Строение атома и изотопы

Современные представления о строении атома.

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА.

Лекция №2.

ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА,

В 1911 г. известный английский ученый Эрнест Резерфорд предложил планетарную модель строения атома. Со­гласно этой модели атом состоит из положительно заряжен­ного ядра, очень малого по размерам. В ядре сосредоточена почти вся масса атома. Вокруг ядра движутся электроны, которые образуют электронную оболочку атома. Размер все­го атома около 10^-10 м, ядра — порядка 10^-15 м, т. е. по размеру ядро примерно в 100 000 раз меньше самого атома.

Поскольку атом в целом электрически нейтрален, сум­марный заряд электронов должен быть равен заряду ядра. Дальнейшие исследования показали, что положительный заряд ядра атома численно равен порядковому (атом­ному) номеру элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.

Таким образом, порядковый номер элемента указы­вает число положительных зарядов ядра атома, а так­же число движущихся в поле ядра электронов. В этом физический смысл порядкового номера.

В 1932 г. Д.Д. Иваненко (СССР) и В. Гейзенберг (Гер­мания) независимо друг от друга предложили протонно-нейтронную теорию строения ядер атомов. Согласно этой теории, ядра атомов состоят из положительно заряжен­ных частиц — протонов и нейтральных частиц — нейтро­нов. Протоны и нейтроны называются нуклонами (от ла­тинского слова «nucleus» - ядро).

Электроны, протоны и нейтроны являются элементар­ными частицами, из которых состоит атом (табл. 2).

Таблица 2 Характеристика элементарных частиц

Частица	Обозначение (символ)	Заряд	Абсолютная масса, кг	Относительная масса, а.е.м.
Электрон Протон Нейтрон	е	-1 +1	9,11∙10-31 1,6726∙10-27 1,6750∙10-27	1/1840 1,007≈1 1,009≈1

Заряд ядра (в условных единицах) равен числу прото­нов, потому что каждый протон имеет заряд +1.

Порядковый	Заряд	Число	Число
номер =	ядра =	протонов	= электронов
элемента	атома	в ядре	в атоме

Порядковый номер элемента, заряд атома и число протонов в ядре обозначаются буквой Z.

Число нуклонов (сумма числа протонов и нейтронов) называются массовым числом атома и обозначается бук­вой А:

A=Z + N (N — число нейтронов)

Массовое число приблизительно равно массе атома в атомных единицах массы, потому что масса электронов очень малая величина.

Порядковый номер (заряд ядра или число протонов) записывают слева от символа элемента внизу, а массовое число — слева вверху.

Например: A=27; Z=13

Атомы одного элемента, которые имеют разные массовые числа называются изотопами.

Атомы изотопов одного элемента имеют одинаковое число протонов и отличаются друг от друга числом ней­тронов.

Например, элемент водород имеет три изотопа:

(Д) (T)

(протий) (дейтерий) (тритий)

1 протон 1 протон 1 протон

нейтронов нет 1 нейтрон 2 нейтрона

В природе разные элементы имеют разное число изо­топов, и содержание каждого изотопа (в %) различно.

Относительная атомная масса А_г, которая указана в периодической системе, — это средняя величина массо­вых чисел природных изотопов этого элемента с учетом процентного содержания каждого изотопа.

Например, в природе все атомы хлора представляют со­бой два вида изотопов: ³⁵С1 (процентное содержание 75,5%) и ³⁷С1 (24,5%). Относительная атомная масса хлора

(Cl)== 35,453≈35,5

Химические свойства всех изотопов одного элемента одинаковы. Следовательно, химические свойства элемен­та зависят не от атомной массы", а от заряда ядра.

Поэтому современная формулировка периодического закона читается так:

О Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра ато­ма или порядкового номера элемента.

Формулировка периодического закона Д.И. Менделее­вым и современная формулировка не противоречат друг другу, потому что для большинства элементов при увели­чении заряда ядра относительная атомная масса тоже увеличивается. Существуют лишь немногие исключения из этого правила. Например, элемент № 18 аргон Аr име­ет большую атомную массу, чем элемент №19 калий К.