3. Строение атома. Периодический закон. Периодическая система элементов д.И. Менделеева

3.1. Элементарные частицы. Модель атома

В состав атома входит более 200 элементарных частиц, наиболее важными из них являются протон, нейтрон и электрон. Их характеристика дана в табл. 2.

Таблица 2

Характеристика некоторых элементарных частиц

Название частицы	Обозначение	Ar	Заряд
Протон	р	1	1+
Нейтрон	n	1	0
Электрон	ē	1/1840	1-

A_r (относительная атомная единица массы, сокращенно а.е.м.) величина, равная 1/12 массы изотопа углерода – 12 ¹²₆С.

По современным представлениям модель атома имеет планетарное строение: в центре атома расположено положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Вокруг ядра располагаются отрицательно заряженные электроны, образуя электронную оболочку.

Атом в целом нейтрален: число протонов в ядре равно числу электронов в электронной оболочке атома. Вся масса сосредоточена в ядре, которое имеет очень малые размеры по сравнению с размерами атома.

3.2. Строение ядра атома. Изотопы

В состав ядра входят протоны и нейтроны, которые в настоящее время рассматриваются как различные состояния единой ядерной частицы – нуклона («nukleus» в переводе с латинского означает ядро). Протоны определяют положительный заряд ядра, их число равно порядковому номеру элемента в периодической системе. Так как атом нейтрален, число протонов равно числу электронов. Порядковый номер элемента обозначается буквой Z. Он показывает число протонов в ядре и число электронов в электронной оболочке атома.

Сумма протонов и нейтронов определяет атомную массу элемента А_r. Число нейтронов обозначается N и находится по разности между атомной массой и числом протонов:

А_r = Z + N,

где Z –заряд атома, число протонов, число электронов;

N – число нейтронов;

А_r – атомная масса.

Пример. У элемента Zn порядковый номер равен 30, атомная масса 65.

А_r = 65; Z = 30 р; N = 65 – 30 = 35 n.

Число электронов равно 30.

ЯДРО является главной характеристикой элемента, поэтому понятие «химический элемент» вытекает из состава ядра.

ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ – вид атомов, обладающий определенным зарядом ядра.

Например, в ядре атома водорода один протон. Появление в ядре ещё одного протона приводит к образованию нового элемента гелия.

В химических реакциях состав ядра не изменяется, а происходит изменение состава веществ, в которых химические элементы переходят из одного вещества в другое. Например, в реакции между водородом и кислородом образуется вода:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

Ядра водорода и кислорода не изменились, происходит лишь изменение структуры внешнего слоя электронных оболочек атомов. Крайне важно уметь определять свойства элемента и его соединений по строению электронных оболочек атомов.

Химический элемент образует простые и сложные вещества. Так, элемент натрий образует простое вещество – металл натрий - и сложные вещества (хлорид натрия NaCl, гидроксид натрия NaOH и др.).

Ядра одного и того же химического элемента могут отличаться атомной массой, т.е. числом нейтронов в ядре. Такие разновидности элемента называются изотопами. Изотопы отличаются физическими и химическими свойствами.

ИЗОТОПЫ – атомы одного химического элемента, имеющие одинаковый заряд, но разную массу.

Пример. Изотопы водорода.

¹₁ Н – протий, имеет один протон в ядре (1р), А_r = 1. Нейтронов нет.

²₁ Н – дейтерий, имеет 1р, 1 нейтрон (1n), А_r = 2.

³₁ Н – тритий, имеет 1p, 2n, А_r = 3.

Дейтерий и тритий являются тяжелыми изотопами. Вода, содержащая эти изотопы, называется «тяжёлая вода». Она используется в ядерных реакторах как замедлитель нейтронов.

Дробные значения атомных масс объясняются существованием изотопов в природе.