Краткий курс лекций

1. СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Лекция №1 Модели строения атомов и их свойства

Цель: Сформировать у студентов понятие об атомной модели. Познакомить их с исторически имеющимися моделями.

1.1. Общие положения

Согласно современным представлениям, атом – это наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств. Атом электрически нейтрален и состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые движутся определённым образом вокруг ядра. Ядро атома, не изменяющееся в ходе химических реакций, составляет его фундаментальную основу и определяет индивидуальность элемента. Поэтому значение заряда ядра выбрали за основной признак, по которому атомы относят к разным видам – химическим элементам. Ядра атомов включают два вида элементарных частиц: протоны и нейтроны. Основные характеристики электрона, протона и нейтрона приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Сведения о некоторых элементарных частицах.

Частица	Символ					Масса				Заряд
				кг			а.е.м.			Кл.			Усл.ед.
протон	p			1, 673 10-27			1, 007276			1, 602 10-19			+1
нейтрон			n	1, 675 10-27			1, 008665	0			0
электрон	e			9, 109 10-31			0, 000547			1, 602 10-19			-1

Каждый протон несёт положительный заряд, численно равный заряду электрона. Нейтрон же не несёт никакого электрического заряда. Отсюда следует вывод: заряд ядра определяется числом протонов. Количество протонов в ядре атома совпадает с порядковым номером элемента (Z) в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Как видно из данных табл. 1.1, масса электрона почти в 1840 раз меньше массы протона и нейтрона. В ядре сосредоточено 99,9% массы атома, поэтому масса атома практически равна массе ядра – сумме масс протонов и нейтронов. Общее число протонов (Z) и нейтронов (N) в ядре называется массовым числом A:

A=Z+N. Поскольку массы протона и нейтрона практически равны 1а.е.м., то масса атома в а.е.м., как и относительная атомная масса, численно совпадает со значением массового числа А.

Силы, удерживающие протоны и нейтроны в ядре, называют ядерными. Это чрезвычайно большие силы, действующие на очень коротких расстояниях (порядка 10^-13 см) и превосходящие силы отталкивания. Природу этих сил изучает ядерная физика.

Исследования показали, что в природе атомы одного и того же элемента имеют различные атомные массы. Так, атомы хлора имеют массу 35 и 37. Ядра этих атомов содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Атомы с одинаковым числом протонов, но с различным числом нейтронов называются изотопами. Для обозначения изотопов пользуются обычными символами соответствующих элементов, добавив к ним слева вверху индекс, указывающий массовое число изотопа, внизу – индекс, указывающий количество протонов, равное порядковому номеру (Z) элемента ( ).

В периодической таблице элементов Д.И. Менделеева приводятся усреднённые значения относительных атомных масс с учётом распространённости различных изотопов в природе. Атомы с различным числом протонов Z и нейтронов N, но с одинаковым числом нуклонов (Z+N) называются изобарами, а с одинаковым числом нейтронов (N) – изотонами. Примеры изобаров и изотонов: Изобары Изотоны Поскольку атом в целом является электронейтральным, а заряд электрона численно равен заряду протона и противоположен ему по знаку, то общее число электронов в атоме равно числу протонов и, следовательно, равно порядковому номеру элемента в периодической системе элементов.