Каков диаметр атома кратко

Обновлено: 02.07.2024

На уроке рассматриваются: понятия атомное ядро, опыты Резерфорда, планетарная модель строения атома; сравниваются модели атома Томсона и Резерфорда, даны некоторые сведения о фактах, подтверждающих сложное строение атома, о работах учёных по созданию модели строения атома.

Атомное ядро — тело малых размеров, в котором сконцентрирована почти вся масса и весь положительный заряд атома.

Размеры ядра: диаметр порядка 10 -12 —10 -13 см (у разных ядер диаметры различны).

Размер атома: примерно 10 -8 см, т. е. от 10 до 100 тысяч раз превышает размеры ядра.

Планетарная модель атома Резерфорда: в целом атом нейтрален, в центре атома расположено положительно заряжённое ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, электроны движутся по орбитам вокруг ядра, заряд ядра, как и число электронов в атоме, равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И.Менделеева.

Ядро атома водорода названо протоном и рассматривается как элементарная частица.

Ядро атома водорода имеет положительный заряд, равный по модулю заряду электрона, и массу, примерно в 1836,1 раза больше массы электрона.

Частота излучений атома водорода составляет ряд серий: серия Бальмера, серия Лаймана, серия Пашена и другие, каждая из которых образуется в процессе перехода атома в одно из энергетических состояний.

Обязательная литература по теме урока:

Основное содержание урока

Долгое время, физика накапливала факты о свойстве вещества для полного представления о строении атома. И только в XIX веке изучение атомического строения вещества существенно сдвинулось с точки покоя.

Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Дмитрий Иванович Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов.

Важным свидетельством сложной структуры атомов явились исследования спектров, излучаемые веществом, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В начале XIX века в излучении атома водорода были открыты спектральные линии в видимой части спектра.

Идеи электронной структуры атома теоретически и гипотетически формулировались учёными. В 1896 году Хендрик Лоренц создал электронную теорию о том, что электроны являются частью атома. Эту гипотезу в 1897 году подтвердили эксперименты Джозефа Джона Томсона. Им был сформулирован вывод о том, что существуют частицы с наименьшим отрицательным зарядом - электроны и они являются частью атомов.

Таким образом, к началу XX века учёные сделали вывод о том, что атомы материи имеют сложную внутреннюю структуру. Они являются электрически нейтральными системами, а носителями отрицательного заряда атомов являются лёгкие электроны, масса которых составляет лишь малую долю массы атомов. Однако модель атома Томсона находилась в полном противоречии с экспериментами по изучению распределения положительных зарядов.

Электрон – наименьшая электроотрицательная заряжённая элементарная частица

Масса покоя электрона m_e = 9,1·10 -31 кг;

- отношение заряда электрона к его массе.

Немецкий физик Филипп фон Ленард в 1903 году проводил опыты, в которых пучок быстрых электронов легко проходил через тонкую металлическую фольгу. На основании этого Ленард предположил, что атом состоит из нейтральных частиц или нейтральных дуплетов с совмещённым положительным и отрицательным зарядами, рассредоточенными в атоме, где большая площадь представляет собой пустоту.

В 1904 году японский физик Хентаро Нагаока выдвинул гипотезу о том, что атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра, окруженного кольцами из большого числа электронов, колебания которых и являются причиной испускания атомных спектров, по аналогии с теорией устойчивости колец Сатурна.

Но в физике уже более 200 лет существует главное правило: окончательный выбор между гипотезами может быть сделан только на основе опыта. Эксперименты, проведенные в первый раз Эрнестом Резерфордом, сыграли решающую роль в понимании структуры атома.

30.08.1871 г. – 19.10.1937 г.

Британский физик новозеландского происхождения

Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года

Для экспериментального изучения распределения положительного заряда, а значит, и массы внутри атома Эрнест Резерфорд в 1906 г. предложил применить зондирование атома α-частицами, скорость которых составляет 1/15 скорости света.

Эти частицы возникают при распаде, например, радия и некоторых других радиоактивных элементов. Сами же α-частицы – это ионизированные атомы гелия, положительный заряд гелия в два раза больше заряда электрона ₊₂He. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжёлых элементов (золото, медь и др.). Если бы электроны были равномерно распределены по всему объёму атома (по модели атома Томсона), электроны не могли бы заметно изменять траекторию α –частиц, так как размеры и масса электронов в 8000 раз меньше массы α-частиц. Точно так же камушек в несколько десятков граммов при столкновении с автомобилем не может изменить его скорость.

Изменение направления движения α-частиц может вызвать только массивная часть атома, при этом положительно заряжённая. Весь прибор размещался в сосуде, из которого был откачан воздух. Радиоактивный препарат, помещался внутри свинцового цилиндра, вдоль которого был высверлен узкий канал. Пучок α -частиц из канала падал на тонкую фольгу из тяжёлого металла. После рассеяния α-частицы попадали на полупрозрачный экран, покрытый сульфидом цинка. Столкновение каждой частицы с экраном сопровождалось сцинтилляцией (вспышкой света), которую можно было наблюдать в микроскоп.

Чтобы обнаружить отклонение α-частиц на большие углы Резерфорд окружил фольгу экранами. Сотрудники Резерфорда вели счёт α-частиц, попадающих в регистрирующее устройство при отклонении их на от первоначального направления на определённый угол φ (фи). Данные из серии опытов, за определённый период времени, приведены в таблице:

Атомы различных элементов имеют разные размеры и разные массы. Так как атомы имеют форму шара, их размеры характеризуются диаметром или радиусом.

Для выражения малых величин часто используются единицы длины, которые называются ангстренами и нанометрами (нм):

Массы атомов также являются очень малыми величинами. Массы атомов, которые выражены в обычных единицах массы (кг или г), называются абсолютными атомными массами и обозначаются символом m_а.

Использовать такие малые величины очень неудобно. Поэтому в химии вместо абсолютных атомных масс обычно используются относительные атомные массы.

За единицу атомных масс принимается 1/12 часть абсолютной массы атома углерода С. Если представить атом углерода в виде шарика и мысленно разделить его на 12 равных частей, то масса одной части и есть атомная единица массы.

Относительная атомная масса элемента – это число, которое показывает, во сколько раз абсолютная масса атома данного элемента больше 1/12 части абсолютной массы атома углерода, т.е. атомной единицы массы.

Таким образом, масса атома водорода приблизительно равна массе 1/12 части атома углерода, а масса атома кислорода приблизительно в 16 раз больше массы 1/12 части атома углерода.

Обратите внимание , что относительные атомные массы элементов, как и любые относительные величины, являются безразмерными.

Решение: Атомная масса кальция составляет А_r (Са)=40 г/моль. Масса одного атома кальция окажется равной:

Решение: Величины абсолютных масс атомов и молекул находятся делением массы 1 моль вещества на число Авогадро.

10. Используя относительные атомные массы элементов (см. табл.), рассчитайте, во сколько раз масса атома меди больше массы а) атома серы; б) атома кислорода; в) атома водорода.

Относительная атомная масса или атомная масса химического элемента – это отношение массы атома этого элемента к /" width="35" height="18" />
массы атома углерода _6" width="29" height="21" />
.

В таблице химических элементов Д.И.Менделеева приведены относительные атомные массы элементов.

Относительная молекулярная масса вещества – это отношение массы молекулы этого вещества к /" width="35" height="18" />
массы атома углерода _6" width="29" height="21" />
.

Относительную молекулярную массу можно найти как сумму относительных атомных масс элементов, входящих в химическую формулу вещества.

Относительная атомная масса и относительная молекулярная масса – величины безразмерные.

Размеры и масса атомов и молекул

Можно говорить и просто о массе атома или молекулы. Массу микрочастиц часто измеряют в атомных единицах массы:

$1\ a.e.m.=1,66\cdot <10> ^\ kg$

Масса любого атома в кг равна:

$m_0=A_r\cdot 1,66\cdot <10> ^\ kg$

а масса любой молекулы в кг:

$m_0=M_r\cdot 1,66\cdot <10> ^\ \ kg$

$<10> Линейные размеры атомов и молекул представляют собою величины порядка ^\ m$
.

Чтобы нагляднее представить себе размеры атомов молекул и их количество в определенном объеме вещества, приведем один интересный пример: если все атомы, находящиеся в 1 см 3 меди, расположить в одну линию плотно друг к другу, то длина такой цепочки будет примерно 14 миллиардов километров. Это примерно в 90 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца.

Примеры решения задач

Задание	Определить массы атомов гелия, хлора.
Решение	1. масса атома гелия ;

По таблице Менделеева определяем относительную атомную массу атома гелия

Далее вычисляем массу атома гелия:

$m_0=A_r\cdot 1,66\cdot <10> ^\ kg$

$m_0\left(He\right)=4,0026\cdot 1,66\cdot ^=6,64\ \cdot ^kg\$

2. масса атома хлора ;

По таблице Менделеева определяем относительную атомную массу атома хлора:

Вычисляем массу атома хлора:

$m_0=A_r\cdot 1,66\cdot <10> ^\ kg$

$m_0\left(Cl\right)=35,453\cdot 1,66\cdot ^=5,89\ \cdot ^kg\$

Задание	Определить массы молекул кислорода, углекислого газа, водяного пара.
Решение	1) масса молекулы кислорода;

Запишем химическую формулу для молекулы кислорода — .

Относительная молекулярная масса молекулы кислорода:

Относительную атомную масса кислорода определяем по таблице Менделеева:

Относительная молекулярная масса молекулы кислорода:

$m_0=M_r\cdot 1,66\cdot <10> ^\ \ kg$

Масса молекулы кислорода:

$m_0\left(O_2\right)=32\cdot 1,66\cdot ^=5,31\cdot ^\ kg\$

2) масса молекулы углекислого газа;

Запишем химическую формулу для молекулы углекислого газа — .

Относительная молекулярная масса молекулы углекислого газа:

$M_r\left(CO_2\right)=A_r\left(C\right)+2A_r\left(O_2\right)$

По таблице Менделеева определяем относительные атомные массы:

углерода

кислорода .

$M_r\left(CO_2\right)=12+2\cdot 16=44$

$m_0=M_r\cdot 1,66\cdot <10> ^\ \ kg$

Масса молекулы углекислого газа:

$m_0\left(CO_2\right)=44\cdot 1,66\cdot ^=7,3\cdot ^\ kg\$

3) масса молекулы водяного пара;

Запишем химическую формулу для молекулы водяного пара — .

Относительная молекулярная масса молекулы водяного пара:

$M_r\left(CO_2\right)=2A_r\left(H_2\right)<+A> _r\left(O\right)$

По таблице Менделеева определяем относительные атомные массы:

водорода

кислорода .

$M_r\left(H_2O\right)=2\cdot 1+16=18$

$m_0=M_r\cdot 1,66\cdot <10> ^\ \ kg$

Масса молекулы водяного пара:

$m_0\left(H_2O\right)=18\cdot 1,66\cdot ^=2,99\cdot ^\ kg\$

Все в мире состоит из атомов. Но откуда они взялись, и из чего состоят сами? Сегодня отвечаем на эти простые и фундаментальные вопросы. Ведь многие люди, живущие на планете, говорят, что не понимают строения атомов, из которых сами и состоят.

Атом – это частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, которая является носителем его свойств. Иными словами, это мельчайшая частица того или иного вещества, которая может вступать в химические реакции.

История открытия и строение

Понятия атома было известно еще в Древней Греции. Атомизм – физическая теория, которая гласит, что все материальные предметы состоят из неделимых частиц. Наряду с Древней Грецией, идеи атомизма параллельно развивался еще и в Древней Индии.

Не известно, рассказали тогдашним философам об атомах инопланетяне, или они додумались сами, но экспериментально подтвердить данную теорию химики смогли много позже – только в семнадцатом веке, когда Европа выплыла из пучины инквизиции и средневековья.

Долгое время господствующим представлением о строении атома было представление о нем как о неделимой частице. То, что атом все-таки можно разделить, выяснилось только в начале двадцатого века. Резерфорд, благодаря своему знаменитому опыту с отклонением альфа-частиц, узнал, что атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны. Была принята планетарная модель атома, в соответствии с которой электроны вращаются вокруг ядра, как планеты нашей Солнечной системы вокруг звезды.

Современные представления о строении атома продвинулись далеко. Ядро атома, в свою очередь, состоит субатомных частиц, или нуклонов – протонов и нейтронов. Именно нуклоны составляют основную массу атома. При этом протоны и нейтроны также не являются неделимыми частицами, и состоят из фундаментальных частиц - кварков.

Ядро атома имеет положительный электрический заряд, а электроны, вращающиеся по орбите – отрицательный. Таким образом, атом электрически нейтрален.

Ниже приведем элементарную схему строения атома углерода.

Схема строения атома

Свойства атомов

Масса

Массу атомов принято измерять в атомных единицах массы – а.е.м. Атомная единица массы представляет собой массу 1/12 части свободно покоящегося атома углерода, находящегося в основном состоянии.

В химии для измерения массы атомов используется понятие "моль". 1 моль – это такое количество вещества, в котором содержится число атомов, равное числу Авогадро.

Размер

Размеры атомов чрезвычайно малы. Так, самый маленький атом – это атом Гелия, его радиус – 32 пикометра. Самый большой атом – атом цезия, имеющий радиус 225 пикометров. Приставка пико означает десять в минус двенадцатой степени! То есть , если 32 метра уменьшить в тысячу миллиардов раз, мы получим размер радиус атома гелия.

При этом, масштабы вещей таковы, что, по сути, атом на 99% состоит из пустоты. Ядро и электроны занимают крайне малую часть его объема. Для наглядности, рассмотрим такой пример. Если представить атом в виде олимпийского стадиона в Пекине (а можно и не в Пекине, просто представьте себе большой стадион), то ядро этого атома будет представлять собой вишенку, находящуюся в центре поля. Орбиты электронов при этом находились бы где-то на уровне верхних трибун, а вишня весила бы 30 миллионов тонн. Впечатляет, не так ли?

Если предсавить атом в виде стадиона, ядро будет размером с вишню в центре поля

Откуда взялись атомы?

Как известно, сейчас различные атомы сгруппированы в таблицу Менделеева. В ней насчитывается 118 (а если с предсказанными, но еще не открытыми элементами - 126) элементов, не считая изотопов. Но так было далеко не всегда.

Так что, можно сказать, что все атомы, из которых мы состоим, когда-то были частью древних звезд.

Почему ядро атома не распадается?

В физике существует четыре типа фундаментальных взаимодействий между частицами и телами, которые они составляют. Это сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное взаимодействия.

Не так давно люди поняли, что при расщеплении ядер атомов высвобождается огромная энергия. Деление тяжелых атомных ядер является источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Итак, друзья, познакомив Вас со структурой и основами строения атома, нам остается только напомнить о том, что наши авторы готовы в любой момент прийти Вам на помощь. Не важно, нужно Вам выполнить диплом по ядерной физике, или самую маленькую контрольную – ситуации бывают разные, но выход есть из любого положения. Подумайте о масштабах Вселенной, закажите работу в Zaochnik и помните – нет поводов для беспокойства.

Читайте также: