Занятие 2. Тема «Строение атома» Методические рекомендации Строение электронной оболочки

Занятие 2. Тема «Строение атома»
Методические рекомендации.
Строение электронной оболочки
Экспериментальные данные о наличии положительно заряженного ядра и его
расположения в атоме, были получены английским ученым Э. Резерфордом, который
предложил гипотезу о планетарном строении атома: т.е. атом это система из очень малого по
размерам ядра (10-12 –10-13 см), вокруг которого по круговым орбитам движется такое
количество электронов, что они своим отрицательным зарядом нейтрализуют положительный
заряд ядра.
Датский ученый Н. Бор в 1913 году на основе квантовой теории излучения М. Планка,
развил квантовую теорию строения атома согласно которой:
а) электрон может двигаться вокруг ядра атома не по любым орбитам, а только по вполне
определенным – дозволенным:
при движении электронов по этим, дозволенным орбитам, атом не излучает энергию,
излучение и поглощение энергии происходит при переходе электронов с одной орбиты на
другую
б) при этом энергия излучается порциями, или квантами, каждому из которых
соответствует определенная частота. Положению электрона на каждой из орбит соответствует
определенный запас энергии. Когда электрон движется по первой орбите, прочность его связи с
ядром максимальная, а запас энергии минимальный. Такое состояние атома называют
нормальным.
Если подвести энергию к атому, то электрон переместится на одну из более удаленных
орбит, при этом прочность связи его с ядром уменьшится, а запас энергии атома увеличится.
Такое состояние атома называют возбужденным.
В основе нового квантово-механического подхода к строению атома лежат два основных
пункта:
а) электрон можно рассматривать как частицу, которая при движении проявляет волновые
свойства.
б) электрон может находиться на любом расстоянии от ядра, однако вероятность его
пребывания в разных местах атома различна.
Развитие волновой механики привело к отказу от прежних представлений об
определенных электронных орбитах. Электрон может находиться в любой точке пространства
вокруг ядра. Поэтому квантовая механика вводит понятие электронного облака. Электронное
облако (орбиталь) имеет разную геометрическую форму.
Строение атомного ядра.
На основании тщательного изучения ядерных реакций советские физики Д.Д. Иваненко,
Е.П. Гапон и одновременно немецкий физик В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную
теорию строения атомного ядра. Согласно этой теории, атомные ядра состоят из протонов и
1
нейтронов. Оба вида частиц, объединяемых под общим названием нуклоны, обладают почти
одинаковой массой, равной 1 а.е. м.
Так как практически вся масса атомов сосредоточена в ядре, можно считать что, массовое
число – округленная относительная масса, А равно сумме протонов N (p) и нейтронов N(n):
A = N (p) + N(n)
Число нейтронов в ядре равно разности между массовым числом и числом протонов
N(n)= A – N (p)
Так, атомы водорода имеют массовые числа 1,2,3:
Ядра всех атомов содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, ядро
протия состоит из 1 протона, ядро дейтерия из 1 протона и одного нейтрона, ядро трития из 1
протона и 2 нейтронов.
Атому имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массовые числа называют изотопами.
В Периодической системе элементов Д.И. Менделеева, атомная масса элемента
указывается как средняя величина массовых чисел всех его изотопов, взятых в процентном
отношении, отвечающем их распространенности в природе.
Атомы различных изотопов одного и того же химического элемента, наряду с разными
ядерными свойствами имеют одинаковое строение электронной оболочки, поэтому химические
и физические свойства изотопов практически одинаковы. Изотопы занимают одно и то же
место в Периодической системе.
Пример 1. Какое количество вещества магния и сколько атомов магния содержится в
образце чистого магния массой 6 г? Какова масса одного атома магния?
Решение:
v(Mg) = m/M = 6/24 = 0,25 моль
N(атомов) = v * NA = 0,25 * 6,023 * 1023 = 1,506 * 1023 атомов
m (атома) = M / NA = 24/6,023 * 1023 = 3,985 * 10-23 г.
Ответ: v(Mg) = 0,25 моль; N(атомов) = 1,506 * 1023 атомов; m (атома) = 3,985 * 10-23 г.
Пример 2. Какие количества вещества сульфата натрия, атомов натрия, атомов серы и
атомов кислорода содержатся в 71 г сульфата натрия?
Решение:
M(Na2SO4) = 2 * M(Na) + M(S) + 4 * M(O) = 2 * 23 + 32 + 4 * 16 = 142 г/моль.
v(Na2SO4) = m/M = 71/142 = 0,5 моль.
1 моль Na2SO4 содержит 2 моль атомов натрия, 1 моль атомов серы и 4 моль атомов
кислорода:
v(Na) = 2 * v(Na2SO4) = 2 * 0,5 = 1 моль;
v(S) = v(Na2SO4) = 0,5 моль;
v(O) = 4 * v(Na2SO4) = 4 * 0,5 = 2 моль;
2
Ответ: v(Na2SO4) = 0,5 моль; v(Na) = 1 моль; v(S) = 0,5 моль; v(O) = 2 моль.
Пример 3. Определите суммарное число элементарных частиц(протонов, нейтронов и
электронов) содержащихся в 4,4 г изотопа бора с массовым числом 11.
Решение:
Аr = N + Z
Аr – относительная атомная масса, равная массовому числу изотопа и численно равная
молярной массе изотопа в г/моль; N – число нейтронов в ядре; Z – число протонов в ядре.
Равное числу электронов в нейтральном атоме и соответствующее атомному номеру элемента.
Аr = N + Z = 11 – 5 = 6
Один атом бора содержит 5 протонов, 5 электронов и 6 нейтронов – всего 16
элементарных частиц, следовательно, 1 моль атомов бора содержит 16 моль элементарных
частиц.
v(В) = m/M = 4,4/11 = 0,4 моль
v(элементарных частиц) = 16 * v(В) = 16 * 0,4 = 6,4 моль
N(элементарных частиц) = v(элементарных частиц) * NA = 6,4 * 6,023 * 1023 = 3,855 * 1024
Ответ: в 4,4 г бора содержится 3,855 * 1024 элементарных частиц.
3