От A и Z к числу нейтронов
Выбирай атом и наблюдай счётчики частиц. Цвета различают протоны, нейтроны и электроны.
Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.
Три частицы и их заряды
Протон имеет заряд +1, электрон −1, нейтрон электрически нейтрален. Протоны и нейтроны находятся в ядре, электроны — в оболочке. Массы протона и нейтрона близки, электрон гораздо легче.
| Частица | Заряд | Где находится |
|---|---|---|
| Протон p | +1 | Ядро |
| Нейтрон n | 0 | Ядро |
| Электрон e | −1 | Оболочка |
В таблице заряды выражают в единицах элементарного заряда, а массы приблизительно в атомных единицах. Это относительные характеристики частиц, а не граммы и не полный заряд произвольного атома.
Заряд атома складывается из зарядов его частиц. Нейтроны увеличивают массу ядра, не меняя его заряд.
Атомный номер определяет элемент
Число протонов Z — главный признак химического элемента. У всех атомов углерода шесть протонов, у всех атомов кислорода восемь. Изменение числа нейтронов не меняет элемент, а изменение числа протонов меняет.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Изменить число протонов | Другой элемент | Меняется Z |
| Изменить число электронов | Ион того же элемента | Меняется заряд частицы |
| Изменить число нейтронов | Другой изотоп | Z сохраняется |
В нейтральном атоме электронов столько же, сколько протонов: суммарный заряд равен нулю. Если атом теряет или получает электроны, возникает ион того же элемента, поскольку ядро остаётся прежним.
Элемент определяется числом протонов в ядре. Электронов в нейтральном атоме столько же, сколько протонов.
Периодическая система химических элементов
В периодической системе находят символы элементов и значения относительных атомных масс.
Cepheus · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Электронные уровни натрия
Натрий: распределение электронов 2, 8, 1. Круги условно обозначают уровни и не являются траекториями электронов.
Pumbaa; исходная работа Greg Robson · Wikimedia Commons · CC BY-SA 2.0 UK. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Массовое число считает нуклоны
Массовое число A равно сумме протонов и нейтронов ядра: A = Z + N. Это целое число частиц, а не точная масса атома в граммах. Протоны и нейтроны вместе называют нуклонами.
Читаем запись частицы по трём данным
⁵⁶₂₆Fe³⁺
Число нуклонов и заряд иона учитываются отдельно. Образование Fe³⁺ не меняет ядро железа.
Электроны не входят в массовое число. Их масса мала по сравнению с массой ядра, но определение A основано именно на числе нуклонов. Для углерода-12: 6 протонов и 6 нейтронов дают A = 12. Для ядра с семью протонами и семью нейтронами A равно 14; это азот-14, потому что элемент задают семь протонов.
Подробности: понятия и примеры
- Число протонов
- Z
- Число нейтронов
- N
- Массовое число
- A = Z + N
Массовое число равно числу нуклонов ядра. Оно является целым числом и не включает электроны.
Почему средняя масса бывает дробной
Природный элемент может содержать несколько изотопов. Средняя масса зависит от массы каждого и его доли. В условной смеси 75 % атомов массой 35 u и 25 % массой 37 u среднее равно 35,5 u.
- Первый вклад
- 35 · 0,75 = 26,25
- Второй вклад
- 37 · 0,25 = 9,25
- Среднее
- 26,25 + 9,25 = 35,5
Это модель расчёта, а не точное описание всех природных образцов хлора. Среднее значение характеризует большую совокупность атомов. Отдельный атом не обязан иметь массу, равную среднему значению смеси. Частицу ⁵⁶₂₆Fe³⁺ разбирают по трём независимым данным: Z = 26 задаёт 26 протонов, A − Z = 30 нейтронов, заряд +3 означает 26 − 3 = 23 электрона. Ионизация не меняет ядро. Относительная атомная масса в таблице может быть дробной из-за изотопного состава и не является массовым числом конкретного атома.
Средняя атомная масса зависит от изотопного состава. Дробное среднее не означает дробного числа нуклонов в ядре.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 7. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 07. Строение атома.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e