Состав атомных ядер и атомов

Важнейшими элементарными частицами являются:

1) протон – частица, несущая единичный положительный заряд;

2) нейтрон – частица, лишенная заряда.

Общее название этих частиц – нуклоны.

3) электрон – частица, несущая единичный отрицательный заряд

Основные положения протонно-нейтронной теории строения ядра:

1) ядра всех атомов, кроме ядра атома водорода, состоят из протонов и нейтронов; 2) число нейтронов равно (A – Z); 3) силы, удерживающие протоны и нейтроны в ядре, называются ядерными; 4) в ядре сосредоточена почти вся масса атома; 5) свойства ядра определяются главным образом числом протонов и нейтронов.

Энергия, выделяющаяся при образовании ядра из протонов и нейтронов, называется энергией связи. Сумма всех протонов называется зарядным числом и равна порядковому номеру элемента в периодической системе. Сумма всех протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом.

Совокупность атомов с одинаковым количеством электронов или с одинаковым количеством протонов в ядре называется химическим элементом.

Различают 3 вида атомов:

1. Атомы, имеющие одинаковый заряд ядра, а значит и тождественные свойства, но разное число нейтронов, а следовательно, разные массовые числа называются изотопами:

2. Атомы разных элементов, имеющие одинаковые массовые числа называются изобарами. В периодической системе существует 59 пар и 6 троек изобар:

3. Атомы разных элементов, имеющие одинаковое число нейтронов, называются изотонами:

атомы ⁵₂Не, ⁶₃Li, ⁷₄Be, ⁸₅В,

ядра данных атомов содержат 3 нейтрона. Из этих изотонов ⁵He распадается практически мгновенно, ⁶Li — стабилен, ⁷Be и ⁸B — радиоактивны с периодом полураспада соответственно 43 дня и 0,8 сек.

Квантовые числа

Состояние электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами:

1. Главное квантовое число (n) характеризует с точки зрения квантовой механики энергетический уровень электрона и размеры электронного облака. Главное квантовое число принимает целочисленные значения n = от 1….. Электроны с одинаковым значением n обладают одинаковой энергией и образуют один и тот же энергетический уровень.

2. Согласно квантово-механическим расчетам электронные облака отличаются не только размерами, но и формой. Форму электронного облака и расщепление энергетического уровня на так называемые энергетические подуровни характеризует орбитальное (азимутальное) квантовое число (l).

Орбитальное квантовое число принимает целочисленные значения от 0 … до (n – 1).

n	1	2	3	4
l	0	0, 1	0, 1, 2	0, 1, 2, 3

Кроме числового значения орбитальное квантовое число обозначается и буквами, : l = 0 – s-подуровень, l = 1 – p-подуровень, l = 2 – d-подуровень, l = 3 – f-подуровень.

3. Пространственную ориентацию электронных облаков характеризует магнитное квантовое число (m_l). Магнитное квантовое число принимает целочисленные значения от – l через 0 до + l. Магнитное квантовое число показывает, на сколько энергетических ячеек делится энергетический подуровень. Число энергетических ячеек на подуровне = (2 l+1). Максимальная емкость энергетической ячейки = 2е

Квантовые числа n, l, m_l – характеризуют движение электрона в около ядерном пространстве. Состояние электрона в атоме, описываемое значениями трех квантовых чисел n, l, m_l называют энергетической ячейкой или атомной электронной орбиталью. Атомная орбиталь – это трехмерный объект, пространство вокруг ядра атома, в котором находится электрон.

4. Это движение электрона вокруг собственной оси характеризует спиновое квантовое число или спин (S). Если электрон движется по часовой стрелке, то S = +1/2. Если против часовой стрелки то S = –1/2. Набор четырех квантовых чисел определяет положение электрона в атоме. Электрон, находящийся на орбитале один, называется неспаренным.