С помощью данного урока вы узнаете, из чего состоит атом, а также познакомитесь с историей появления и развития представлений о сложном строении атома. На уроке рассматриваются результаты некоторых физических опытов, которые позволили установить состав и строение атома.
I. Модель Дж. Томсона
Первые экспериментальные факты, доказывающие сложное строение атома, появились в процессе изучения электрического тока в вакууме. В вакууме, где нет других веществ, кроме материалов катода и анода, может протекать электрический ток, если катод нагреть (Рис. 1). Было установлено, что частицы, испускаемые веществом, из которого сделан катод, имеют отрицательный заряд и очень маленькую массу. Их назвали электронами.
Рис. 1. Прибор Томсона для измерения отклонения катодных лучей под действием электрического тока
Так появилась одна из первых моделей строения атома, которую предложил английский физик Джозеф Томсон (Рис. 2). В соответствии с этой моделью, атом представляет собой шар, состоящий из положительно заряженного вещества с вкраплениями отрицательно заряженных электронов (наподобие изюма в бисквите).
Рис. 2. Модель строения атома, предложенная Дж. Томсоном
Особенность модели Томсона заключалась в предположении того, что положительный заряд «размыт» внутри атома и не «вылетает» из него, т. к. обладает значительно большей массой по сравнению с электронами.
Следующим удивительным экспериментальным фактом было открытие Беккерелем в 1896 г. явления радиоактивности. Было обнаружено, что атомы некоторых элементов самопроизвольно распадаются с образованием новых атомов, электронов и α-частиц. Также установили, что α-частицы имеют положительный заряд и относительно большую массу.
В 1911 г англ. учёный Э. Резерфорд доказал нa опыте, что в центре атома имеется положительно заряженное ядро.
Например, модель атома азота
С помощью α-частиц Эрнест Резерфорд и его ученики провели эксперимент, результаты которого опровергли модель строения атома Дж. Томсона. Англичанин Эрнест Резерфорд и его ученики поставили следующий эксперимент: направляли быстрый поток α-частиц на тонкую золотую фольгу. Оказалось, что большинство α-частиц проходит через фольгу беспрепятственно, небольшая часть отклоняется на различные углы, а примерно 1 на 10 000 частиц отскакивает в обратном направлении (Рис. 3).
Рис. 3. Схема опыта Э. Резерфорда
Результаты опыта противоречили модели Томсона. Частица с большой массой и положительным зарядом может отскочить назад, если только встретит в качестве препятствия большой положительный заряд, сконцентрированный в одном месте.
Положительный заряд, сконцентрированный в центре атома, Резерфорд назвал ядром и предложил свою модель строения атома: в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны (Рис.4). При этом основная масса атома сосредоточена в ядре, масса электронов очень мала.
Суммарный заряд ядра и электронов должен быть равен нулю, т. к. атом в целом электронейтрален.
Модель Резерфорда напоминает Солнечную систему, поэтому ее назвали «планетарной».
Рис. 4. Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом
III. Современное строение атома
Заряд ядра равен порядковому номеру химического элемента
Из курса физики вам известно, что вокруг положительного ядра находятся отрицательно заряженные частицы электроны - е- . В электронейтральном атоме число электронов должно быть равно заряду ядра и, следовательно, порядковому номеру элемента. Масса электрона очень мала и принимается равной нулю, таким образом, масса атома сосредоточена в ядре, в котором расположены протоны – p+ и нейтроны – n0.
|
Заряд ядра атома = Порядковому номеру = Числу протонов = Число электронов Число нейтронов = Атомная масса (Ar) – Порядковый номер |
Например, определите состав атома бора?
Бор
N (порядковый номер) – 5
Ar(B) = 11
e-=5
p+=5
n0= 11 – 5 = 6
Например:
- Изотопы хлора
- Изотопы природного водорода: Протий 11 H, Дейтерий 12Н, Тритий 13Н
- Модели изотопов водорода
Изотопы одного и того же химического элемента имеют разную массу, так как в ядрах содержится разное количество нейтронов.
IV. Химический элемент
Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра.
В природе химические элементы существуют в виде смесей изотопов. Изотопный состав одного и того же химического элемента выражают в атомных долях (ωат.), которые указывают какую часть составляет число атомов данного изотопа от общего числа атомов всех изотопов данного элемента, принятого за единицу или 100%.
Например:
ωат (35Сl) = 0,754 или 75,4%
ωат (37Сl) = 0,246 или 24,6%
В таблице Менделеева приведены средние значения относительных атомных масс химических элементов с учётом их изотопного состава. Поэтому Ar , указанные в таблице являются дробными.
Ar средняя= ωат.(1) ∙ Ar(1) + … + ωат.(n) ∙ Ar(n)
Например:
Arсредняя (Cl) = 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 = 35,453
V. Задания для закрепления
Задание №1. Определите атомный состав изотопов хлора 35Cl и 37Сl. Почему изотопы хлора имеют разное массовое число?
Задание №2. Определите относительную атомную массу элемента кремния, если известно, что он состоит из трёх изотопов: 28Si (атомная доля 92,3%), 29Si (4,7%), 30Si (3%).