Глава ii. будова атомів та періодичний закон. Поговоримо про те, як знайти протони, нейтрони та електрони
Протон - стабільна частка класу адронів, ядро атома водню.
Важко сказати, яку подію можна вважати відкриттям протона: адже як іон водню він був відомий вже давно. У відкритті протона зіграли роль і створення Е. Резерфордом планетарної моделі атома (1911), і відкриття ізотопів (Ф. Содді, Дж. Томсон, Ф. Астон, 1906-1919), і спостереження ядер водню, вибитих альфа-частинками з ядер азоту (Е. Резерфорд, 1919). У 1925 р. П. Блекетт отримав у камері Вільсона перші фотографії слідів протона, підтвердивши відкриття штучного перетворення елементів. У цих дослідах?-Частина захоплювалася ядром азоту, яке випускало протон і перетворювалося в ізотоп кисню.
Разом з нейтронами протони утворюють атомні ядра всіх хімічних елементів, Причому число протонів в ядрі визначає атомний номер даного елемента. Протон має позитивний електричний заряд, що дорівнює елементарному заряду, тобто. абсолютної величинизаряду електрона. Це перевірено експериментально з точністю до 10-21. Маса протона mp = (938,2796 ± 0,0027) МеВ або ~ 1,6-10-24 г, тобто протон у 1836 разів важчий за електрон! З сучасного погляду протон не є істинно елементарною частинкою: він складається з двох u-кварків з електричними зарядами +2/3 (в одиницях елементарного заряду) та одного d-кварка з електричним зарядом -1/3. Кварки пов'язані між собою обміном іншими гіпотетичними частинками - глюонами, квантами поля, що переносить сильні взаємодії. Дані експериментів, у яких розглядалися процеси розсіювання електронів на протонах, дійсно свідчать про наявність усередині протонів точкових центрів, що розсіюють. Ці досліди у певному сенсі дуже схожі на досліди Резерфорда, що призвели до відкриття атомного ядра. Будучи складовою, протон має кінцеві розміри ~ 10-13 см, хоча, зрозуміло, його не можна представляти як тверда кулька. Скоріше, протон нагадує хмару з розмитим кордоном, що складається з віртуальних частинок, що народжуються і анігілюють. Протон, як і всі адрони, бере участь у кожному з фундаментальних взаємодій. Так. сильні взаємодії пов'язують протони та нейтрони в ядрах, електромагнітні взаємодії - протони та електрони в атомах. Прикладами слабких взаємодій можуть служити бета-розпад нейтрону або внутрішньоядерне перетворення протона в нейтрон з випромінюванням позитрону і нейтрино (для вільного протона такий процес неможливий в силу закону збереження та перетворення енергії, оскільки нейтрон має дещо більшу масу). Спин протону дорівнює 1/2. Адрони з напівцілим спином називаються баріонами (від грецького слова, що означає "важкий"). До баріонів відносяться протон, нейтрон, різні гіперони (?,?,?,?) і ряд частинок з новими квантовими числами, більшість з яких ще не відкрита. Для характеристики баріонів введено особливу кількість - баріонний заряд, рівний 1 для баріонів, - 1 - для антибаріонів і - для всіх інших частинок. Баріонний заряд не є джерелом баріонного поля, він введений лише для опису закономірностей, що спостерігалися в реакціях з частинками. Ці закономірності виражаються як закону збереження баріонного заряду: різниця між числом баріонів і антибаріонів у системі зберігається у будь-яких реакціях. Збереження баріонного заряду унеможливлює розпад протона, бо він найлегший з баріонів. Цей закон має емпіричний характер і, безумовно, повинен бути перевірений на експерименті. Точність закону збереження баріонного заряду характеризується стабільністю протона, експериментальна оцінка часу життя якого дає значення щонайменше 1032 років.
У той самий час у теоріях, що об'єднують всі види фундаментальних взаємодій, передбачаються процеси, які призводять до порушення баріонного заряду і розпаду протона. Час життя протона у таких теоріях вказується дуже точно: приблизно 1032±2 років. Цей час величезний, він набагато більше часу існування Всесвіту (~ 2*1010 років). Тому протон практично стабільний, що уможливило утворення хімічних елементів і зрештою поява розумного життя. Проте пошуки розпаду протона представляють нині одне з найважливіших завдань експериментальної фізики. За часу життя протона ~ 1032 років обсягом води 100 м3 (1 м3 містить ~ 1030 протонів) слід очікувати розпаду одного протона на рік. Залишається лише зареєструвати цей розпад. Відкриття розпаду протона стане важливим кроком до правильного розуміння єдності природних сил.
Нейтрон - нейтральна частка, що відноситься до класу адронів. Відкритий 1932 р. англійським фізиком Дж. Чедвіком. Разом із протонами нейтрони входять до складу атомних ядер. Електричний заряднейтрону qn дорівнює нулю. Це підтверджується прямими вимірами заряду з відхилення пучка нейтронів у сильних електричних полях, Що показали, що | qn |<10-20e (здесь е -- элементарный электрический заряд, т. е. абсолютная величина заряда электрона). Косвенные данные дают оценку |qn|< 2?10-22 е. Спин нейтрона равен 1/2. Как адрон с полуцелым спином, он относится к группе барионов. У каждого бариона есть античастица; антинейтрон был открыт в 1956 г. в опытах по рассеянию антипротонов на ядрах. Антинейтрон отличается от нейтрона знаком барионного заряда; у нейтрона, как и у протона, барионный заряд равен +1.Как и протон и прочие адроны, нейтрон не является истинно элементарной частицей: он состоит из одного u-кварка с электрическим зарядом +2/3 и двух d-кварков с зарядом - 1/3, связанных между собой глюонным полем.
Нейтрони стійкі лише у складі стабільних атомних ядер. Вільний нейтрон - нестабільна частка, що розпадається на протон (р), електрон (е-) та електронне антинейтрино. Час життя нейтрону становить (917 ?14) з, тобто близько 15 хв. У речовині у вільному вигляді нейтрони існують набагато менше внаслідок сильного поглинання їх ядрами. Тому вони виникають у природі або виходять у лабораторії лише внаслідок ядерних реакцій.
За енергетичним балансом різних ядерних реакцій визначено величину різниці мас нейтрону і протону: mn-mp(1,29344±0,00007) МеВ. Зі зіставлення її з масою протона отримаємо масу нейтрону: mn = 939,5731 ± 0,0027 МеВ; це відповідає mn ~ 1,6-10-24. Нейтрон бере участь у всіх видах фундаментальних взаємодій. Сильні взаємодії пов'язують нейтрони та протони в атомних ядрах. Приклад слабкої взаємодії - бета-розпад нейтрону.
Чи бере участь ця нейтральна частка в електромагнітних взаємодіях? Нейтрон має внутрішню структуру, і в ньому за загальної нейтральності існують електричні струми, що призводять, зокрема, до появи у нейтрона магнітного моменту. Іншими словами, в магнітному полі нейтрон веде себе подібно до стрілки компаса. Це лише один із прикладів його електромагнітної взаємодії. Великий інтерес набули пошуки дипольного електричного моменту нейтрону, для якого було отримано верхню межу. Тут найефективніші досліди вдалося поставити вченим Ленінградського інституту ядерної фізики АН СРСР; пошуки дипольного моменту нейтронів є важливими для розуміння механізмів порушення інваріантності щодо обігу часу в мікропроцесах.
Гравітаційні взаємодії нейтронів спостерігалися безпосередньо їх падіння у полі тяжіння Землі.
Зараз прийнято умовну класифікацію нейтронів щодо їх кінетичної енергії:
повільні нейтрони (<105эВ, есть много их разновидностей),
швидкі нейтрони (105?108еВ), високоенергійні (>108еВ).
Дуже цікавими властивостями мають дуже повільні нейтрони (10-7еВ), які отримали назву ультрахолодних. Виявилося, що ультрахолодні нейтрони можна накопичувати в «магнітних пастках» і навіть орієнтувати там їхні спини у певному напрямку. За допомогою магнітних полів спеціальної конфігурації ультрахолодні нейтрони ізолюються від стінок, що поглинають, і можуть «жити» в пастці, поки не розпадуться. Це дозволяє проводити багато тонких експериментів з вивчення властивостей нейтронів. Інший метод зберігання ультрахолодних нейтронів ґрунтується на їх хвильових властивостях. Такі нейтрони можна просто зберігати у замкнутому «банку». Ця ідея була висловлена радянським фізиком Я. Б. Зельдовичем наприкінці 1950-х рр., і перші результати були отримані в Дубні в інституті ядерних досліджень майже через десятиліття.
Нещодавно вченим вдалося побудувати посудину, в якій ультрахолодні нейтрони живуть до свого природного розпаду.
Вільні нейтрони здатні активно взаємодіяти з атомними ядрами, спричиняючи ядерні реакції. В результаті взаємодії повільних нейтронів з речовиною можна спостерігати резонансні ефекти, дифракційне розсіювання в кристалах тощо. Завдяки цим своїм особливостям нейтрони широко використовуються в ядерній фізиці та фізиці твердого тіла. Вони відіграють важливу роль у ядерній енергетиці, у виробництві трансуранових елементів та радіоактивних ізотопів, знаходять практичне застосування у хімічному аналізі та в геологічній розвідці.
Назва «атом» з грецької перекладається як «неподільний». Все навколо нас – тверді речовини, рідини та повітря – побудовано з мільярдів цих частинок.
Поява версії про атом
Вперше про атоми стало відомо в V столітті до нашої ери, коли грецький філософ Демокріт припустив, що матерія складається з крихітних частинок, що рухаються. Але тоді не було змоги перевірити версію їхнього існування. І хоча ніхто не міг побачити ці частинки, ідея обговорювалася, адже тільки так вчені могли пояснити процеси, що відбуваються у реальному світі. Тому вони вірили у існування мікрочастинок задовго доти, коли змогли довести цей факт.
Лише у ХІХ ст. вони почали аналізуватися як дрібні складові хімічних елементів, мають конкретні властивості атомів — здатність вступати у сполуки коїться з іншими у строго призначеному кількості. На початку XX століття вважалося, що атоми - мінімальні частинки матерії, доки було доведено, що вони складаються з ще менших одиниць.
Із чого складається хімічний елемент?
Атом хімічного елемента - мікроскопічна будівельна цегла матерії. Визначальною ознакою цієї мікрочастинки стала молекулярна маса атома. Тільки відкриття періодичного закону Менделєєва довело, що й види є різноманітні форми єдиної матерії. Вони настільки малі, що їх неможливо побачити, застосовуючи звичайні мікроскопи, лише найпотужніші електронні прилади. Для порівняння, волосинка на руці людини в мільйон разів ширша.
Електронна структура атома має ядро, що складається з нейтронів та протонів, а також електронів, які здійснюють оберти навколо центру на постійних орбітах, як планети навколо своїх зірок. Усі вони скріплені електромагнітною силою, однією з чотирьох головних у всесвіті. Нейтрони – це частинки з нейтральним зарядом, протони наділені позитивним, а електрони – негативним. Останні притягуються до позитивно заряджених протонів, тому їм властиво залишатися на орбіті.
Структура атома
У центральній частині є ядро, що заповнює мінімальну частину атома. Але дослідження показують, що майже вся маса (99.9%) розташована саме у ньому. Кожен атом містить протони, нейтрони, електрони. Число електронів, що обертаються в ньому дорівнює позитивному центральному заряду. Частинки з однаковим зарядом ядра Z, але різними атомною масою А і числом нейтронів в ядрі N називаються ізотопами, і з однаковою А і різними Z і N - ізобарами. Електрон - мінімальна частка речовини з негативним електричним зарядом е = 1,6 · 10-19 кулона. Заряд іона визначає кількість втрачених чи доданих електронів. Процес метаморфози нейтрального атома в заряджений іон називається іонізацією.
Нова версія моделі атома
Фізики відкрили на сьогоднішній день безліч інших елементарних частинок. Електронна структура атома має нову версію.
Вважається, що протони і нейтрони, хоч би якими маленькими вони були, складаються з найменших частинок, які називаються - кварки. Вони становлять нову модель побудови атома. Як раніше вчені збирали докази існування попередньої моделі, так і сьогодні намагаються довести існування кварків.
РТМ – прилад майбутнього
Сучасні вчені можуть побачити на моніторі комп'ютера атомні частинки речовини, а також рухати їх поверхнею, використовуючи спеціальний інструмент, який зветься растровий тунельний мікроскоп (РТМ).
Це комп'ютеризованийінструмент із наконечником, який дуже обережно рухається біля поверхні матеріалу. Коли наконечник рухається, електрони переміщуються крізь проміжок між наконечником і поверхнею. Хоча матеріал виглядає гладким, насправді він нерівний на атомному рівні. Комп'ютер робить карту поверхні речовини, створюючи образ її частинок, і вчені таким чином можуть побачити властивості атома.
Радіоактивні частки
Негативно заряджені іони кружляють навколо ядра досить великій відстані. Структура атома така, що він справді нейтральний і немає електричного заряду, оскільки всі його частинки (протони, нейтрони, електрони) перебувають у балансі.
Радіоактивний атом – це елемент, який можна легко розщепити. Центр його складається з безлічі протонів та нейтронів. Виняток є лише схема атома водню, який має один єдиний протон. Ядро оточує хмару електронів, саме їхнє тяжіння змушує обертатися навколо центру. Протони однаковим зарядом відштовхують один одного.
Це не проблема для більшості невеликих частинок, які мають їх кілька. Але деякі з них нестабільні, особливо це стосується великих за розміром, таких як уран, що має 92 протони. Іноді його центр не витримує такого навантаження. Радіоактивними вони називаються через те, що викидають кілька частинок зі свого ядра. Після того, як нестабільне ядро позбавилося протонів, ті, що залишилися, утворюють нове дочірнє. Вона може бути стабільною залежно від кількості протонів у новому ядрі, а може ділитися далі. Цей процес триває доти, доки не залишиться стабільне дочірнє ядро.
Властивості атомів
Фізико-хімічні властивості атома закономірно змінюються від одного елемента до іншого. Вони визначаються такими основними параметрами.
Атомна маса. Оскільки основне місце мікрочастинки займають протони і нейтрони, сума їх обумовлює число, що виражають у атомних одиницях маси (а.е.м.) Формула: A = Z + N.
Атомний радіус. Радіус залежить від розташування елемента в системі Менделєєва, хімічного зв'язку, кількості атомів-сусідів та квантовомеханічної дії. Радіус ядра в сто тисяч разів менший за радіус самого елемента. Структура атома може позбавлятися електронів і перетворюватися на позитивний іон або додавати електрони, і ставати негативним іоном.
У Менделєєва будь-який хімічний елемент займає своє місце. У таблиці розмір атома зростає при переміщенні згори донизу і зменшується при переміщенні зліва направо. Виходячи з цього, найменший елемент це гелій, а найбільший цезій.
Валентність. Зовнішня електронна оболонка атома називається валентною, а електрони в ній отримали відповідну назву – валентні електрони. Їхня кількість встановлює те, як атом з'єднується з іншими за допомогою хімічного зв'язку. Спосіб створення останньої мікрочастинки намагаються наповнити свої зовнішні валентні оболонки.
Гравітація, тяжіння – це сила, яка тримає планети на орбіті, через неї випущені з рук предмети падають на підлогу. Людина більше помічає гравітацію, але електромагнітна дія набагато потужніша. Сила, яка притягує (або відштовхує) заряджені частинки в атомі, у 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 разів потужніша, ніж гравітація в ньому. Але в центрі ядра існує ще могутніша сила, здатна утримувати протони і нейтрони разом.
Реакції у ядрах створюють енергію як у ядерних реакторах, де атоми розщеплюються. Чим важчий елемент, тим із більшої кількості частинок побудовані його атоми. Якщо скласти загальну кількість протонів та нейтронів в елементі, дізнаємось його масу. Наприклад, Уран, найважчий елемент, що є в природі, має атомну масу 235 або 238.
Розподіл атома на рівні
Атома - це величина простору навколо ядра, де рухається електрон. Усього існує 7 орбіталей, що відповідають числу періодів у таблиці Менделєєва. Чим більш віддалене розташування електрона від ядра, тим більшим резервом енергії він володіє. Номер періоду вказує на число довкола його ядра. Наприклад, Калій - елемент 4 періоду, отже, він має 4 енергетичні рівні атома. Номер хімічного елемента відповідає його заряду та числу електронів навколо ядра.
Атом – джерело енергії
Напевно, найзнаменитіша наукова формула відкрита німецьким фізиком Ейнштейном. Вона стверджує, що маса є не що інше, як форма енергії. Виходячи з цієї теорії, можна перетворити матерію на енергію і розрахувати за формулою, скільки її можна отримати. Першим практичним результатом такого перетворення стали атомні бомби, які спочатку випробували в пустелі Лос-Аламос (США), а потім вибухнули над японськими містами. І хоча тільки сьома частина вибухової речовини перетворилася на енергію, руйнівна сила атомної бомби була жахливою.
Для того, щоб ядро звільнило свою енергію, воно повинно зруйнуватися. Щоб його розщепити, необхідно подіяти нейтроном зовні. Тоді ядро розпадається на два інші, легші, забезпечуючи при цьому величезний викид енергії. Розпад призводить до звільнення інших нейтронів, які продовжують розщеплювати інші ядра. Процес перетворюється на ланцюгову реакцію, у результаті створюючи величезну кількість енергії.
Плюси та мінуси використання ядерної реакції в наш час
Руйнівну силу, що звільняється під час перетворення матерії, людство намагається приручити на атомних станціях. Тут ядерна реакція відбувається над вибуху, бо як поступова віддача тепла.
Виробництво атомної енергії має свої плюси та мінуси. На думку вчених, щоб підтримувати нашу цивілізацію на високому рівні, необхідно використати це величезне джерело енергії. Але слід враховувати і те, що навіть найсучасніші розробки не можуть гарантувати повну безпеку атомних електростанцій. Крім того, отримані в процесі виробництва енергії при неналежному зберіганні можуть позначатися на наших нащадках упродовж десятків тисяч років.
Після аварії на Чорнобильській АЕС дедалі більше людей вважає виробництво атомної енергії дуже небезпечним для людства. Єдиною безпечною електростанцією такого роду є Сонце зі своєю ядерною енергією величезної потужності. Вчені розробляють різні моделі сонячних батарей, і, можливо, в недалекому майбутньому людство зможе забезпечити себе безпечною атомною енергією.
Поговоримо про те, як знайти протони, нейтрони та електрони. В атомі існує три види елементарних частинок, причому кожна має свій елементарний заряд, масу.
Будова ядра
Для того щоб зрозуміти, як знайти протони, нейтрони та електрони, представимо Воно є основною частиною атома. Усередині ядра розташовуються протони і нейтрони, які називаються нуклонами. Усередині ядра ці частинки можуть переходити одна в одну.
Наприклад, щоб знайти протони, нейтрони та електрони необхідно знати його порядковий номер. Якщо врахувати, що цей елемент очолює періодичну систему, то його ядрі міститься один протон.
Діаметр атомного ядра становить десятитисячну частку всього обсягу атома. У ньому зосереджена переважна більшість всього атома. По масі ядро перевищує у тисячі разів суму всіх електронів, що є в атомі.
Характеристика частинок
Розглянемо, як знайти протони, нейтрони та електрони в атомі, і дізнаємося про їх особливості. Протон - це відповідає ядру атома водню. Його маса перевищує електрон у 1836 разів. Для визначення одиниці електрики, що проходить через провідник із заданим поперечним перерізом, використовують електричний заряд.
У кожного атома в ядрі розташовується певна кількість протонів. Воно є постійною величиною, що характеризує хімічні та фізичні властивості даного елемента.
Як знайти протони, нейтрони та електрони в атомі вуглецю? Порядковий номер хімічного елемента 6, отже, в ядрі міститься шість протонів. Відповідно до планетарної навколо ядра орбітами рухається шість електронів. Для визначення кількість нейтронів значення вуглецю (12) віднімаємо кількість протонів (6), отримуємо шість нейтронів.
Для атома заліза число протонів відповідає 26, тобто цей елемент має 26 порядковий номер у таблиці Менделєєва.
Нейтрон є електрично нейтральною частинкою, нестабільною у вільному стані. Нейтрон здатний мимоволі перетворюватися на позитивно заряджений протон, випускаючи при цьому антинейтрино і електрон. Середній період напіврозпаду становить 12 хвилин. Масове число - це сумарне значення кількості протонів та нейтронів усередині ядра атома. Спробуємо з'ясувати, як знайти протони, нейтрони та електрони в іоні? Якщо атом під час хімічної взаємодії з іншим елементом набуває позитивного ступеня окислення, то число протонів і нейтронів у ньому не змінюється, менше стає тільки електронів.
Висновок
Існувала кілька теорій, що стосуються будови атома, але жодна з них не була життєздатною. До версії, створеної Резерфордом, був детального пояснення про розташування всередині ядра протонів і нейтронів, і навіть про обертанні круговими орбітами електронів. Після появи теорії планетарної будови атома у дослідників з'явилася можливість не лише визначати кількість елементарних частинок в атомі, а й передбачати фізичні та хімічні властивості конкретного хімічного елемента.
А також скласти електронну формулу. І тому знадобиться лише періодична система хімічних елементів Д.І. Менделєєва, яка є обов'язковим довідковим матеріалом.
Таблиця Д.І. Менделєєва розділена на групи (розташовуються вертикально), яких всього вісім, і навіть на періоди, розташовані горизонтально. Кожен має свій порядковий та відносну атомну масу, що зазначено у кожній періодичній таблиці. Кількість протонів(р) та електронів (ē) чисельно збігаються з порядковим номером елемента. Для визначення числа нейтронів(n) необхідно відносну атомну масу (Ar) відняти номер хімічного елемента.
Приклад №1. Обчисліть кількість протонів, електронів та нейтроніватома хімічного елемента № 7. Хімічний елемент № 7 – це азот (N). Спочатку визначте кількість протонів(Р). Якщо порядковий номер 7, то буде 7 протонів. Враховуючи, що це число збігається з кількістю негативно заряджених частинок, електронів (ē) також буде 7. Для визначення числа нейтронів(n) з відносної атомної маси (Ar(N) = 14) відніміть порядковий номер азоту (№ 7). Отже, 14 – 7 = 7. У загальному вигляді вся інформація має такий вигляд: р = +7; ē = -7; n = 14-7 = 7.
Приклад №2. Обчисліть кількість протонів, електронів та нейтроніватома хімічного елемента № 20. Хімічний елемент № 20 це кальцій (Са). Спочатку визначте кількість протонів(Р). Якщо порядковий номер 20, отже, буде 20 протонів. Знаючи, що це число збігається з кількістю негативно заряджених частинок, значить, електронів (ē) теж буде 20. Для визначення числа нейтронів(n) із відносної атомної маси (Ar (Са) = 40) відніміть порядковий номер (№ 20). Отже, 40 – 20 = 20. У загальному вигляді вся інформація виглядає таким чином: р = +20; ē = -20;
Приклад №3. Обчисліть кількість протонів, електронів та нейтроніватома хімічного елемента № 33. Хімічний елемент № 33 – це миш'як (As). Спочатку визначте кількість протонів(Р). Якщо порядковий номер 33, то буде 33 . Враховуючи, що це число збігається з кількістю негативно заряджених частинок, електронів (ē) теж буде 33. нейтронів(n) з відносної атомної маси (Ar(As) = 75) відніміть порядковий номер азоту (№ 33). Отже, 75 – 33 = 42. У загальному вигляді вся інформація виглядає таким чином: р = +33; ē = -33;
Зверніть увагу
Відносну атомну масу, зазначену у таблиці Д.І. Менделєєва, необхідно округляти до цілого числа.
Джерела:
- протон і нейтрони складають відповідь
Колбу відставте убік для остигання. Достатньо півтори-дві хвилини. В іншому випадку утворюється нерозчинний осад.
Лійте по стінці воду, промиваючи нею лійку. Збовтайте до повного змішування, підігріваючи колбу за потреби.
Зберіть , приєднайте приймач. У приймач пустіть 10 мл 0,01 зв. розчину сірчаної кислоти Внесіть одну або дві краплі метилроту. Після з'єднання всіх інгредієнтів, додайте водоструминний насос до приймача.
Через десять хвилин перегонку припиніть. Закрийте водоструйний кран, відкрийте пробку приймача, змийте сірчану кислоту з кінця холодильної трубки. Замініть іншим приймачем з таким самим об'ємом 0,01 н. розчину сірчаної кислоти, зробіть другу перегонку.
Висновок: 1 мл 0,01 зв. сірчаної кислоти або їдкого натрію відповідає 0,14 мг.
Різниця між кількістю сірчаної кислоти, поміщеної в приймач, і кількістю їдкого натрію, взятого при титруванні, вироблена на 0,14 мг, дорівнює кількості залишкового азоту в досліджуваному 1 мл крові. Щоб показати кількість азоту -, треба помножити на 100.
Валентність- Це здатність хімічних елементів утримувати певну кількість атомів інших елементів. У той самий час, це число зв'язків, утворене даним атомом коїться з іншими атомами. Визначити валентність досить легко.
Інструкція
Зверніть увагу, що валентність атомів одних елементів постійна, а інших - змінна, тобто, має властивість змінюватися. Наприклад, водень у всіх сполуках одновалентний, оскільки утворює лише одну . Кисень здатний утворювати два зв'язки, будучи двовалентним. А ось може бути II, IV або VI. Все залежить від елемента, з яким вона з'єднується. Таким чином, сірка - елемент із змінною валентністю.
Зауважте, що у молекулах водневих сполук обчислити валентність дуже легко. Водень завжди одновалентний, а цей показник у пов'язаного з ним елемента дорівнюватиме кількості атомів водню в даній молекулі. Наприклад, у CaH2 кальцій буде двовалентний.
Запам'ятайте головне правило визначення валентності: добуток показника валентності атома будь-якого елемента та кількості його атомів у якійсь молекулі добутку показника валентності атома другого елемента та кількості його атомів у даній молекулі.
Подивіться на буквену формулу, що означає цю рівність: V1 x K1 = V2 x K2, де V - це валентність атомів елементів, а К - кількість атомів у молекулі. З її допомогою легко визначити показник валентності будь-якого елемента, якщо відомі інші дані.
Розгляньте приклад із молекулою оксиду сірки SО2. Кисень у всіх з'єднаннях двовалентний, тому, підставляючи значення в пропорцію: V кисню х Кисню = V сірки х Ксери, отримуємо: 2 х 2 = V сірки х 2. Від сюди V сірки = 4/2 = 2. Таким чином, валентність сірки в даній молекулі дорівнює 2.
Відео на тему
Електрон- Найлегша електрично заряджена частка, яка бере участь практично у всіх електричних явищах. Він, завдяки своїй малій масі, найбільш залучений до розвитку квантової механіки. Ці швидкі частки знайшли широке застосування у галузі сучасної науки та техніки.
Слово ἤλεκτρον – грецьке. Саме воно дало ім'я електрону. Перекладається це як «бурштин». У часи грецькі дослідники природи проводили різні експерименти, які полягали в шерстю шматків бурштину, які потім починали притягувати до себе різні дрібні предмети. Електроном названа негативно заряджена частка, яка є однією з основних одиниць, що становлять структуру речовини. Електронні оболонки атомів складаються з електронів, при цьому їх положення та число є визначальними хімічними властивостями речовини. Про кількість електронів в атомах різних речовин можна дізнатися з таблиці хімічних елементів, складеної Д.І. Менделєєвим. Число протонів в ядрі атома завжди дорівнює числу електронів, що має бути в електронній оболонці атома даної речовини. Електронви обертаються навколо ядра з величезною швидкістю, і тому вони не « » на ядро. Це наочно порівняно Місяцем, який не падає, незважаючи на те, що Земля її притягує. Сучасні уявлення фізики елементарних частинок свідчать про безструктурність та неподільність. Рух цих частинок у напівпровідниках дозволяє легко переносити і керувати енергією. Ця властивість повсюдно використовується в електроніці, побуті, промисловості та зв'язку. Незважаючи на те, що у провідниках швидкість руху електронів дуже маленька, електричне поле здатне поширюватися зі швидкістю світла. Завдяки цьому струм по всьому ланцюгу встановлюється моментально. Електроны, крім корпускулярних, мають ще хвильовими властивостями. Вони беруть участь у гравітаційній, слабкій та електромагнітній взаємодіях. Стійкість електрона випливає із законів енергії та збереження заряду. Ця частка - найлегша із заряджених, і тому не може ні на що розпастися. Розпад на частинки легші законом збереження заряду, але в більш важкі, ніж частинки заборонено законом збереження енергії. Про точність, з якою виконано закон збереження заряду, можна судити з того, що електрон, принаймні за десять років, свого заряду не втрачає.
Відео на тему
склад ядра атома. Розрахунок протонів та нейтронів
Згідно з сучасними уявленнями, атом складається з ядра та розташованих навколо нього електронів. Ядро атома, у свою чергу, складається з більш малих елементарних частинок з певної кількості протонів та нейтронів(загальна назва для яких – нуклони), пов'язаних між собою ядерними силами.
Кількість протоніву ядрі визначає будову електронної оболонки атома. А електронна оболонка визначає фізико-хімічні властивості речовини. Число протонів відповідає порядковому номеру атома в періодичній системі хімічних елементів Менделєєва, називається також зарядове число, атомний номер, атомне число. Наприклад, число протонів у атома Гелія - 2. У періодичній таблиці він стоїть під номером 2 і позначається як He 2 Символом для позначення кількості протонів служить латинська буква Z. При записі формул часто цифра, що вказує на кількість протонів, розташовується знизу від символу елемента або праворуч, або зліва: He 2/2 He.
Кількість нейтроніввідповідає певному ізотопу тієї чи іншої елемента. Ізотопи – це елементи з однаковим атомним номером (однаковою кількістю протонів та електронів), але з різним масовим числом. Масове число– загальна кількість нейтронів та протонів у ядрі атома (позначається латинською літерою А). При записі формул масове число вказується у верхній частині символу елемента з однієї зі сторін: He 4 2 / 4 2 He (Ізотоп Гелія – Гелій - 4)
Таким чином, щоб дізнатися кількість нейтронів у тому чи іншому ізотопі, слід від загального масового числа відібрати число протонів. Наприклад, нам відомо, що в атомі Гелія-4 He 4 2 міститься 4 елементарні частинки, так як масове число ізотопу - 4 . При цьому нам відомо, що He 4 2 має 2 протони. Відібравши від 4 (загальне масове число) 2 (у протонів) отримуємо 2 - кількість нейтронів в ядрі Гелія-4.
ПРОЦЕС РОЗРАХУНКУ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО В ЯДРІ АТОМА. Як приклад, ми не випадково розглянули Гелій-4 (He 4 2), ядро якого складається з двох протонів і двох нейтронів. Оскільки ядро Гелія-4, що називається альфа-частинкою (α-частинка) має найбільшу ефективність в ядерних реакціях, його часто використовують для експериментів у цьому напрямку. Слід зазначити, що у формулах ядерних реакцій часто замість He 4 2 використовується символ α.
Саме за участю альфа-часток була проведена Е. Резерфордом перша в офіційній історії фізики реакція ядерного перетворення. В ході реакції α-частинками (He 4 2) «бомбардувалися» ядра ізотопу азоту (N 14 7), внаслідок чого утворився ізотоп оксигену (O 17 8) та один протон (p 1 1)
Дана ядерна реакція виглядає так:
Здійснимо розрахунок кількості фантомних частинок До і після цього перетворення.
ДЛЯ РОЗРАХУНКУ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИК ПО НЕОБХІДНО:
Крок 1. Порахувати кількість нейтронів та протонів у кожному ядрі:
- кількість протонів вказано у нижньому показнику;
- кількість нейтронів дізнаємося, відібравши від загального масового числа (верхній показник) кількість протонів (нижній показник).
Крок 2. Порахувати кількість фантомних частинок По в атомному ядрі:
- помножити кількість протонів на кількість фантомних частинок, що містяться в 1 протоні;
- помножити кількість нейтронів на кількість фантомних частинок, що містяться в 1 нейтроні;
Крок 3. Скласти кількість фантомних частинок:
- Скласти отриману кількість фантомних частинок По в протонах з отриманою кількістю в нейтронах в ядрах до реакції;
- скласти отриману кількість фантомних частинок По в протонах з одержаною кількістю в нейтронах в ядрах після реакції;
- порівняти кількість фантомних частинок до реакції з кількістю фантомних частинок після реакції.
ПРИКЛАД РОЗВЕРНУТОГО ВИЧИСЛЕННЯ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО В ЯДРАХ АТОМІВ.
(Ядерна реакція за участю α-частки (He 4 2), проведена Е. Резерфордом у 1919 році)
ДО РЕАКЦІЇ (N 14 7 + He 4 2)
N 14 7
Кількість протонів: 7
Кількість нейтронів: 14-7 = 7
в 1 протоні - 12 По, значить у 7 протонах: (12 х 7) = 84;
у 1 нейтроні – 33 По, отже у 7 нейтронах: (33 х 7) = 231;
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 84+231 = 315
He 4 2
Кількість протонів – 2
Кількість нейтронів 4-2 = 2
Кількість фантомних частинок:
в 1 протоні - 12 По, значить у 2 протонах: (12 х 2) = 24
в 1 нейтроні - 33 По, значить у 2 нейтронах: (33 х 2) = 66
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 24+66 = 90
Разом, кількість фантомних частинок до реакції
N 14 7 + He 4 2
315 + 90 = 405
ПІСЛЯ РЕАКЦІЇ (O 17 8) та один протон (p 1 1):
O 17 8
Кількість протонів: 8
Кількість нейтронів: 17-8 = 9
Кількість фантомних частинок:
в 1 протоні - 12 По, значить у 8 протонах: (12 х 8) = 96
в 1 нейтроні – 33 По, отже, у 9 нейтронах: (9 х 33) = 297
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 96+297 = 393
p 1 1
Кількість протонів: 1
Кількість нейтронів: 1-1 = 0
Кількість фантомних частинок:
У 1 протоні – 12 По
Нейтрони відсутні.
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 12
Разом, кількість фантомних частинок після реакції
(O 17 8 + p 1 1):
393 + 12 = 405
Порівняємо кількість фантомних частинок До і після реакції:
ПРИКЛАД СКОРОЧЕНОЇ ФОРМИ ВИЧИСЛЕННЯ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО В ЯДЕРНІЙ РЕАКЦІЇ.
Відомою ядерною реакцією є реакція взаємодії α-часток з ізотопом берилію, на якій вперше був виявлений нейтрон, який проявив себе як самостійна частка в результаті ядерного перетворення. Ця реакція була здійснена в 1932 році англійським фізиком Джеймсом Чедвіком. Формула реакції:
213 + 90 → 270 + 33 - кількість фантомних частинок По в кожному з ядер
303 = 303 - загальна сума фантомних частинок По до та після реакції
Кількості фантомних частинок До і після реакції рівні.