Що визначає заряд ядра

0 Comments

✅Як визначити заряд ядра атома?

Щоб визначити заряд ядра атома, потрібно добре розбиратися в:

  • будові і структурі самого атома і його ядра;
  • розуміти основні закони фізики і хімії;
  • мати на озброєнні періодичну таблицю Менделєєва для визначення атомного числа хімічного елемента.

Для того, щоб знайти і розрахувати заряд ядра атома, потрібно:

Знання того, що мікроскопічна частка будь-якої речовини має в своїй структурі ядро ​​і електрони, які створюють біля нього оболонку у вигляді хмари. До складу ядра, своєю чергою, входять два види елементарних неподільних частинок: протони і нейрони, кожна з яких має власні властивості і характеристики.

Нейрони не мають в своєму арсеналі електронний заряд.

Це означає, що їх заряд не дорівнює і не більше або менше нуля. Протони, на відміну від своїх побратимів, несуть позитивний заряд.

Іншими словами, їх електричний заряд можна позначити як +1.

Електрони, які є невід’ємною частиною кожного атома, також несуть в собі певний вид електричного заряду. Вони є негативно зарядженими елементарними частинками, а на листі вони визначаються як -1.

Щоб обчислити заряд атома, потрібні знання про його:

  • структуру (ми тільки що згадали необхідні відомості);
  • кількість елементарних частинок в складі.

А для того, щоб дізнатися суму заряду атома, потрібно математичним способом додати кількість одних частинок (протонів) до інших (електрони).

Зазвичай, характеристика атома говорить про те, що він нейтральний. Іншими словами значення електронів прирівнюється до кількості протонів.

Підсумок такий – значення заряду такого атома дорівнює нулю.

Важливий нюанс: бувають ситуації, коли число позитивно і негативно заряджених елементарних частинок в ядрі може не бути рівним. Це говорить про те, що атом стає іоном з позитивним або негативним зарядом.

Це були основні поради та рекомендації для тих, хто намагається розібратися в основах природних науках. Ну і ще трохи формул.

Позначення ядра атома в науковій сфері виглядає як Ze.

Розшифрувати це досить просто: Z – це той номер, який присвоєно елементу у всім відомій таблиці Менделєєва, ще його називають порядковим або зарядним числом. І вказує цей номер на кількість протонів в ядрі атома, а “e” – це всього лише заряд протона.

У сучасній науці існують ядра з різним значенням зарядів: від 1 до 118.

Ще одне важливе поняття, яке потрібно знати юним хімікам – масове число. Це поняття вказує на загальну суму заряду нуклонів (це ті самі дрібні складові частини ядра атома хімічного елемента). І знайти це число можна, якщо скористатися формулою:

  • А – шукане масове число;
  • Z – кількість протонів;
  • N – значення нейтронів в ядрі.

Таблиця з поясненнями на тему “Як визначити заряд ядра атома”

ХарактеристикаОпис
Елементарний зарядЗаряд елементарної частинки в атомі називається елементарним зарядом і позначається e . Відомо, що е≈1.602×10−19 e ≈ 1.602 × 1 0 −19 Кл.
Заряд протона і електронаПротон має позитивний елементарний заряд, який дорівнює + e . Електрон має негативний елементарний заряд, який дорівнює − e .
Кількість протонів в ядріАтом має однакову кількість протонів і електронів, якщо він електрично неактивний (електрично збалансований). Кількість протонів визначається атомним номером Z .
Масове число та атомний номерМасове число A визначається сумою протонів та нейтронів у ядрі. Атомний номер Z визначається кількістю протонів у ядрі.
Формула для заряду ядраЗаряд ядра атома ( Q ) визначається сумою зарядів протонів ( Z ) та електронів ( e ) у ядрі. Формула: Q = Z ⋅ e .
Визначення заряду за експериментамиЗаряд ядра можна визначити експериментальними методами, такими як мас-спектрометрія та вивчення ядерних реакцій.
Електронейтральність атомаВ електронейтральному атомі сумарний заряд протонів у ядрі повинен дорівнювати сумарному заряду електронів у оболонці.
Ізотопи та їх вплив на зарядЯкщо атом є ізотопом, то кількість нейтронів у ядрі може відрізнятися, але електронейтральність атома зберігається.
Зарядовий стан у ядерних реакціяхУ ядерних реакціях може змінюватися заряд ядра, наприклад, у результаті викиду альфа-частинки чи захоплення електрону.

Ця таблиця надає загальний огляд методів та понять, які використовуються для визначення та розуміння заряду ядра атома.

§ 4. Будова атома

Складові частини атома. Уявлення давніх філософів про атом як найдрібнішу однорідну й неподільну частинку речовини не змінювалися протягом століть. Однак у другій половині XIX ст. вчені виявили, що в атомі містяться ще дрібніші частинки.

Із курсу хімії 7 класу вам відомо наступне:

  • атом — це найменша електронейтральна частинка речовини, яка складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів, що рухаються навколо нього (мал. 10);
  • величина заряду ядра і кількість електронів в атомі збігаються з порядковим (атомним) номером елемента;
  • ядро в десятки тисяч разів менше за атом;
  • майже вся маса атома зосереджена в ядрі.

Мал. 10. Модель атома Гідрогену — елемента № 1

Подальші дослідження будови атома на початку XX ст. показали, що в ядрі містяться частинки двох типів — протони 1 і нейтрони 2 . Їх загальна назва — нуклони 3 .

1 Термін походить від грецького слова prötos — перший, найпростіший.

2 Термін походить від латинського слова neutrum — ні те, ні інше.

3 Термін походить від латинського слова nucleus — ядро.

Протон має такий самий за значенням заряд, як і електрон, але позитивний: +1. Кількість протонів визначає заряд ядра атома і є такою самою, що й кількість електронів. Нейтрон — незаряджена частинка. Протон позначають р + , а нейтрон — n 0 .

Для характеристики частинок, які входять до складу атомів, як і для самих атомів, використовують не абсолютні, а відносні маси. Маси протона і нейтрона приблизно однакові і майже у 2000 разів більші за масу електрона. Значення відносних мас протона і нейтрона дорівнюють одиниці.

Отже, в атомі співіснують частинки трьох типів — із позитивним, негативним зарядами, а також ті, що не мають заряду (схема 1).

Електрони притягуються до ядра атома так званими електростатичними силами, однак не падають на нього, оскільки рухаються з високою швидкістю. Протони й нейтрони утримуються разом у ядрі завдяки дії особливих, «ядерних», сил. Природу цих сил повністю ще не з’ясовано.

Протонне і нуклонне числа. Кількість протонів в атомі називають протонним числом. Його вказують нижнім індексом зліва від символу елемента: 4Ве.

Складники атома

• Які значення протонних чисел мають елементи Флуор і Натрій?

Зважаючи на будову атома, можна дати таке означення хімічного елемента:

хімічний елемент — вид атомів із певним протонним числом.

Сумарну кількість протонів і нейтронів в атомі називають нуклонним числом. Його позначають літерою А, а значення записують верхнім індексом зліва від символу елемента: 9 Ве.

Кількість нейтронів дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами. Цих частинок в атомі Берилію налічується 9 – 4 = 5 (мал. 11).

Мал. 11. Модель атома Берилію

Існує двадцять хімічних елементів, у кожного з яких усі атоми мають однакові нуклонні числа (вони майже збігаються з відносними атомними масами, наведеними в періодичній системі):

Be, F, Na, Al, Р, Sc, Μn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Au, Bi.

• Визначте кількість протонів, нейтронів і електронів в атомах Флуору і Натрію.

Будь-який із решти елементів має атоми з різними нуклонними числами. Пояснення цьому ви знайдете в наступному параграфі.

Підсумуємо викладене вище і запишемо відповідні математичні вирази.

  • Оскільки атом електронейтральний, він містить однакову кількість протонів і електронів, що дорівнює порядковому номеру елемента:
  • Кількість нейтронів у будь-якому атомі становить різницю між нуклонним числом і кількістю протонів (електронів) або порядковим номером елемента:
  • Кількість нейтронів в атомах двадцяти елементів, указаних вище, можна обчислити, використавши значення відносних атомних мас:

Для 20 елементів

ВИСНОВКИ

Атом складається з ядра і електронів. Ядро має позитивний заряд; у ньому містяться протони та нейтрони і зосереджена майже вся маса атома. Кількість протонів та електронів в атомі однакова і збігається з порядковим номером елемента. Кількість нейтронів в атомі дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами.

  • 21. Які частинки входять до складу атома? Чим вони різняться? Який склад атомного ядра?
  • 22. Яких частинок у будь-якому атомі однакова кількість?
  • 23. Чи існують елементи, в атомах яких немає: а) протонів; б) нейтронів?
  • 24. Заповніть порожні клітинки в таблиці:

Кількість в атомі

порядковий номер (протонне число)

§ 11. Склад атомних ядер. Атомний номер елемента — заряд ядра його атома

На теперішній час у ядрі атома відкрито такі найважливіші елементарні частинки, як протони (позначають символом р) і нейтрони (позначають символом гі). Вони є різними станами однієї частинки — нуклона.

Різновид атомних ядер з певним числом протонів і нейтронів називають нуклідом.

Відомості про основні частинки, що входять до складу атома, наведено в таблиці 4.

Основні частинки, які утворюють атом

Частинка

Позначення

Автор і рік відкриття

Заряд

Масове число

Маса

кг

а.о.м.

Дж. Дж. Томсон, 1897

Е. Резерфорд, 1920

Протон — стабільна елементарна частинка з позитивним електричним зарядом +1 в одиницях елементарного електричного заряду й масою, що дорівнює 1 а.о.м. (або 1,66 · 10 -27 кг).

Існування протона передбачив і дав йому назву Е. Резерфорд.

Нейтрон — електрично нейтральна елементарна частинка також масою 1 а.о.м.

Невдовзі після відкриття нейтрона український учений Д. Д. Іваненко вперше запропонував протонно-нейтронну модель будови ядра атома, яку в подальшому розвинув німецький фізик В. Гейзенберг.

Відповідно до цієї моделі сумарна кількість протонів Ζ і нейтронів N у ядрі атома певного елемента дорівнює цілочисловому округленому значенню атомної маси, яке називають масовим, або нуклонним, числом атома А:

Масове число = число протонів + число нейтронів.

Оскільки маса кожного протона та нейтрона приблизно дорівнює 1 а.о.м., а маса електрона дуже мала, то масове число атома приблизно дорівнює його відносній атомній масі.

Число протонів у ядрі характеризує його заряд і дорівнює атомному (порядковому) номеру хімічного елемента, або протонному числу Ζ:

За цією формулою можна визначити число нейтронів:

Нуклонне та протонне числа позначають відповідно верхнім і нижнім індексами ліворуч від символу елемента, наприклад:

Через те що позитивний заряд протона й негативний заряд електрона однакові за абсолютним значенням, в атомі як в електронейтральній частинці число електронів в оболонці завжди дорівнює числу протонів у ядрі. Таким чином, позитивний заряд ядра визначає число електронів в електронній оболонці атома й тим самим усі властивості елемента, а також місце його розташування в періодичній системі. У цьому полягає фізичний зміст атомного номера елемента:

атомний номер елемента = числу протонів у ядрі = заряду ядра атома = числу електронів в атомі.

Отже, атом складається з ядра та електронів; ядро (нуклід), у свою чергу, складається з протонів та нейтронів і має позитивний заряд. Нуклідом називають різновид атомів.

Дмитро Дмитрович Іваненко

(1904-1994)

Видатний фізик-теоретик XX ст., автор протонно-нейтронної моделі атомного ядра. Народився в Полтаві. Навчався в Полтавському педагогічному інституті й Харківському університеті.

У 1929 р. очолив теоретичний відділ Українського фізико-технічного інституту. У 1930-1931 рр. — професор Харківського університету, завідувач кафедри теоретичної фізики Харківського механіко-машинобудівного інституту.

Ім’я Д. Д. Іваненка назавжди ввійшло в історію світової науки.

Приклад розв’язування задач

Скільки електронів, протонів і нейтронів міститься в атомі Йоду 127 І?

Йод має атомний номер 53, отже, атом Йоду містить 53 протони та 53 електрони. Визначимо число нейтронів у ядрі атома 127 І:

N = А – 53 = 127 – 53 = 74.

Відповідь: 53 електрони, 53 протони, 74 нейтрони.

Запитання та завдання

°1. Які елементарні частинки атома є різними станами однієї частинки — нуклона?

°2. Яку елементарну частинку атома називають протоном? нейтроном? Який заряд та яка маса кожної з них?

3. У чому сутність протонно-нейтронної моделі будови ядра атома? Який учений уперше її запропонував?

°4. Що таке масове, або нуклонне, число атома? За якою формулою його обчислюють?

5. Чому приблизно дорівнює масове число атома?

6. Що таке протонне число? Чому воно дорівнює?

7. Чому атом є електронейтральною частинкою?

8. Чому дорівнює число електронів в електронній оболонці атома?

9. У чому полягає фізичний зміст атомного номера елемента?

10. Атом Карбону містить 6 електронів. Чому дорівнює заряд: а) атома Карбону; б) ядра атома Карбону?

11. Ядро атома хімічного елемента містить два протони й два нейтрони. Запишіть позначення цього атома: укажіть хімічний символ, атомний номер (протонне число) і масове (нуклонне) число.

12. Скільки протонів і нейтронів містяться в ядрах атомів: а) Хлору; б) Цинку?