Решебник по химии 8 класс Габриелян §30

Основные сведения о строении атома

Стр. 132

Вопрос

В переводе с греческого «атом» означает «неделимый». Соответствует ли это действительности?

Первоначально термин «атом» (от греч. ἄτομος) действительно означал «неделимый». В Древней Греции философ Демокрит предположил, что всё сущее состоит из мельчайших частиц, которые невозможно разделить. Эта идея оставалась популярной на протяжении веков, пока развитие науки не показало, что атомы не являются неделимыми.

В конце XIX — начале XX века физики выяснили, что атом состоит из еще более мелких частиц:

• Протонов (p⁺) с положительным зарядом,

• Нейтронов (n⁰), не имеющих заряда,

• Электронов (e⁻) с отрицательным зарядом.

Кроме того, в начале XX века было доказано, что ядро атома можно разделить при определенных условиях, например, в результате ядерных реакций (деления урана, плутония). Это открытие легло в основу ядерной энергетики и атомного оружия.

Таким образом, на современном этапе развития науки утверждение о неделимости атома не соответствует действительности: атом может быть разделён на составные частицы, а в определённых условиях его ядро может испытывать распад.

Стр. 135

Проверьте свои знания

1. Какие элементарные частицы составляют ядро атома? Как определить заряд ядра атома, количество протонов в ядре, количество нейтронов, массовое число элемента?

Ядро атома состоит из двух видов элементарных частиц: протонов и нейтронов. Протоны обладают положительным зарядом (+1), а нейтроны заряда не имеют. Заряд ядра определяется числом протонов, так как только они влияют на его электрический заряд. Количество протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева (Z). Число нейтронов можно вычислить по формуле: N = A - Z, где A – массовое число (сумма протонов и нейтронов), Z – число протонов. Например, у атома кислорода (¹⁶O) массовое число 16, порядковый номер 8, следовательно, нейтронов N = 16 - 8 = 8.

2. Сравните между собой элементарные частицы, т. е. найдите общее и различия между протоном и нейтроном, протоном и электроном.

Протоны и нейтроны имеют схожую массу, примерно 1,67 × 10⁻²⁷ кг, но различаются зарядом: протоны положительно заряжены (+1), а нейтроны нейтральны (0). Оба этих типа частиц составляют ядро атома и называются нуклонами.

Протоны и электроны имеют равные по модулю, но противоположные заряды: протон +1, электрон -1. Однако масса электрона значительно меньше массы протона: 9,11 × 10⁻³¹ кг, что примерно в 1836 раз меньше массы протона. Протоны находятся в ядре, а электроны формируют электронную оболочку атома.

3. Что называют изотопами? Запишите обозначения изотопов водорода, хлора и калия.

Изотопы – это атомы одного химического элемента, имеющие одинаковое число протонов (Z), но разное число нейтронов (N), а следовательно, разную атомную массу (A). Они обладают одинаковыми химическими свойствами, но различаются физическими характеристиками.

Примеры изотопов:

• Водород: протий (¹H), дейтерий (²H), тритий (³H).

• Хлор: ³⁵Cl, ³⁷Cl.

• Калий: ³⁹K, ⁴⁰K, ⁴¹K.

Таким образом, изотопы представляют собой разновидности атомов одного элемента, отличающиеся количеством нейтронов, но сохраняющие одинаковый заряд ядра.

Стр. 135

Примените свои знания

4. Рассчитайте число нейтронов в ядрах атомов: ¹⁵N, ¹⁹F, ²⁷Al, ³⁷Cl, ¹⁰⁸Ag.

Число нейтронов в атоме определяется по формуле: N = A - Z, где A — массовое число (верхний индекс), Z — порядковый номер элемента (число протонов).

• ¹⁵N (азот, Z = 7): N = 15 - 7 = 8

• ¹⁹F (фтор, Z = 9): N = 19 - 9 = 10

• ²⁷Al (алюминий, Z = 13): N = 27 - 13 = 14

• ³⁷Cl (хлор, Z = 17): N = 37 - 17 = 20

• ¹⁰⁸Ag (серебро, Z = 47): N = 108 - 47 = 61

5. Вместо символа X запишите соответствующее число или символ химического элемента: ²²Mg, ⁵⁶X, ²⁷X, ¹³X.

Определяем элементы по их массовому числу A и порядковому номеру Z (число протонов):

• ²²Mg → Магний (Mg), Z = 12.

• ⁵⁶X → По таблице Менделеева, Z = 26 (железо, Fe).

• ²⁷X → Z = 13 (алюминий, Al).

• ¹³X → Z = 6 (углерод, C).

6. Определите, сколько различных молекул хлороводорода можно составить из природного изотопа водорода ¹H и двух природных изотопов хлора ³⁵Cl и ³⁷Cl. Рассчитайте их относительные молекулярные массы.

Природные изотопы:

• Водород: ¹H

• Хлор: ³⁵Cl и ³⁷Cl

Возможные молекулы хлороводорода (HCl):

1. H³⁵Cl

2. H³⁷Cl

Расчёт относительных молекулярных масс:

• H³⁵Cl → 1 + 35 = 36 а.е.м.

• H³⁷Cl → 1 + 37 = 38 а.е.м.

7. Относительная атомная масса брома, приведённая в таблице Д. И. Менделеева, равна 80. Однако изотопа с таким массовым числом не существует. В природе бром представлен изотопами ⁷⁹Br и ⁸¹Br. Рассчитайте число нейтронов в ядрах этих изотопов.

⁷⁹Br (Z = 35): N = 79 - 35 = 44

⁸¹Br (Z = 35): N = 81 - 35 = 46

8. Определите количество протонов, нейтронов и электронов в атомах следующих изотопов: ¹²C, ¹¹B, ³⁶Cl, ⁷³Ge.

Стр. 136

Используйте дополнительную информацию

9. Подготовьте сообщение и презентацию на тему «Эволюция представлений о сложном строении атома».

Сообщение

Эволюция представлений о сложном строении атома

История науки показывает, что представления о строении атома изменялись по мере накопления знаний и развития технологий. Первые гипотезы о существовании атомов появились ещё в Древней Греции. Философы Левкипп и Демокрит считали, что весь мир состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов, которые движутся в пустоте и соединяются, образуя видимые вещества. Эти идеи долгое время оставались лишь философскими рассуждениями, не имея экспериментального подтверждения.

В начале XIX века Джон Дальтон предложил первую научную атомную теорию, основанную на химических экспериментах. Он утверждал, что атомы — это мельчайшие частицы вещества, которые не могут быть разделены, обладают определённой массой и соединяются в чётких пропорциях, образуя химические соединения. Однако в конце XIX века открытия в области электричества и радиации показали, что атомы не являются неделимыми.

В 1897 году Джозеф Джон Томсон открыл электрон — отрицательно заряженную элементарную частицу, что привело к появлению новой модели строения атома. Согласно модели Томсона, атом представляет собой положительно заряженную сферу, внутри которой хаотично распределены электроны. Эта модель получила название «пудинга с изюмом», так как электроны напоминали изюм, распределённый в положительно заряженной «массе». Однако позже было доказано, что эта модель не объясняет ряд экспериментальных данных.

В 1911 году Эрнест Резерфорд, проводя эксперимент с рассеянием α-частиц на тонкой золотой фольге, пришёл к выводу, что атом состоит из массивного положительно заряженного ядра, вокруг которого движутся электроны. Так была предложена планетарная модель атома, сравниваемая с Солнечной системой: ядро играло роль Солнца, а электроны двигались по орбитам, подобно планетам. Однако эта модель не объясняла, почему электроны, двигаясь по орбитам, не теряют энергию и не падают на ядро.

В 1913 году Нильс Бор уточнил модель Резерфорда, предложив концепцию квантовых орбит. Он предположил, что электроны могут находиться только на определённых энергетических уровнях, переходя между ними при поглощении или испускании энергии. Эта модель объясняла спектры излучения атомов, но всё ещё имела недостатки.

В 1926 году Эрвин Шрёдингер разработал современную квантово-механическую модель атома, в которой электроны рассматриваются не как частицы, движущиеся по жёстким орбитам, а как волны вероятности. В этой модели появилось понятие электронных облаков (орбиталей), характеризующих область пространства, где с наибольшей вероятностью может находиться электрон. Квантовая механика позволила объяснить не только строение атома, но и химические свойства элементов, взаимодействие атомов и образование химических связей.

Современная наука продолжает изучать строение атома. Новейшие исследования в области физики элементарных частиц и ядерных взаимодействий открывают новые горизонты в понимании структуры материи. Несмотря на множество открытий, остаётся ещё много нерешённых вопросов о природе элементарных частиц, сил, удерживающих ядро, и возможности существования новых форм материи.