Урок Сложната структура на атома
Урок 9. Сложната структура на атома. Състав на атомните ядра. Нуклиди. ИзотопиНови термини и понятия:атом, електрон и атомно ядро като микрочастици, маса и заряд на ядрото, маса на покой и заряд на електрона, протони, неутрони, масово число, нуклиди, изотопи.
Съдържанието на урокасъответства на § 9 и 10. С учениците се обсъждат основните характеристики на микрочастиците, които изграждат атома, електроните и ядрата, техния заряд и маса. Трябва да се обърне внимание на учениците, че електронът няма ясни външни граници и е представен като облак. Формата на облаците от различни електрони може да бъде различна. Фигура 12 в урока показва две възможни форми на електронни облаци.
Електронът има елементарен електрически заряд, на който условно се приписва стойност 1 и знак минус. Знакът на заряда на ядрото е различен от знака на заряда на електрона, обикновено се счита, че зарядът на ядрото има знак плюс.
Съставът на почти всички ядра включва микрочастици (частици с много малки размери и много малка маса) от два вида - протони и неутрони (понякога в литературата те използват общото наименование "нуклони"). Протонът (съкратеноp)има положителен единичен заряд +1, неутронът (n) няма електрически заряд. Масата на протона е 1,007276 (в единици въглеродна маса). Тя е малко по-малка от масата на неутрона (1.008664), но в началния етап на изследване на структурата на атома от VIII клас може да се приеме, че относителните маси на протона и неутрона са еднакви и приблизително равни на 1. Сумата от броя на протоните и неутроните в ядрото е масовото число на атомаA.не е равно на неговата маса, изразена в относителни единици (с изключение насамо един случай - ядра въглерод-12, за които масата на ядрата е 12.00000).
Броят на протонитеpопределя ядрения зарядZ(обикновено този заряд се изразява в единици относителен заряд). В неутрален атом зарядът на ядрото се неутрализира от електрони: в неутрален атом броят на електроните е равен на броя на протоните.
Между еднакво заредените протони в ядрото действат сили на отблъскване. Ядрото е стабилно поради факта, че в допълнение към силите на отблъскване в ядрото действат сили на привличане между нуклони (както протони, така и неутрони). Тези вътрешноядрени сили на привличане се наричат сили на къси разстояния, тъй като действат само на разстояния, по-малки от диаметъра на атомното ядро.
Благодарение на силите на междунуклонно привличане, много ядра са силно стабилни (стабилни във времето). Сред леките елементи такава стабилност се наблюдава, ако броят на протоните е приблизително равен на броя на неутроните.
Броят на протоните в ядрото винаги е равен на относителния заряд на ядрото, а броят на неутроните в ядрото на атома може да се намери, като се знае масовото число и заряда на ядрото: броят на неутроните в ядрото е равен на разликата между масовото число и броя на протоните в ядрото. Трябва да се отбележи, че понякога в учебната литература има проблеми с определянето или на масовите числа от атомната маса на даден елемент, или на атомната маса на елемент от данни за масовите числа на нуклидите и тяхното съдържание в естествената смес от нуклиди на даден елемент.
Такива задачи са грешни. Така калциевият елемент Ca (относителна атомна маса 40,078) е смес от нуклиди с масови числа 40, 42, 43, 44, 46 и 48 (с други думи, тези нуклиди са естествени стабилни изотопи на калций). За да се направи заключение за изотопния състав на естествения калций въз основа на неговата относителна атомна маса (стойносттаAgна калций е 40,078), разбира се,забранено е. Изотопният състав на всеки елемент се установява експериментално.
Според препоръките на IUPAC и IUPAP видът атоми на елемент с определен брой протони и неутрони в ядрото се нарича нуклид повече от 30 години. Преди това вместо термина "нуклид" широко се използва терминът "изотоп" (в единствено число). Понастоящем изотопите (съгласно препоръките на IUPAC и IUPAP) се наричат нуклиди на един химичен елемент. Терминът "изотопи" (буквален превод от гръцки - равен, тоест заемащ една клетка в таблицата с елементи) трябва да се използва само в множествено число.
IUPAC и IUPAP за обозначаване на нуклиди препоръчват посочване на масовото число и ядрения заряд до символа на елемента, както следва:
където 40 е масовото число, а 20 е ядреният заряд на атома. Също така е възможно да се обозначи нуклид към името на химичен елемент чрез тире, за да се прикачи стойността на масовото число (даденият запис съответства на нуклида калций-40).
Когато обозначавате нуклид, не можете да посочите стойността на ядрения заряд в близост до символа на елемента, тъй като всеки елемент има строго определен ядрен заряд: 40 Ca.
Въз основа на информация за точните стойности на относителните маси на атомите на нуклидите и тяхното изобилие в естествената смес от нуклиди на даден елемент, те намират
Домашна работа.§ 9, упражнения 1-4, § 10, упражнения 1-6.
Отговори и обяснения към упражнения
2 (§ 9). Масата на електрона е приблизително равна на масата на протона (ядрото на водородния атом), разделена на 2000.
4 (§ 9). Досега не са открити елементарни частици, чийто заряд да е по-малък от заряда на един електрон (един протон).
1 (§ 10). Неутроните се намират в ядра, които имат два или повече еднакво заредени протона. Неутроните задържат протонитеядро, не им позволявайте да се разпръснат, оставете ядрото. Само в ядрото на водородния атом Н има само един протон, който не изпитва отблъскване от други протони в ядрото.
2 (§ 10). В магнезиевите ядра броят на протоните е 12. Броят на неутроните в магнезиевите ядра може да бъде различен. За да го намерите, трябва да знаете масовото число на магнезиевия нуклид.
3 (§ 10). Неутрален алуминиев атом има 3 електрона повече.
5 (§ 10). Масовото число е равно на сумата от броя на протоните и неутроните в ядрото. Винаги е цяло число и не може да бъде дробно.
6 (§ 10). Кислородният атом може да има не само 8, но и 10 електрона. В този случай атомът ще има заряд -2 (кислороден атом, съдържащ 8 електрона, няма заряд).