) / а.е.м.

A_r(X) = ∑ w∙m_a(ⁱX) / а.е.м.

Относительная атомная масса элемента – величина средняя!

Для решения расчетных задач важна следующая формула:

A_r(X) = ∑ w∙A_r(ⁱX)

Пример:

В природных соединениях хлор находится в виде изотопов ³⁵Cl (75,5% масс.) и ³⁷Cl (24,5% масс.). Вычислите среднюю атомную массу природного хлора.

Дано:

w%(³⁵Cl) = 75,5%

w%(³⁷Cl) = 24,5%

Найти:

A_r(Cl) -?

Решение:

A_r(Cl) = w(³⁵Cl)∙A_r(³⁵Cl) + w(³⁷Cl)∙A_r(³⁷Cl)

A_r(Cl) = 0,755∙35 + 0,245∙37 = 35,5

Ответ:

A_r(Cl) = 35,5

Поиск по сайту: