Атом определяется как наименьшая частица элемента, обладающая теми же свойствами, что и этот элемент. Узнайте об основных компонентах атома (протонах, нейтронах и электронах), характеристиках каждого компонента и о том, как определить атомный номер и массовое число атома.
Субатомные частицы
Атом . — это наименьшая частица элемента, которая обладает теми же свойствами, что и этот элемент. Помните, что элемент — это чистое вещество, состоящее только из атомов одного типа. Томсон, Резерфорд и Милликен (все ученые) открыли, что атомы состоят из еще более мелких частиц, называемых субатомными частицами .
Периодическая таблица элементов Менделеева
Этот урок будет посвящен трем основным субатомным частицам: протону, нейтрону и электрону. По мере прохождения этого урока я настоятельно рекомендую иметь перед собой периодическую таблицу Менделеева в качестве справочного материала. Периодическая таблица представляет собой организованный справочник всех известных элементов, расположенных в соответствии с их свойствами.
Протоны
Протоны, вероятно, являются одной из самых важных частей атома. Количество протонов в атоме определяет, к какому типу относится этот элемент. Например, все атомы, имеющие только один протон, будут атомами водорода.
Найдите водород в верхней левой части периодической таблицы. Вы должны заметить несколько вещей об этом элементе. Он обозначается - H. Это химический символ водорода. Каждый элемент имеет свой символ-обозначение. Вы также должны заметить, что номер один отображается в поле на видном месте. Это указывает на количество протонов, которые имеют атомы этого элемента. Вы можете быстро заметить, что это число увеличивается на единицу по мере того, как вы перемещаетесь слева направо и сверху вниз по периодической таблице. Так, гелий имеет номер два, литий — номер три и так далее. Это означает, что все атомы гелия имеют два протона, а все атомы лития имеют три протона.
Число протонов называется атомным номером, и оно действительно особенное, потому что придает атому индивидуальность.
Водород
В каждой ячейке периодической таблицы показаны химический символ и атомный номер элемента.
Еще одной интересной особенностью протона является то, что он несет положительный электрический заряд. Не беспокойтесь о единицах этого заряда — просто помните, что у него заряд положительный. Протоны также относительно тяжелые. Они имеют массу около одной а.е.м. , или атомной единицы массы . Поскольку атомы такие крошечные, им требуются единицы другого типа для измерения их массы. Мы будем использовать атомную единицу массы (или а.е.м.), когда будем обсуждать массы атомов и молекул.
Последняя особенность протона заключается в том, что он спрятан внутри ядра атома. Ядро — это очень крошечная, плотная область в центре атома. Ядро настолько крошечное, что если бы ядро было размером с баскетбольный мяч, остальная часть атома была бы размером с большой город. Одна вещь, которая немного сбивает с толку, заключается в том, что слово «ядро» может означать разные вещи в зависимости от того, в какой области науки вы находитесь. В химии это слово относится к ядру (или центру) атома. В биологии это слово относится к ядру клетки. Чтобы дать вам визуальное представление о разнице между атомом и клеткой, скажу, что каждая живая клетка состоит из триллионов и триллионов атомов. А атомы не живые — они строительные блоки всего.
Нейтроны
Следующая частица внутри атома называется нейтроном . Как и протоны, нейтроны также находятся внутри ядра атома. Нейтроны также имеют массу около одной а.е.м. Таким образом, протоны и нейтроны находятся внутри ядра и оба имеют массу около одной а.е.м. Однако, в отличие от протонов, нейтроны не несут электрического заряда; они являются нейтральными частицами. Это очень легко запомнить, потому что слова «нейтрон » и «нейтральный» очень похожи.
Помните, что все атомы одного и того же элемента имеют одинаковое количество протонов. Означает ли это, что они должны иметь одинаковое количество нейтронов? Нет! Атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов. Эти атомы с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называются изотопами .
Думайте об изотопах как о братьях и сестрах — они связаны, но имеют некоторые различия. Например, все изотопы углерода имеют одинаковое количество протонов: шесть. Однако у некоторых атомов углерода будет шесть нейтронов, у некоторых семь, а у некоторых может быть восемь нейтронов. Все эти изотопы будут химически реагировать одинаково, но у них будет разная ядерная стабильность, а это означает, что некоторые из них смогут легче вступить в ядерную реакцию, чем другие. Это потому, что все они имеют разное количество нейтронов в ядре.
Итак, как мы определяем разницу между различными изотопами углерода? Для этого мы используем ядерные символы. Буквы в ядерном символе обозначают элемент. Напомним, что каждый элемент имеет свою аббревиатуру. В этом примере у нас есть С, который является химическим символом углерода. Цифры говорят нам, что находится внутри ядра.
Число в левом нижнем углу символа — это атомный номер (или количество протонов). Вы также заметите, что все они имеют одинаковый атомный номер, потому что все они являются атомами углерода. Верхнее число равно количеству протонов плюс количество нейтронов. Это называется массовым числом.
Итак, на первом массовое число равно 12, что указывает на то, что общее количество протонов и нейтронов равно 12. Ниже этого числа находится число шесть, которое представляет собой просто количество протонов. Итак, сколько нейтронов у этого атома? Если вы ответили шесть, вы правы. Вы можете найти количество нейтронов, вычитая верхнее число минус нижнее число.
Попробуйте следующий. Сколько нейтронов у этого атома углерода? У этого семь, а у следующего восемь. В этом примере углерод с восемью нейтронами имеет самое нестабильное ядро. Это изотоп, который используется при углеродном датировании для оценки возраста древнего артефакта.
Электроны
Последняя частица в нашем путешествии внутри атома — это электрон. Электроны сильно отличаются от протонов и нейтронов. Во-первых, они не расположены внутри ядра. Они находятся в очень большом электронном облаке вне ядра.
Помните, если бы ядро было размером с баскетбольный мяч, остальная часть атома была бы размером с город. Как видите, у электронов есть очень большое пространство для перемещения; однако из-за того, что они такие маленькие, большая часть этого большого пространства совершенно пуста. Вот почему вы состоите в основном из пустого пространства! Позже мы также обнаружим, что эти быстрые маленькие парни играют ключевую роль в определении химических свойств атома.
Кроме того, каждый электрон несет отрицательный заряд. Это в точности равно и противоположно заряду протона, поэтому заряд одного протона и одного электрона полностью компенсируется. Атомы электрически нейтральны, а это значит, что они будут иметь одинаковое количество протонов и электронов.
Итак, вернемся к нашему атому углерода: у него шесть протонов, значит, у него должно быть и шесть электронов. Еще одна особенность электрона, которая сильно отличает его от протона и нейтрона, заключается в том, что электрон почти не имеет массы. На самом деле масса электрона настолько меньше, чем у протонов и нейтронов, что в этом курсе мы будем игнорировать массу электронов.
Резюме урока
Каждая из трех субатомных частиц имеет свою индивидуальность.
- Протоны положительные, тяжелые (с массой в одну а.е.м.) и находятся внутри ядра. Они отвечают за определение идентичности атома.
- Нейтроны электрически нейтральны, они тоже имеют массу в одну а.е.м. и тоже находятся внутри ядра атома.
- Электроны имеют отрицательный заряд, почти не имеют массы и расположены в очень большой области вне ядра, называемой электронным облаком. Атомы электрически нейтральны, то есть имеют одинаковое количество протонов и электронов.