Масса атома сосредоточена в его ядре.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МАТИ - Российский государственный технологический

университет имени К.Э. Циолковского»

Кафедра «Моделирование систем и информационные технологии»

 

ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА АТОМОВ

И

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ

 

Методические указания к практическим занятиям

по дисциплине «ХИМИЯ»

 

Составители:

Белова С.Б.
Белов С.П.

Гришина Н.Д.

 

 

МОСКВА 2011

Электронная структура атомов и периодическая система элементов: Методические указания к практическим занятиям по дисциплине«Химия» / сост. С.Б. Белова, С.П. Белов, Н.Д. Гришина ─ М.: МАТИ, 2011 ─ 40 с.

 

 

© Белова С.Б.,

Белов С.П.

Гришина Н.Д.

составление, 2011

© МАТИ, 2011

 

Введение

Д ля понимания химического характера того или иного вещества необходимо знание об электронном строении атомов, его образующих. Согласно Периодическому закону, свойства элементов и образуемых ими соединений определяются зарядом ядер их атомов. Расположение химических элементов в Периодической системе соответствует электронному строению их атомов.

Данные методические указания предназначены для изучения электронного строения атомов и приобретения навыков определения свойств элементов по их расположению в Периодической системе элементов.

Строение атома

рассматривая вопрос об электронном строении атомов, необходимо различать свободные атомы, под которыми понимают атомы настолько удаленные друг от друга, что не взаимодействуют между собой, и атомы в твердых телах, которые взаимодействуют между собой, образуя химические связи. Для того, чтобы понять характер их взаимодействия, необходимо первоначально остановиться на электронном строении свободных атомов.

Ядро и электронная оболочка атома

Каждый атом состоит из ядра и электронной оболочки (рис.1). Электронная оболочка атома – это совокупность элементарных частиц – электронов, каждому из которых присущ корпускулярно-волновой характер.

Электрон как частица обладает массой покоя. M_e=9,1095·10ˉ³¹ кг и несет отрицательный электрический заряд, равный 1,6022·10ˉ¹⁹ Кл. Абсолютное (без учета знака) значение этого заряда является наименьшим и называется элементарным зарядом.

Атом в целом не заряжен (электрически нейтрален). Это обусловлено тем, что сумма отрицательных зарядов электронов компенсирована положительным зарядом ядра атома: в каждом атоме число элементарных отрицательных зарядов в оболочке равно числу элементарных положительных зарядов в ядре.

Между положительно заряженным ядром атома и отрицательно заряженными электронами его оболочки действуют электростатические (кулоновские) силы притяжения. Геометрический размер атома, условно записываемый диаметром его электронной оболочки, имеет порядок 10ˉ¹⁰ м, а диаметр атомного ядра – порядок 10ˉ¹⁴ м, т.е. по размеру ядро в 10000 меньше, чем атом. Отсюда следует, что:

масса атома сосредоточена в его ядре.

В легчайшем атоме водорода (имеется в виду атом одного из изотопов водорода – протия, ядро которого состоит из одного протона) ядро обладает массой 1,6726·10ˉ²⁷ кг; электрон легче ядра в 1836 раз (фактически речь идет о сравнении масс электрона и протона).

 

 

Рис. 1. Ядро и электронная оболочка

 

 

Строение ядра атома

 

Ядра атомов имеют сложное строение и состоят из еще более мелких частиц – нуклонов. Существует два вида нуклонов: протон, который несет положительный электрический заряд 1,6022·10ˉ¹⁹ Кл (элементарный заряд) и обладает массой покоя, равной 1,6726 ·10ˉ²⁷ кг; нейтрон, который не имеет электрического заряда и обладает массой покоя, равной 1,6750 ·10ˉ²⁷ кг. Масса атомных ядер элементов определяется числом протонов и нейтронов, а их заряд – только числом протонов.

Поскольку положительный заряд протона и отрицательный заряд электрона совпадают по абсолютному значению и равны элементарному заряду, в нейтральном атоме число электронов в оболочке всегда равно числу протонов в ядре. Таким образом, известный заряд ядра определяет число электронов в оболочке нейтрального атома. Химические свойства элементов, в основном, зависят от числа электронов, содержащихся в наиболее удаленной от ядра оболочке, следовательно, общий заряд ядра атома является важнейшим признаком индивидуальности химических элементов.

Все атомы одного и того же элемента имеют одинаковый заряд ядра (число протонов в ядре), а атомы разных элементов имеют разный заряд их ядер. К настоящему времени известно 118 химических элементов, т.е. 118 различных по значению заряда атомных ядер. Все известные элементы могут быть расположены в один непрерывный ряд в порядке возрастания заряда ядра их атомов. Число, соответствующее заряду ядра, называется порядковым (атомным) номером элемента (обозначение Z).

При переходе от элемента к элементу (в последовательности возрастания их порядкового номера) число протонов, а, следовательно, и заряд ядра атома увеличивается на единицу, а число нейтронов и тем самым общее число нуклонов в ядрах атомов элементов растет неравномерно.