Строение атома.
До конца 19 в. атомы считались неделимыми. Затем, по мере накопления опытных данных, пришлось отказаться от такого взгляда и признать, что атомы имеют сложное строение. В 1911 году английский ученый Резерфорд предложил ядерную модель строения атома (совместно с Нильсом Бором). Согласно этой модели, атом состоит из массивного положительно заряженного ядра, очень малого по размерам. В ядре сосредоточена почти вся масса атома. Вокруг ядра на значительном расстоянии от него вращаются электроны, образующие электронную оболочку ядра. Размер всего атома около 10 -8 см, ядра – порядка 10 -13 см, т.е. по размеру ядро примерно в 100 000 раз меньше атома.
Модель Бора, предполагающая, что электроны движутся вокруг атомного ядра подобно планетам, обращающимся вокруг звезды, позволила объяснить химические и оптические свойства атомов. В 1922 году за эту работу Нильс Бор был награжден Нобелевской премией.
Ядерная модель сохранилась и в современных представлениях.
Поскольку атом в целом электронейтрален, то суммарный заряд электронов должен быть равен заряду ядра. Дальнейшие исследования показали, что положительный заряд ядра атома численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе элементов Д.И.Менделеева.
Таким образом, число положительных зарядов ядра каждого атома, а также число вращающихся в поле ядра электронов равны порядковому номеру элемента.
Например, порядковый номер атома титана равен 22. Значит, его положительный заряд равен 22 и в поле ядра вращаются 22 электрона.
Электрон обладает двойственным характером – и частица, и волна. Электроны находятся на энергетических уровнях, которые обозначаются целым числом «n» и число которых соответствует номеру периода. Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называют орбиталью (см. схему).
Состав ядра.
В настоящее время в ядре атома открыто большое число элементарных частиц. Важнейшими из них являются протоны (символ р) и нейтроны (символ n). Протоны – это частицы с зарядом +1 и массой, равной массе атома водорода. Нейтроны – это частица тоже массой около 1, но лишенные заряда. Заряд ядра определяется числом содержащихся в нем протонов, так как нейтроны заряда не имеют. Поэтому в ядре столько протонов, каков заряд ядра, т.е. каков порядковый номер данного элемента.
Состав ядра можно выразить формулой: A = Z + N, где
А – атомная масса;
Z – число протонов и порядковый номер элемента;
N – число нейтронов в ядре.
Силы, удерживающие протоны и нейтроны в ядре, называются ядерными. Это очень большие силы, действующие на очень коротких расстояниях и превосходящие силы отталкивания.
В ядре сосредоточена почти вся масса атома. Массой электронов по сравнению с массой ядра можно практически пренебречь.
Изотопы.
Исследования показали, что в природе существуют атомы одного и того же элемента с разной массой. Так, встречаются атомы хлора с массой 35 и 37. Ядра этих атомов содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
Разновидности атомов одного элемента, обладающие одинаковым зарядами ядер, но разными массовыми числами, называются изотопами.
Изотопы водорода
Слово «изотоп» образовано от двух греческих слов «изос» - одинаковый, «топос» - место.
Каждый изотоп характеризуется двумя величинами: массовым числом (проставляется вверху слева от химического знака) и порядковым номером (проставляется внизу слева от химического знака) и обозначается символом химического элемента. Так, кислород имеет изотопы с массовыми числами 16, 17, 18: О, О, О.