Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.2: Атомна теорія

  • Page ID
    22519
    • Anonymous
    • LibreTexts
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Створіть сучасну атомну теорію.
    • Дізнайтеся, як будуються атоми.

    Найменший шматок елемента, який підтримує ідентичність цього елемента, називається атомом. Окремі атоми вкрай малі. Було б потрібно близько п'ятдесяти мільйонів атомів поспіль, щоб зробити лінію довжиною 1 см. Період в кінці друкованого речення має в ньому кілька мільйонів атомів. Атоми настільки малі, що важко повірити, що вся матерія зроблена з атомів, але це так.

    Концепція про те, що атоми відіграють фундаментальну роль в хімії, формалізована сучасною атомною теорією, вперше викладеною Джоном Далтоном, англійським вченим, в 1808 році. Він складається з трьох частин:

    1. Вся матерія складається з атомів.
    2. Атоми одного елемента однакові; атоми різних елементів різні.
    3. Атоми об'єднуються в співвідношеннях цілого числа, утворюючи сполуки.

    Ці поняття складають основу хімії. Хоча слово атом походить від грецького слова, що означає «неподільний», ми тепер розуміємо, що самі атоми складаються з менших частин, званих субатомними частинками. Першою частиною, яку потрібно було відкрити, був електрон, крихітна субатомна частка з негативним зарядом. Його часто представляють як e , а правий верхній індекс показує негативний заряд. Пізніше були виявлені дві більші частинки. Протон - більш масивна (але все ж крихітна) субатомна частка з позитивним зарядом, представлена у вигляді p +. Нейтрон - субатомна частка з приблизно такою ж масою, що і протон, але без заряду. Він представлений у вигляді n або n 0. Тепер ми знаємо, що всі атоми всіх елементів складаються з електронів, протонів і (за одним винятком) нейтронів. Таблиця\(\PageIndex{1}\) узагальнює властивості цих трьох субатомних частинок.

    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Властивості трьох субатомних частинок
    Ім'я Символ Маса (прибл.; кг) Заряджати
    Протон р + 1,6 × 10 −27 1+
    Нейтронний п, п 0 1,6 × 10 −27 жоден
    Електрон е 9,1 × 10 −31 1−

    Як влаштовані ці частинки в атомах? Вони не влаштовані навмання. Експерименти Ернеста Резерфорда в Англії в 1910-х роках вказували на ядерну модель з атомами, яка має протони і нейтрони в центральному ядрі з електронами на орбіті навколо ядра. Щодо масивні протони та нейтрони збираються в центрі атома, в області, яка називається ядром атома (множинні ядра). Електрони знаходяться поза ядром і проводять свій час на орбіті в просторі навколо ядра. (Малюнок\(\PageIndex{1}\)).

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Будова атома. Атоми мають протони і нейтрони в центрі, роблячи ядро, в той час як електрони обертаються навколо ядра.

    Сучасна атомна теорія стверджує, що атоми одного елемента однакові, в той час як атоми різних елементів різні. Що робить атоми різних елементів різними? Фундаментальною характеристикою, яку поділяють всі атоми одного елемента, є кількість протонів. Всі атоми водню мають один і тільки один протон в ядрі; всі атоми заліза мають 26 протонів в ядрі. Це число протонів настільки важливо для ідентичності атома, що його називають атомним номером. Кількість протонів в атомі - це атомний номер елемента. Таким чином, водень має атомний номер 1, тоді як залізо - атомний номер 26. Кожен елемент має свій характерний атомний номер.

    Однак атоми одного елемента можуть мати різну кількість нейтронів. Атоми одного елемента (тобто атоми з однаковою кількістю протонів) з різною кількістю нейтронів називаються ізотопами. Більшість природних елементів існують у вигляді ізотопів. Наприклад, більшість атомів водню мають в своєму ядрі один протон. Однак невелика кількість (приблизно один на мільйон) атомів водню мають в своїх ядрах протон і нейтрон. Цей особливий ізотоп водню називається дейтерієм. Дуже рідкісна форма водню має в ядрі один протон і два нейтрона; цей ізотоп водню називається тритієм. Сума кількості протонів і нейтронів в ядрі називається масовим числом ізотопу.

    Нейтральні атоми мають таку ж кількість електронів, як і протони, тому їх загальний заряд дорівнює нулю. Однак, як ми побачимо пізніше, так буде не завжди.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)
    1. Найбільш поширені атоми вуглецю мають в своїх ядрах шість протонів і шість нейтронів. Що таке атомний номер і масове число цих атомів вуглецю?
    2. Ізотоп урану має атомний номер 92 і масове число 235. Яке число протонів і нейтронів в ядрі цього атома?
    Рішення
    1. Якщо атом вуглецю має шість протонів у своєму ядрі, його атомний номер дорівнює 6. Якщо він також має шість нейтронів в ядрі, то масове число - 6 + 6, або 12.
    2. Якщо атомний номер урану дорівнює 92, то це кількість протонів в ядрі. Оскільки число маси становить 235, то кількість нейтронів в ядрі становить 235 − 92, або 143.
    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Кількість протонів в ядрі атома олова дорівнює 50, тоді як кількість нейтронів в ядрі - 68. Що таке атомний номер і масове число цього ізотопу?

    Відповідь

    Атомне число = 50, масове число = 118

    Посилаючись на атом, ми просто використовуємо назву елемента: термін натрій відноситься до елемента, а також атома натрію. Але можна непохитно використовувати назву елементів весь час. Натомість хімія визначає символ для кожного елемента. Атомний символ - це одно- або двобуквене подання імені елемента. За умовністю перша літера символу елемента завжди пишеться з великої літери, тоді як друга літера (якщо вона присутня) є малою. Таким чином, символ водню - Н, символ натрію - Na, а символ нікелю - Ni. Більшість символів походять від англійської назви елемента, хоча деякі символи походять від латинської назви елемента. (Символ натрію, Na, походить від його латинської назви - natrium.) У таблиці\(\PageIndex{2}\) наведено деякі загальні елементи та їх символи. Ви повинні запам'ятати символи в таблиці\(\PageIndex{2}\), оскільки саме так ми будемо представляти елементи по всій хімії.

    Таблиця\(\PageIndex{2}\): Назви та символи загальних елементів
    Назва елемента Символ Назва елемента Символ
    Алюміній Аль Меркурій Hg
    Аргон Ар Молібден Пн
    Миш'як Як Неонові Ne
    Барій Ба Нікель Ni
    Берилій Бути Азот П
    Вісмут Бі Кисень O
    Бор Б Паладій Pd
    Бром Br Фосфор Р
    Кальцій Ca Платина Пт
    Вуглець C Калій К
    хлор Cl Радій Ра
    Хром Cr Радон Rn
    Кобальт Co Рубідій Рб
    Мідь Cu Скандій Sc
    Фтор F Селен Се
    Галій Га Кремній СІ
    Германій Ге Сріблястий Ag
    Золотий Au Натрій Na
    Гелій Він Стронцій Sr
    Водень Ч Сірка S
    Йод Я Тантал Та
    Іридій Ір Олово Сн
    Залізо Fe Титан Ti
    Криптон Кр Вольфрам Ш
    Свинець Пб Уран У
    Літій Лі Xenon Xe
    Магній Мг Цинк Zn
    Марганець Мн Цирконій Зр

    Елементи згруповані між собою в спеціальну діаграму, яка називається періодичною таблицею всіх елементів. Проста періодична таблиця показана на малюнку\(\PageIndex{2}\), тоді як можна переглянути більш велику періодичну таблицю з іншого джерела. Елементи таблиці Менделєєва перераховані в порядку зростання атомного номера. Періодична таблиця має особливу форму, яка стане для нас важливою, якщо розглядати організацію електронів в атомах (Глава 8). Одне негайне використання таблиці Менделєєва допомагає нам ідентифікувати метали та неметали. Неметали знаходяться у верхньому правому куті таблиці Менделєєва, на одній стороні важкої лінії, що розділяє праву частину діаграми. Всі інші елементи - метали.

    Наведено періодичну таблицю з атомним номером, масою та символом кожного елемента.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Проста періодична таблиця

    Існує простий спосіб представляти ізотопи за допомогою атомних символів. Використовуємо конструкцію:

    \[\ce{_{Z}^{A}X}\nonumber \]

    де\(X\) - символ елемента,\(A\) - число маси, а\(Z\) - атомний номер. Таким чином, для ізотопу вуглецю, який має 6 протонів і 6 нейтронів, символом є:

    \[\ce{_{6}^{12}C}\nonumber \]

    де\(C\) - символ елемента, 6 представляє атомний номер, а 12 - число маси.

    Приклад\(\PageIndex{2}\)
    1. Що таке символ ізотопу урану, який має атомний номер 92 і масове число 235?
    2. Скільки протонів і нейтронів в\(\ce{_{26}^{56}Fe}\)
    Рішення
    1. Символом цього ізотопу є\(\ce{_{92}^{235}U}\)
    2. Цей атом заліза має 26 протонів і 56 − 26 = 30 нейтронів.
    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Скільки протонів в\(\ce{_{11}^{23} Na}\)

    Відповідь

    11 протонів

    Також прийнято вказувати масове число після назви елемента для позначення певного ізотопу. Вуглець-12 являє собою ізотоп вуглецю з 6 протонами і 6 нейтронами, тоді як уран-238 - ізотоп урану, який має 146 нейтронів.

    Ключові виноси

    • Хімія заснована на сучасній атомній теорії, яка стверджує, що вся матерія складається з атомів.
    • Самі атоми складаються з протонів, нейтронів і електронів.
    • Кожен елемент має свій атомний номер, який дорівнює кількості протонів в його ядрі.
    • Ізотопи елемента містять різну кількість нейтронів.
    • Елементи представлені атомним символом.
    • Періодична таблиця - це діаграма, яка впорядковує всі елементи.