3.2: Атомна теорія
- Page ID
- 22519
- 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:
- Вся матерія складається з атомів.
- Атоми одного елемента однакові; атоми різних елементів різні.
- 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.
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\(\PageIndex{1}\)).

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.
- Найбільш поширені атоми вуглецю мають в своїх ядрах шість протонів і шість нейтронів. Що таке атомний номер і масове число цих атомів вуглецю?
- Ізотоп урану має атомний номер 92 і масове число 235. Яке число протонів і нейтронів в ядрі цього атома?
Рішення
- 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.
- 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.
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.
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.

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