Строение атома и периодическая система

Атом представляет собойсложную микросистему находящихся в движении и взаимодействии элементарных частиц. Экспериментально установлено, что атом состоит из двух областей, несущих противоположные заряды.

Область положительного заряда атома – ядро – несмотря на преобладание ее массы очень невелика по размерам.

За исключением ядра атома водорода, ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Протон р– частица, имеющая массу m_p=1,6726·10^-27 кг и положительный электрический заряд 1,6022·10^-19 Кл. Нейтрон n– незаряженная частица, обладающая массой m_n=1,6750·10^-27кг.

На некотором расстоянии от ядра располагаются области с противоположным зарядом – так называемые электронные орбитали – области определенной вероятности нахождения электрона. Электрон – элементарная частица, обладающая наименьшей массой покоя m =0,91095·10^-27 кг. Электроны имеют отрицательный электрический заряд, равный 1,602·10^-19 Кл.

Общее число электронов в атоме равно числу протонов в ядре и поэтому атом электрически нейтрален.

Геометрический размер атома, условно описываемый диаметром его электронной оболочки, имеет порядок 10^-10 м, а диаметр атомного ядра – 10^-14 м, т.е. по размеру ядро в 10 000 раз меньше, чем атом. Масса атома чрезвычайно мала и сосредоточена в его ядре. Обычноее выражают в атомных единицах массы (а. е. м.).

В качестве атомной единицы массы принята массы атома изотопа углерода С.

Число протонов Z в ядре равно заряду ядра, если выражать заряд в единицах заряда электрона. Сумма числа протонов Z и числа нейтронов N равна массовому числу А, т.е. массе атома, выраженной в единицах атомных масс и округленных до целых единиц.

Существуют ядра с одним и тем же значением Z, но различным значением А, т.е. ядра с различным содержанием нейтронов N. Атомы, имеющие одинаковый заряд ядра, но разное количество нейтронов, называют изотопами. Так, например ядра изотопов урана содержат по 92 протона, но различаются по числу нейтронов: U (А =238, Z =92, N =146); U (А =234, Z =92, N =142); U (А =235, Z =92, N =143), U (А =233, Z = 92, N =141).

Вследствие того, что именно числом протонов в ядре определяется число электронов в оболочке атома и химические свойства элемента, следует, что атомы всех изотопов одного и того же элемента имеют одинаковое электронное строение, а сами изотопы – близкие химические свойства.

Таким образом, главной характеристикой атома является величина положительного заряда ядра атома, определяющая общее число электронов в атоме и химические свойства элемента. Так как в возникновении химических связей и в образовании молекул веществ участвуют электроны и происходят изменения электронной структуры атомов, то именно изучению этой структуры уделяют особое внимание.