Строение атомов

Некоторые сведения об атомарном стро­ении вещества Вы уже получили при изу­чении физики и химии. Древнегреческий философ Левкипп (500 – 440 годы до нашей эры) ут­верждал, что материальный мир состоит из мельчайших частиц и пустот, то есть все ве­щества не являются сплошными. Демокрит (460 – 370 годы до нашей эры) назвал мельчайшие частицы вещества атомами, что в переводе с греческого означает «неделимые». Он считал, что атомы различных веществ име­ют различные размеры и форму, различные свойства и непрерывно движутся. Однако его теория была лишь гипотезой, поскольку на то время не могла быть подтверждена опытами.

Только в 1897 – 1898 годах было установле­но, что атомы не только не являются не­делимыми, но и имеют сложное строение. В начале XX века английский физик Эрнест Резерфорд с сотрудниками провел ряд опы­тов по рассеиванию положительно заря­женных частиц при их прохождении через очень тонкую золотую фольгу (рис.4.3). Как выяснилось, подавляющее большинст­во частиц проходят через фольгу, не меняя направления своего движения, некоторые отклоняются на определенные углы от прежнего направления, а очень небольшое количество частиц даже изменяли направление своего движения на противополож­ное.

Рис.4.3

Тщательный анализ дал возможность Резерфорду сделать такой вывод: в центре атома находится достаточно тяжелая части­ца, имеющая положительный заряд – ядро атома.

На значительном расстоянии от ядра (сравнительно с его размерами) движутся по определенным орбитам электроны.

Чтобы представить, сколько «пустого» места в атоме, можно воспользоваться та­ким сравнением. Если атом увеличить так, чтобы его ядро имело диаметр 15 – 20 мм, то расстояние от ядра до ближайших элек­тронов будет равно километру.

Как выяснилось, ядро атома имеет по­ложительный заряд, а сами атомы вещества в нормальном состоянии являются нейт­ральными. Это означает, что суммарный за­ряд всех электронов атома равен заряду яд­ра. Предложенная Резерфордом модель ато­ма называется ядерной моделью.

Электроны в атомах движутся вокруг яд­ра вследствие действия электрических сил: отрицательно заряженные электроны при­тягиваются к положительно заряженным ядрам.

Это немного напоминает движение пла­нет Солнечной системы вокруг Солнца. Однако природа сил притяжения в послед­нем случае совсем другая – там действуют гравитационные силы, которые гораздо слабее электрических.

Атомы различных химических элементов отличаются зарядом ядра, а в обычном со­стоянии и количеством электронов. Позд­нее было установлено, что ядра атомов то­же имеют сложное строение: в их состав входят положительно заряженные части­цы – протоны и незаряженные частицы – нейтроны. Заряд протона по значению равен заряду электрона, но протон имеет массу в 1840 раз большую, чем масса элек­трона, а масса нейтрона несколько больше массы протона.

На рис. 4.4 показаны схемы строения атомов обычного водорода – протия (а), гелия (б) и лития (в). Протоны в ядрах атомов отмечены кружочками, имеющими знак «+».

а б в

Рис.4.4

Но существуют такие атомы, которые имеют одинаковое количество протонов в ядре, вокруг ядер движется одинаковое ко­личество электронов, однако в состав ядра входит различное количество нейтронов. Эти атомы называются изотопами. Напри­мер, известны 3 изотопа водорода: ядро атома обычного водорода состоит только из одного протона; ядро атома тяжелого во­дорода – дейтерия состоит из одного про­тона и одного нейтрона; а ядро атома сверхтяжелого водорода – трития из од­ного протона и двух нейтронов. Изотопы одного и того же химического элемента имеют различные свойства.

Как вы уже знаете, в обычных условиях атом электрически нейтрален. Но если та­кой атом потеряет один или несколько электронов, то он уже будет иметь избы­точный положительный заряд (не скомпенсированный заряд ядра). Такой атом будет называться положительным ионом (катио­ном). Если же нейтральный атом присо­единяет лишние электроны, то он называ­ется отрицательным ионом (анионом).

Ионы могут образовываться и при распаде молекул некоторых веществ. Так, при растворении молекул поваренной соли в воде часть ее молекул распадается на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора.

При взаимодействии такие ионы могут объединяться в нейтральные молекулы.

Таблица 4.2

№ п/п	Вопрос, задание	Номер правильного ответа
1	Что находится в центре атома вещества?
2	Какой заряд имеет ядро атома?
3	Какими являются атомы с точки зрения их зарядов в нормальном состоянии?
4	Чему равен заряд всех электронов атома в нормальном состоянии?
5	Что входит в состав ядра атома?
6	Как называются атомы, которые для одного и того же вещества имеют одинаковое количество протонов и одинаковое количество электронов, но в состав ядра входят разные количества нейтронов?
7	Как называется атом, потерявший один или несколько электронов?
8	Как называется атом, присоединивший лишние электроны?

нечёт. – чёт. = –9.

Таблица 4.2а

Номер правильного ответа	Правильный ответ
	Протоны и нейтроны.
	Положительным ионом (катионом).
	Заряду ядра.
	Положительный.
	Ядро.
	Нейтральными.
	Отрицательным ионом (анионом).
	Изотопами.