Массовое число ядра равно массе всех протонов в ядре егэ - Помощь в подготовке к экзаменам и поступлению

ЕГЭ по физике
►
Форум
►
Задачи
►
По номерам
►
20 Интегрированные. Физический смысл
►
ЕГЭ 2022. 10 вариантов /Демидова М.Ю. Вариант 3. Задача 1

Объявляем набор учеников на новый учебный год:
✅подготовка к ЕГЭ по физике 2024 и 2025 года
✅повышение успеваемости по физике 8-10 класс и др.
Занятия могут быть в группах или индивидуально.
Подробнее

1. Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Материальной точкой можно считать тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
2) Теплопередача путём теплопроводности происходит за счёт переноса вещества в струях и потоках.
3) В металлических проводниках электрический ток представляет собой упорядоченное движение электронов, происходящее на фоне их хаотического теплового движения.
4) Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют меньшую длину волны, чем радиоволны.
5) Массовое число ядра равно массе всех протонов в ядре.
Ответ: _____.

Решение. Проверим каждое утверждение.
Утверждение №1. Материальной точкой — это тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
Следовательно, утверждение № 1 верное.

Утверждение №2. Теплопередача путём теплопроводности происходит за счёт взаимодействия молекул или частей тела.
Следовательно, утверждение № 2 неверное.

Утверждение №3. Электрический ток в металлах — это упорядоченное движение электронов.
Следовательно, утверждение № 3 верное.

Утверждение №4. Радиоволны имеют самую малую частоту или самую большую длину волны.
Следовательно, утверждение № 4 верное.

Утверждение №5. Массовое число ядра равно массе всех нуклонов (протонов и нейтронов).
Следовательно, утверждение № 5 неверное.
Ответ: 134

ЕГЭ по физике
►
Форум
►
Задачи
►
По номерам
►
20 Интегрированные. Физический смысл
►
ЕГЭ 2022. 10 вариантов /Демидова М.Ю. Вариант 3. Задача 1

Webtiryaki |Помощь | Условия и правила | Вверх ▲
SMF 2.1.3 © 2022, Simple Machines
SMFAds for Free Forums

Источник

Задания

Версия для печати и копирования в MS Word

Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность захвата атомным ядром одного из ближайших к нему электронов из электронной оболочки атома. Как изменяются масса ядра и число протонов в ядре при захвате ядром электрона?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличится

2)  уменьшится

3)  не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Масса ядра	Число протонов в ядре

Спрятать решение

Решение.

При захвате ядром атома электрона протон взаимодействует с электроном в результате чего образуется нейтрон. Массовое число атома при этом не изменяется, но масса нейтрона чуть больше массы протона, поэтому масса ядра увеличивается. Число протонов в ядре при таком захвате уменьшается на единицу.

Ответ: 12.

Источник

Строение ядра.

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев.

Темы кодификатора ЕГЭ: нуклонная модель ядра, заряд ядра, массовое число ядра.

После опытов Резерфорда, прояснивших устройство атома, возник естественный вопрос: из чего состоит атомное ядро? Ответа пришлось ждать двадцать лет — до открытия нейтрона.

Ядро самого простого атома водорода, как вы помните, было названо протоном. Протон имеет положительный заряд $e=1,6 cdot 10^{-19}$ Кл (равный по модулю заряду электрона) и массу $m_{p}=1,6726 cdot 10^{-27}$ кг. Масса протона примерно в 1836 раз больше массы электрона.

Нейтрон был открыт в 1932 году английским физиком Джеймсом Чедвиком. Масса нейтрона $m_{n}=1,6749 cdot 10^{-27}$ кг оказалась очень близка к массе протона. Однако, в отличие от протона, нейтрон не имеет электрического заряда.

Открытие нейтрона послужило ключом к пониманию устройства атомного ядра.

Нуклонная модель ядра.

Сразу после открытия нейтрона несколько физиков одновременно высказали идею протонно-нейтронной, или нуклонной , модели ядра. Согласно этой модели ядро состоит из протонов и нейтронов. Будучи «кирпичиками», из которых строится ядро, протоны и нейтроны получили общее название нуклонов. (От лат. nucleus — ядро.)

Модель атомного ядра показана на рис. 1. Красным цветом условно изображены протоны, чёрным — нейтроны.

Рис. 1. Модель ядра атома

Число протонов в ядре называется зарядовым числом и обозначается Z. Заряд ядра, следовательно, равен Ze. Поскольку атом в целом электрически нейтрален, величина Z совпадает с числом электронов в атоме. Зарядовое число, таким образом, есть не что иное, как порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева.

Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается A. Число нейтронов в ядре тогда будет равно A-Z.

Запись $_{Z}^{A}textrm{X}$ означает, что в ядре элемента X содержится A нуклонов, из которых Z являются протонами. Например, ядро алюминия $_{13}^{27}textrm{Al}$ состоит из 27 нуклонов, а именно из 13 протонов и 14 нейтронов. Ядро гелия $_{2}^{4}textrm{He}$ — так называемая alpha -частица — состоит из двух протонов и двух нейтронов.

Изотопы.

Что будет, если изменить число нейтронов ядре? Какие-то свойства вещества в результате должны поменяться — например, плотность. Однако все химические свойства при этом останутся прежними — ведь за них отвечает зарядовое число Z, а оно-то не менялось!

Изотопы — это разновидности одного и того же химического элемента, различающиеся числом нейтронов в ядре.

Например, у водорода три изотопа: обычный $_{1}^{1}textrm{H}$ , дейтерий $_{1}^{2}textrm{H}$ и тритий $_{1}^{3}textrm{H}$ . А химический элемент уран имеет 26 изотопов! В природе наиболее распространён уран $_{92}^{238}textrm{U}$ , а в атомной энергетике и ядерном оружии используется уран $_{92}^{235}textrm{U}$ .

Изотопы совершенно идентичны в отношении химических свойств, и их невозможно разделить никакими химическими методами. Оказывается, почти любой элемент таблицы Менделеева представляет собой смесь изотопов в различных пропорциях — вот почему атомные массы химических элементов не равны целым числам. Как правило, атомная масса всё же достаточно близка к целому числу, поскольку в природе доминирует изотоп именно с такой атомной массой (например, в природном уране доля изотопа $_{92}^{238}textrm{U}$ составляет 93%; соответственно, в таблице Менделеева мы видим атомную массу урана, равную 238,03). Но бывают и исключения: так, атомная масса хлора равна 35,5.

Изотопы могут различаться также своими радиоактивными свойствами: у одного и того же химического элемента могут быть как стабильные изотопы, так и подверженные радиоактивному распаду (например, углерод $_{6}^{12}textrm{C}$ стабилен, а изотоп $_{6}^{14}textrm{C}$ — радиоактивен). Собственно, именно это наблюдение — что вроде бы одно и то же вещество бывает то радиоактивным, то нет — и навело в своё время на мысль о существовании изотопов. Радиоактивность будет темой следующей темы.

Спасибо за то, что пользуйтесь нашими статьями.
Информация на странице «Строение ядра.» подготовлена нашими авторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.
Чтобы успешно сдать нужные и поступить в ВУЗ или техникум нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими статьями из разделов нашего сайта.

Публикация обновлена:
09.03.2023

Источник

Когда Резерфорд опровергнул модель Томсона о строении атома, возник другой вопрос: из чего состоит ядро? Ответ на этот вопрос был получен спустя пару десятков лет. До этого в качестве элементарного ядра принимали протон — положительную частицу, которая имеет заряд, по модулю равный заряду электрона: е = 1,6*10^-19 Кл. Масса же частицы равна 1,6726 · 10⁻²⁷ кг.

Изотопы

В результате наблюдения огромного числа радиоактивных превращений было обнаружено, что существуют вещества, идентичные по химическим свойствам, но имеющие совершенно различные радиоактивные свойства — в одних и тех же условиях их распад происходил по-разному. Эти вещества не удавалось разделить ни одним из известных химических способов. Поэтому английский радиохимик Содди в 1911 г. высказал предположение о возможности существования элементов с одинаковыми химическими свойствами, но разной радиоактивностью. Эти элементы, по его мнению, нужно было помещать в одну и ту же клетку периодической системы Д. И. Менделеева. Содди назвал такие элементами изотопами (т. е. занимающими одинаковые места).

Предположение Содди о существовании веществ с разной радиоактивностью, но одинаковыми химическими свойствами, было подтверждено экспериментально. Когда английский физик Томсон проводил точные измерения массы ионов неона методом отклонения их в электрическом и магнитном полях, он установил, что неон есть смесь двух видов атомов. Большая часть атомов имела относительную массу 20, но некоторая часть атомов имела массу, равную 22 а. е. м. В результате относительная атомная масса смеси атомов неона была принята равной 20,2. Причем атомы обладали одинаковыми химическими свойствами, но масса их была различна.

С тех пор изотопы были обнаружены у разных химических элементов. Так, они есть у самого тяжелого из существующих в природе элементов — урана (относительные атомные массы 238, 235 и др.) и у самого легкого — водорода (относительные атомные массы 1, 2, 3).

Было установлено, что:

Изотопы имеют разную массу.
Заряды ядер изотопов одинаковы;
Количество электронов у атомов изотопов одинаково.
Химические свойства изотопов тоже одинаковые.
Радиоактивность у изотопов разная — ядра одних атомов радиоактивны, в то время как другие могли быть стабильными или менее радиоактивными.

Эти обобщения помогли сделать вывод, что свойства радиоактивности изотопов зависят от их массы. Причем некоторые элементы могут иметь только нестабильные, или радиоактивные изотопы.

Особый интерес для физиков того времени представлял атом водорода, изотопы которого могли отличаться по массе в 2 и 3 раза:

Дейтерий — изотоп водорода с атомной массой 2. Это стабильный химический элемент, который можно обнаружить в качестве примеси в обычном водороде. На 4500 атомов обычного водорода приходится 1 атом дейтерия. Совместно с кислородом дейтерий образует тяжелую воду. Ее свойства несколько отличаются от обычной воды. Так, при нормальном атмосферном давлении ее температура кипения составляет 101,2 °С, а температура кристаллизации — 3,8 °С.
Тритий — изотоп водорода с атомной массой 3. Это нестабильный химический элемент. Он претерпевает β-распад. Период полураспада этого вещества составляет 12 лет.

Существование изотопов доказывает, что заряд атомного ядра определяет не все свойства атома, а лишь его химические свойства и те физические свойства, которые зависят от периферии электронной оболочки, например размеры атома. Масса же атома и его радиоактивные свойства не определяются порядковым номером в таблице Д. И. Менделеева.

Открытие нейтрона

При бомбардировке бериллия α-частицами, испускаемыми нестабильным полонием, возникает сильное проникающее излучение, которое легко преодолевает преграду в виде слоя свинца толщиной до 10–20 см. Это излучение изучали английский физик Чедвик и супруги Жолио-Кюри Ирен и Фредерик из Франции независимо друг от друга примерно в одно и то же время. Ученые предположили, что это излучение создано γ-лучами большой энергии. Но затем выяснилось, что если на пути излучения бериллия поставить пластинку из парафина, то ионизирующая способность излучения резко возрастает.

Было установлено, что излучение бериллия выбивает из парафиновой пластинки протоны, которые в большом количестве имеются в этом веществе. Ученые рассчитали длину свободного пробега протонов в воздухе они оценили энергию γ-квантов, которые сообщают при столкновении с протонами необходимую скорость. Расчеты показали слишком большое значение — 50 МэВ. протонам необходимую скорость. Она оказалась огромной – порядка 50 МэВ. Из-за малой массы γ-кванты не могли обладать такой энергией. Поэтому Чедвик сделал вывод, что из бериллия под действием α-частиц вылетают не безмассовые γ-кванты, а довольно тяжелые частицы. Эти частицы обладали большой проникающей способностью и не ионизировали газ в счетчике Гейгера. Это значит, что такие частицы были электрически нейтральными. Этой частице дали название — нейтрон.

Нуклонная модель атома

Сразу после открытия нейтрона несколько физиков одновременно высказали идею протонно-нейтронной, или нуклонной, модели ядра. Согласно этой модели ядро состоит из протонов и нейтронов. Будучи «кирпичиками», из которых строится ядро, протоны и нейтроны получили общее название — нуклоны.

Нуклоны — общее название для составляющих атомное ядро протонов и нейтронов.

В рамках нуклонной теории о строении ядра атома ему было дано следующее определение:

Атомное ядро — центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов.

Виды нуклонов:

Протон (от protos — первый, обозначается как p или p⁺) — стабильная элементарная частица, ядро атома водорода. Заряд протона положительный, по модулю он равен заряду электрона: e_p = 1.6∙10⁻¹⁹ Кл. Масса протона: m_p = 1.6726231∙10⁻²⁷ кг = 1.007276470 а. е. м. При расчетах часто используют округленное до целых значение: 1 а. е. м.
Нейтрон (от лат. neuter — ни тот, ни другой, обозначается как n) — элементарная частица, не имеющая заряда, т. е. нейтральная. Масса нейтрона почти равна (незначительно больше) массе протона: m_n = 1.6749286∙10⁻²⁷ кг=1.0008664902 а. е. м. При расчетах также используют округленное до целых значение: 1 а. е. м.

Массовое число — общее число нуклонов в ядре. Обозначается как A.

Зарядовое число — число протонов в ядре. Обозначается как Z. Зарядовое число всегда соответствует порядковому номеру элемента в периодической таблице Менделеева.

Ядро любого химического в общем виде обозначается так:

AZX

где X — символ химического элемента, Z — число протонов в ядре (порядковый номер элемента в периодической таблице Менделеева), A — массовое число.

Массовое число определяется как сумму протонов и нейтронов, содержащихся в ядре атома:

A=Z+N

N – число нейтронов в ядре.

Пример №1. Пользуясь периодической системой элементов Д.И. Менделеева, определите число протонов и число нейтронов в ядрах атомов серы.

Взглянем на периодическую систему Менделеева и найдем серу:

Порядковый номер серы — 16. Следовательно, зарядовое число, или количество протонов в ядре атома серы — 16. Массовое число составляет 32,066 а. е. м. Округлим до целых и получим 32. Количество нейтронов найдем как разность массового и зарядового чисел:

N=A−Z=32−16=16

Ядерные силы

Ядра атомов обладают устойчивостью, несмотря на то, что между протонами действуют колоссальные силы кулоновского отталкивания. Чем же объясняется это явление? Видимо, между ними существует и другая сила, которая не дает протонам отталкиваться друг от друга. Такие силы назвали ядерными.

Ядерные силы — силы, действующие между протонами и нейтронами.

Ученые установили, что ядерные силы обладают следующими свойствами:

Ядерные силы заметно проявляются только на расстояниях, сравнимых с размером атомных ядер (10^–12–10^–13см). То есть, эти силы являются короткодействующими.
Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят силы электрического взаимодействия. На сегодня это самые мощные силы из всех сил, известных в природе. Именно благодаря им ядра атомов химических элементов сохраняются в устойчивом состоянии.

Энергия связи атомных ядер

Нуклоны в ядре прочно удерживаются ядерными силами. Если совершить работу по их преодолению, придется совершить некоторую работу. Энергию, которую нужно затратить для совершения работы по разделению на отдельные нуклоны, называют энергией связи ядра.

Энергия связи ядра атома — энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные протоны и нейтроны.

На основании закона сохранения энергии можно сделать вывод, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

В настоящее время рассчитать энергию связи теоретически, подобно тому, как это можно сделать для электронов в атоме, не удается. Выполнить соответствующие расчеты можно, лишь применяя соотношение Эйнштейна между массой и энергией:

Е = mс2

Измерения масс ядер показали, что масса покоя ядра всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов:

Mя< Zmp + Nmn

Mя — масса покоя ядра, Z — число протонов, N — число нейтронов, mp — масса протона, mn — масса нейтрона.

На основании этого был сделан вывод о существовании дефекта (разности масс). Дефект масс определяется разностью суммы масс протонов и нейтронов, входящих в состав ядра, и массы покоя ядра атома:

ΔM=Zmp + Nmn−Mя

ΔM — дефект масс.

Это интересно! Масса ядра атома гелия на 0,75% меньше суммы масс двух протонов и двух нейтронов. Соответственно для гелия в количестве вещества один моль ΔM = 0,03 г.

Уменьшение массы при образовании ядра из нуклонов означает, что при этом уменьшается энергия этой системы нуклонов на значение энергии связи Е_св.

Энергия связи — это энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц, и соответственно это та энергия, которая необходима для расщепления ядра на составляющие его частицы.

Энергия связи определяется формулой:

Eсв=ΔMс2=(Zmp + Nmn−Mя)с2

Это интересно! Энергия связи настолько велика, что образование 4 г гелия сопровождается выделением такой же энергии, что и при сгорании 1,5—2 вагонов каменного угля.

Важную информацию о свойствах ядер содержит зависимость удельной энергии связи от массового числа А.

Удельная энергия связи — энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра.

Удельную энергию связи устанавливают опытным путем. Из рисунка ниже видно, что, не считая самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Примечательно, что энергия связи электрона и ядра в атоме водорода, равная энергии ионизации, почти в миллион раз меньше этого значения. Кривая на имеет слабо выраженный максимум. Максимальную удельную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет возрастающей с увеличением Z кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро.

Пример №2. Чему равна энергия связи ядра тяжелого водорода — дейтрона? Атомная масса ядра дейтрона m_D = 2,01355 а. е. м, протона m_р = 1,00728 а. е. м, нейтрона m_n = 1,00866 а. е. м; масса атома углерода m_с = 1,995 ∙ 10^-26 кг.

Eсв=(Zmp + Nmn−Mя)с2

Зарядовое число водорода — 1. Количество нейтронов — 1. Чтобы найти суммарную массу всех частиц и ядра, нужно их массу в а. е. м. умножить на массу атома углерода в кг и поделить на 12. Это необходимо потому, что 1 а. е. м. равна 1/12 массы атома углерода. Получим:

Переведем в МэВ, учитывая, что 1 МэВ = 1,6∙10^–13 Дж:

Задание EF17709

Какая из строчек таблицы правильно отражает структуру ядра ₄₉¹¹⁵ In?

Алгоритм решения

Установить, чем определяются количество протонов и нейтронов.
Определить, сколько содержится в атоме протонов.
Определить, сколько содержится в атоме нейтронов.

Решение

Протоны и нейтроны — нуклоны. Общее их количество является массовым числом A, которое указывается слева от обозначения химического элемента в верхнем индексе. В данном случае A = 115.

Зарядовое число — порядковый номер химического элемента в периодической системе Менделеева. Оно обозначается Z и равно количеству протонов в ядре. В нашем случае Z = 49. Значит, протонов 49.

Чтобы посчитать количество нейтронов, нужно из массового числа вычесть зарядовое число: 115 – 49 = 66. Значит, нейтронов 66. Строка 1 подходит.

Ответ: 1

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF17974

Связанная система элементарных частиц содержит 14 нейтронов, 13 протонов и 10 электронов. Эта система частиц является

Ответ:

а) ионом алюминия ₁₃²⁷Al

б) нейтральным атомом кремния ₁₄²⁷Si

в) ионом кремния ₁₄²⁷Si

г) нейтральным атомом алюминия ₁₃²⁷Al

Алгоритм решения

Определить, перед нами ион или нейтральный атом.
Установить зарядовое число.
Установить массовое число.
Выбрать подходящий ответ.

Решение

Согласно условию задачи, в связанной системе элементарных частиц содержится 14 нейтронов, 13 протонов и 10 электронов. В нейтральном атоме количество электронов равно количеству протонов. В нашем случае электронов на 3 меньше. Значит, перед нами ион.

Зарядовое число соответствует количеству протонов. Их 13.

Массовое число равно сумме количества протонов и электронов: 14 + 13 = 27.

Выходит, перед нами ион алюминия.

Ответ: а

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18942

На рисунке представлен фрагмент Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Под названием каждого элемента приведены массовые числа его основных стабильных изотопов. При этом нижний индекс около массового числа указывает (в процентах) распространённость изотопа в природе.

Укажите число протонов и число нейтронов в ядре наименее распространённого из указанных стабильных изотопов меди.

Алгоритм решения

Найти наименее распространенный изотоп меди.
Выписать для него массовые и зарядовые числа.
Найти число протонов и нейтронов.

Решения

Наименее распространен изотоп меди Cu-65, поскольку возле его массового числа стоит меньший индекс — 31.

Массовое число этого изотопа — 65. Зарядовое число соответствует порядковому номеру — 29.

Количество протонов соответствует зарядовому числу. Их 29.

Количество нейтронов есть разность массового и зарядовых чисел: 65 – 29 = 36.

Эти числа запишем последовательно: 2936.

Ответ: 2936

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Алиса Никитина | Просмотров: 1.6k

Источник

Курс

Меня зовут Быстрицкая Вера Васильевна.
Я репетитор по Химии

Вам нужны консультации по Химии по Skype?
Если да, подайте заявку. Стоимость договорная.
Чтобы закрыть это окно, нажмите «Нет».

Атом (греч: atomos – неделимый) – химически неделимая нейтральная частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.

Атомное ядро – состоит из нуклонов (лат. nucleus ядро ): протонов (греч. protos – первый) и нейтронов (греч. neitrum – ни то, ни другое).

Электронная оболочка – совокупность движущихся вокруг ядра отрицательно заряженных электронов.

Протон (p⁺) — частица в составе ядра, имеет положительный заряд, относительную массу 1, 0073.

Число протонов равно порядковому номеру и обозначается Z – заряд ядра.

Нейтрон (n⁰) – частица в составе ядра. Не имеет заряда. Относительная масса 1,0087.

Число нейтронов обозначается буквой N. Может меняться в атомах одного и того же элемента.

Электрон (е) – частица в составе электронной оболочки. Имеет отрицательный заряд, равный по величине, но противоположный по знаку заряду протона. Масса электрона примерно в 2000 раз меньше массы протона и практически не влияет на массу атома.

Так как атом — электронейтральная частица, то число протонов равно числу электронов
(число р⁺ = числу е):

N(e) = N(p⁺) = Z

Массовое число А (относительная атомная масса) складывается из числа протонов и нейтронов в ядре данного атома.

Число нейтронов равно разности массового числа и заряда ядра.

А = N(p⁺) + N(nº)

N(nº) = A – Z

Строение атома

Планетарная модель атома

Химический элемент – вид атомов с определѐнным зарядом ядра (количеством протонов).

Количество протонов неизменно, количество нейтронов может меняться.

Атомы с одинаковым зарядом ядра (количеством протонов), но разным числом нейтронов в ядре, т.е. разной массой, называются изотопами (нуклидами).

Один и тот же элемент может существовать в виде двух или нескольких изотопов. Все изотопы одного и того же элемента химически неотличимы.

Электронное строение атома

Электрон — уникальная элементарная частица: обладая свойствами, отличающими его от всех других частиц, он одновременно является и частицей, и волной, т.е. имеет двойственную природу.

С одной стороны, обладая малой массой, электрон проявляет свойства частицы. С другой стороны, электрон движется с такой высокой скоростью, что фактически «размазан» по атому, он находится не в одной конкретной точке, а образует «электронное облако».

Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона называется электронной орбиталью.

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА

Состояние электрона в атоме описывается 4 квантовыми числами:

Главное квантовое число n;

Побочное (орбитальное) квантовое число l;

Магнитное квантовое число ml;

Спиновое квантовое число ms.

ГЛАВНОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО — n.

Главное квантовое число — n — определяет энергетический уровень электрона (равно номеру периода).

Главное квантовое число принимает любые целочисленные значения, начиная с n=1 (n=1,2,3,…) и соответствует номеру периода.

ОРБИТАЛЬНОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО l

Определяет геометрическую форму атомной орбитали. Принимает любые целочисленные значения с l = 0 (l = n -1)

МАГНИТНОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО

определяет ориентацию орбитали в пространстве (ml). Принимает любые целочисленные значения от -1 до +1, включая 0.

( ml = 2l +1)

Для s-орбитали:

l=0, ml= 1(0) — одна равноценная ориентация в пространстве (одна орбиталь).

Для p-орбитали:

l=1, ml= 3 (-1,0,+1) — три равноценные ориентации в пространстве (три орбитали).

Для d-орбитали:

l=2, ml= 5 (-2,-1,0,1,2) — пять равноценных ориентаций в пространстве (пять орбиталей).

Для f-орбитали:

l=3, ml= 7 (-3,-2,-1,0,1,2,3) — семь равноценных ориентаций в пространстве (семь орбиталей).

СПИНОВОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО – ms

На каждой орбитали могут максимально размещаться два электрона, обладающие равной энергией, но отличающиеся особым свойством, спином.

Графически орбиталь принято изображать в виде квадрата, а электроны — в виде стрелок, направленных вверх или вниз.

Стрелки, направленные в противоположные стороны, означают электроны с двумя противоположными спинами.

Следовательно, электроны в электронной оболочке занимают определенные

уровни (дом),

подуровни (этаж),

орбитали (квартира).

Подуровни состоят из одной или нескольких одинаковых по энергии орбиталей.

На каждой орбитали может быть не больше двух электронов.

На

s-подуровне (одна орбиталь) могут находиться два электрона,

p-подуровне (три орбитали) — шесть электронов ,

d-подуровне (пять орбиталей) — десять электронов.

Элементы, у которых последним заполняется s-подуровень, называются s –элементами, p-подуровень — p –элементами, d-подуровень — d –элементами.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНФИГУРАЦИИ ЭЛЕМЕНТА

Количество электронов в атоме элемента равно его порядковому номеру.

Количество энергетических уровней атома равно номеру периода, в котором расположен элемент.

Количество электронов на внешнем (валентном) уровне равно номеру группы, в которой расположен элемент.

При более подробном описании электронной конфигурации рассматривают не только количество электронов на данном энергетическом уровне, но и их распределение по подуровням. Каждая незаполненная орбиталь обозначается пустым квадратиком.

При заполнении орбиталей электронами используют следующие правила.

1. ПРИНЦИП МИНИМУМА ЭНЕРГИИ

Орбитали заполняются в порядке увеличения энергии, снизу вверх. Каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной, т. е. среди свободных орбиталей он выбирает орбиталь с самой низкой энергией.

Порядок заполнения энергетических подуровней (см. рис.) можно запомнить в виде ряда:
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d » 4f < 6p < 7s….

2. ПРИНЦИП ПАУЛИ

На каждой орбитали может находиться не более двух электронов. Если два электрона находятся на одной орбитали, то они обладают противоположными спинами (стрелки направлены в разные стороны). Такие электроны называют спаренными. Если на орбитали находится только один электрон, то его называют неспаренным.

3. ПРАВИЛО ХУНДА (ГУНДА)

Атом в основном состоянии должен иметь максимально возможное число неспаренных электронов в пределах определенного подуровня.

4s-орбиталь обладает меньшей энергией, чем 3d-орбиталь, поэтому в первую очередь электроны заполнят 4s-подуровень и лишь затем 3d-подуровень.

Для удобства запоминания порядка заполнения энергетических подуровней лучше воспользоваться следующей схемой: в каждой отдельной строке написать возможные типы орбиталей для каждого уровня, провести стрелки под углом 450 и «расселять» электроны по подуровням, ориентируясь по стрелкам сверху вниз.

ЗАПИСЬ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНФИГУРАЦИИ АТОМА

Подробные электронные конфигурации атомов изображают двумя способами:

графически, с помощью квадратиков со стрелками (часто называют энергетическими диаграммами);

в строчку, когда перечисляются все занятые энергетические подуровни с указанием общего числа электронов на каждом из них.

Последовательность заполнения орбиталей и максимальное число электронов на каждом подуровне:

ПРОСКОК» ИЛИ «ПРОВАЛ» ЭЛЕКТРОНА

У атомов Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au имеет место «провал» электрона с s-подуровня внешнего слоя на d-подуровень предыдущего слоя, что приводит к энергетически более устойчивому состоянию атома.

ВОЗБУЖДЕННОЕ СОСТОЯНИЕ АТОМА

Все электронные конфигурации, о которых мы говорили выше, являются конфигурациями с наименьшей энергией и соответствуют основному состоянию атома.

Получив энергию извне (облучение или нагревание системы), один либо несколько электронов могут переходить на более высокий энергетический подуровень.

Состояние атома, при котором электрон из электронной пары с предыдущего подуровня «распаривается» и переходит на следующий подуровень, называется возбужденным состоянием атома.

ВАЛЕНТНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Валентность атома определяется числом неспаренных электронов.

При наличии свободных орбиталей электроны атома могут распариваться, перескакивать на на другой подуровень, т.е. атом переходит в возбужденное состояние, поэтому валентность может быть постоянной и переменной. При этом число неспаренных электронов, а, следовательно, число связей, образуемых атомом, увеличивается.

Высшая валентность всегда равна номеру группы.

Для определения низшей переменной валентности (количества свободных электронов) , которой чаще всего обладают неметаллы, необходимо из 8 вычесть номер группы.

Валентность зависит:

1. От количества электронов на внешнем уровне