Átomos de qualquer substância são partículas eletricamente neutras. Um átomo consiste em um núcleo e uma coleção de elétrons. O núcleo carrega uma carga positiva, cuja carga total é igual à soma das cargas de todos os elétrons do átomo.

Informações gerais sobre a carga do núcleo de um átomo

A carga do núcleo de um átomo determina a localização do elemento no sistema periódico de D.I. Mendeleev e, consequentemente, as propriedades químicas de uma substância composta por esses átomos e compostos dessas substâncias. O valor da carga nuclear é:

onde Z é o número do elemento na tabela periódica, e é o valor da carga do elétron ou.

Elementos com o mesmo número Z, mas diferentes massas atômicas são chamados de isótopos. Se os elementos tiverem o mesmo Z, seu núcleo terá um número igual de prótons e, se as massas atômicas forem diferentes, o número de nêutrons nos núcleos desses átomos será diferente. Por exemplo, o hidrogênio tem dois isótopos: deutério e trítio.

Os núcleos dos átomos têm uma carga positiva porque são compostos de prótons e nêutrons. Um próton é uma partícula estável pertencente à classe dos hádrons, que é o núcleo de um átomo de hidrogênio. Um próton é uma partícula carregada positivamente. Sua carga é igual em módulo à carga elementar, isto é, a magnitude da carga do elétron. A carga de um próton é frequentemente denotada como , então podemos escrever que:

A massa de repouso de um próton () é aproximadamente igual a:

Você pode aprender mais sobre o próton lendo a seção "Carga do próton".

Experimentos de carga nuclear

Moseley foi o primeiro a medir as cargas nucleares em 1913. As medições foram indiretas. O cientista determinou a relação entre a frequência da radiação de raios-X () e a carga do núcleo Z.

onde C e B são constantes independentes do elemento para a série de radiação em consideração.

Chadwick mediu diretamente a carga do núcleo em 1920. Ele realizou a dispersão de partículas em filmes metálicos, essencialmente repetindo os experimentos de Rutherford, que levaram Rutherford a construir um modelo nuclear do átomo.

Nestes experimentos, as partículas foram passadas através de uma fina folha de metal. Rutherford descobriu que, na maioria dos casos, as partículas passavam pela folha, desviando-se por pequenos ângulos da direção original do movimento. Isso é explicado pelo fato de que - partículas são desviadas sob a influência de forças elétricas de elétrons, que têm uma massa muito menor que - partículas. Às vezes, muito raramente, as partículas eram desviadas em ângulos superiores a 90º. Rutherford explicou esse fato pela presença de uma carga no átomo, que está localizada em um pequeno volume, e essa carga está associada a uma massa muito maior que a da partícula.

Para uma descrição matemática dos resultados de seus experimentos, Rutherford derivou uma fórmula que determina a distribuição angular das partículas após serem espalhadas pelos átomos. Ao derivar essa fórmula, o cientista usou a lei de Coulomb para cargas pontuais e ao mesmo tempo acreditava que a massa do núcleo de um átomo é muito maior que a massa das partículas. A fórmula de Rutherford pode ser escrita como:

onde n é o número de núcleos de espalhamento por unidade de área da folha; N é o número de - partículas que passam em 1 segundo por uma única área, perpendicular à direção do fluxo - partículas; - o número de partículas que estão espalhadas dentro do ângulo sólido - a carga do centro de espalhamento; - massa - partículas; - ângulo de deflexão - partículas; v - velocidade - partículas.

A fórmula de Rutherford (3) pode ser usada para encontrar a carga do núcleo de um átomo (Z), se compararmos o número de partículas incidentes (N) com o número (dN) de partículas espalhadas em um ângulo, então a função dependerá apenas da carga do núcleo espalhador. Conduzindo experimentos e aplicando a fórmula de Rutherford, Chadwick encontrou as cargas dos núcleos de platina, prata e cobre.

Exemplos de resolução de problemas

EXEMPLO 1

Exercício	Uma placa de metal é irradiada - com partículas de alta velocidade. Alguma parte dessas partículas durante a interação elástica com os núcleos dos átomos metálicos muda a direção de seu movimento para o oposto. Qual é a carga do núcleo de átomos de metal (q), se a distância mínima entre a partícula e o núcleo é r. A massa de uma partícula é igual à sua velocidade v. Ao resolver o problema, os efeitos relativísticos podem ser desprezados. As partículas são consideradas pontuais, o núcleo é imóvel e pontual.
Solução	Vamos fazer um desenho. Movendo-se em direção ao núcleo de um átomo, a partícula supera a força de Coulomb, que a repele do núcleo, já que a partícula e o núcleo têm cargas positivas. A energia cinética de uma partícula em movimento é convertida em energia potencial de interação entre o núcleo do átomo de metal e a partícula. A lei da conservação da energia deve ser tomada como base para a resolução do problema.: Encontramos a energia potencial de partículas carregadas puntiformes como: onde a carga das partículas é: , uma vez que as partículas e - são o núcleo do átomo de hélio, que consiste em dois prótons e dois nêutrons, já que assumimos que o experimento é realizado no ar. Energia cinética - partículas antes da colisão com o núcleo de um átomo é igual a: De acordo com (1.1), igualamos as partes certas das expressões (1.2) e (1.3), temos: Da fórmula (1.4) expressamos a carga do núcleo:
Responda

Belkin I. K. A carga do núcleo atômico e o sistema periódico de elementos de Mendeleev // Kvant. - 1984. - No. 3. - S. 31-32.

Por acordo especial com o conselho editorial e os editores da revista "Kvant"

As idéias modernas sobre a estrutura do átomo surgiram em 1911-1913, após os famosos experimentos de Rutherford sobre a dispersão de partículas alfa. Nesses experimentos, foi mostrado que α -partículas (sua carga é positiva), caindo em uma fina folha de metal, às vezes são desviadas em grandes ângulos e até jogadas para trás. Isso só poderia ser explicado pelo fato de que a carga positiva no átomo está concentrada em um volume desprezível. Se a imaginarmos na forma de uma bola, então, como Rutherford estabeleceu, o raio dessa bola deve ser aproximadamente 10 -14 -10 -15 m, que é dezenas e centenas de milhares de vezes menor que o tamanho do átomo como um todo (~10 -10 m). Somente próximo a uma carga positiva tão pequena pode haver um campo elétrico capaz de descartar α - uma partícula movendo-se a uma velocidade de cerca de 20.000 km/s. Rutherford chamou essa parte do átomo de núcleo.

Foi assim que surgiu a ideia de que um átomo de qualquer substância consiste em um núcleo carregado positivamente e elétrons carregados negativamente, cuja existência nos átomos foi estabelecida anteriormente. Obviamente, como o átomo como um todo é eletricamente neutro, a carga do núcleo deve ser numericamente igual à carga de todos os elétrons presentes no átomo. Se denotarmos o módulo de carga do elétron pela letra e(carga elementar), então a carga q i núcleos devem ser iguais q eu = Z e, Onde Zé um número inteiro igual ao número de elétrons no átomo. Mas qual é o número Z? Qual é a cobrança q eu núcleo?

A partir dos experimentos de Rutherford, que permitiram determinar o tamanho do núcleo, em princípio, é possível determinar o valor da carga do núcleo. Afinal, o campo elétrico que rejeita α -partícula, depende não apenas do tamanho, mas também da carga do núcleo. E Rutherford realmente estimou a carga do núcleo. Segundo Rutherford, a carga nuclear de um átomo de um elemento químico é aproximadamente igual à metade de sua massa atômica relativa. MAS, multiplicado pela carga elementar e, isso é

\(~Z = \frac(1)(2)A\).

Mas, curiosamente, a verdadeira carga do núcleo foi estabelecida não por Rutherford, mas por um dos leitores de seus artigos e relatórios, o cientista holandês Van den Broek (1870-1926). É estranho porque Van den Broek não era físico por formação e profissão, mas advogado.

Por que Rutherford, ao avaliar as cargas dos núcleos atômicos, as correlacionou com as massas atômicas? O fato é que quando em 1869 D. I. Mendeleev criou um sistema periódico de elementos químicos, ele organizou os elementos na ordem crescente de suas massas atômicas relativas. E nos últimos quarenta anos, todos se acostumaram ao fato de que a característica mais importante de um elemento químico é sua massa atômica relativa, que é isso que distingue um elemento do outro.

Entretanto, foi nesta altura, no início do século XX, que surgiram as dificuldades com o sistema de elementos. No estudo do fenômeno da radioatividade, vários novos elementos radioativos foram descobertos. E parecia não haver lugar para eles no sistema de Mendeleev. Parecia que o sistema de Mendeleev precisava ser mudado. Era com isso que Van den Broek estava especialmente preocupado. Ao longo de vários anos, ele propôs várias opções para um sistema expandido de elementos, no qual haveria espaço suficiente não apenas para os elementos estáveis ​​ainda não descobertos (o próprio D. I. Mendeleev “cuidou” dos lugares para eles), mas também para elementos radioativos também. A última versão de Van den Broek foi publicada no início de 1913, tinha 120 lugares e o número de células ocupadas por urânio 118.

No mesmo ano, 1913, foram publicados os resultados das últimas pesquisas sobre espalhamento. α -partículas em grandes ângulos, realizadas pelos colaboradores de Rutherford Geiger e Marsden. Analisando esses resultados, Van den Broek fez uma importante descoberta. Ele descobriu que o número Z na fórmula q eu = Z e não é igual à metade da massa relativa de um átomo de um elemento químico, mas ao seu número de série. E, além disso, o número ordinal do elemento no sistema Mendeleev, e não no seu Van den Broek, sistema de 120 locais. O sistema de Mendeleev, ao que parece, não precisava ser alterado!

Decorre da ideia de Van den Broek que cada átomo consiste em um núcleo atômico, cuja carga é igual ao número de série do elemento correspondente no sistema Mendeleev, multiplicado pela carga elementar, e elétrons, o número dos quais no átomo também é igual ao número de série do elemento. (Um átomo de cobre, por exemplo, consiste em um núcleo com uma carga de 29 e, e 29 elétrons.) Ficou claro que D. I. Mendeleev intuitivamente organizou os elementos químicos em ordem crescente não da massa atômica do elemento, mas da carga de seu núcleo (embora ele não soubesse disso). Conseqüentemente, um elemento químico difere de outro não por sua massa atômica, mas pela carga do núcleo atômico. A carga do núcleo de um átomo é a principal característica de um elemento químico. Existem átomos de elementos completamente diferentes, mas com as mesmas massas atômicas (eles têm um nome especial - isóbaras).

O fato de não serem as massas atômicas que determinam a posição de um elemento no sistema também pode ser visto na tabela periódica: em três lugares, a regra do aumento da massa atômica é violada. Assim, a massa atômica relativa do níquel (Nº 28) é menor que a do cobalto (Nº 27), para o potássio (Nº 19) é menor que a do argônio (Nº 18), para o iodo (Nº. 53) é menor que a do telúrio (nº 52).

A suposição da relação entre a carga do núcleo atômico e o número atômico do elemento explicava facilmente as regras de deslocamento durante as transformações radioativas, descobertas no mesmo 1913 ("Física 10", § 103). De fato, quando emitido pelo núcleo α -partícula, cuja carga é igual a duas cargas elementares, a carga do núcleo e, portanto, seu número de série (agora eles costumam dizer - número atômico) deve diminuir em duas unidades. Ao emitir β -partícula, ou seja, um elétron carregado negativamente, deve aumentar em uma unidade. É disso que tratam as regras de deslocamento.

A ideia de Van den Broek muito em breve (literalmente no mesmo ano) recebeu a primeira confirmação experimental, ainda que indireta. Um pouco mais tarde, sua correção foi comprovada por medições diretas da carga dos núcleos de muitos elementos. É claro que ele desempenhou um papel importante no desenvolvimento da física do átomo e do núcleo atômico.

Investigando a passagem de uma partícula α através de uma fina folha de ouro (ver Seção 6.2), E. Rutherford chegou à conclusão de que um átomo consiste em um núcleo pesado carregado positivamente e elétrons ao seu redor.

essencial chamado centro do átomo,em que quase toda a massa de um átomo e sua carga positiva estão concentradas.

NO composição do núcleo atômico inclui partículas elementares : prótons e nêutrons (núcleons da palavra latina núcleo- núcleo). Tal modelo próton-nêutron do núcleo foi proposto pelo físico soviético em 1932 D.D. Ivanenko. O próton tem uma carga positiva e + = 1,06 10 -19 C e uma massa de repouso m p\u003d 1,673 10 -27 kg \u003d 1836 Eu. Nêutron ( n) é uma partícula neutra com massa de repouso m n= 1,675 10 -27 kg = 1839 Eu(onde a massa do elétron Eu, é igual a 0,91 10 -31 kg). Na fig. 9.1 mostra a estrutura do átomo de hélio de acordo com as idéias do final do século XX - início do século XXI.

Carga principal é igual a Z e, Onde eé a carga do próton, Z- número de cobrança igual a número de série elemento químico no sistema periódico de elementos de Mendeleev, ou seja, o número de prótons no núcleo. O número de nêutrons em um núcleo é indicado N. Usualmente Z > N.

Núcleos com Z= 1 a Z = 107 – 118.

Número de nucleons no núcleo UMA = Z + N chamado Número de massa . núcleos com o mesmo Z, Mas diferente MAS chamado isótopos. Kernels, que, ao mesmo UMA tem diferente Z, são chamados isóbaras.

O núcleo é denotado pelo mesmo símbolo que o átomo neutro, onde Xé o símbolo de um elemento químico. Por exemplo: hidrogênio Z= 1 tem três isótopos: – prótio ( Z = 1, N= 0), é deutério ( Z = 1, N= 1), – trítio ( Z = 1, N= 2), o estanho tem 10 isótopos e assim por diante. A grande maioria dos isótopos do mesmo elemento químico tem as mesmas propriedades químicas e físicas semelhantes. No total, são conhecidos cerca de 300 isótopos estáveis ​​e mais de 2000 naturais e obtidos artificialmente. isótopos radioativos.

O tamanho do núcleo é caracterizado pelo raio do núcleo, que tem um significado condicional devido à indefinição do limite do núcleo. Mesmo E. Rutherford, analisando seus experimentos, mostrou que o tamanho do núcleo é de aproximadamente 10 a 15 m (o tamanho de um átomo é de 10 a 10 m). Existe uma fórmula empírica para calcular o raio do núcleo:

,

(9.1.1)

Onde R 0 = (1,3 - 1,7) 10 -15 m. A partir disso, pode-se ver que o volume do núcleo é proporcional ao número de nucleons.

A densidade da substância nuclear é da ordem de 10 17 kg/m 3 e é constante para todos os núcleos. Excede muito a densidade das substâncias comuns mais densas.

Os prótons e nêutrons são férmions, Porque ter giro ħ /2.

O núcleo de um átomo tem momento angular próprio – rotação nuclear :

,

(9.1.2)

Onde EU – interno(completo)spin número quântico.

Número EU aceita valores inteiros ou semi-inteiros 0, 1/2, 1, 3/2, 2, etc. Kernels com até MAS tenho rotação inteira(em unidades ħ ) e obedeça as estatísticas Bose–Einstein(bósons). Kernels com ímpar MAS tenho rotação de meio inteiro(em unidades ħ ) e obedeça as estatísticas Fermi–Dirac(Essa. núcleos são férmions).

As partículas nucleares têm seus próprios momentos magnéticos, que determinam o momento magnético do núcleo como um todo. A unidade para medir os momentos magnéticos dos núcleos é magneton nuclear μ veneno:

.

(9.1.3)

Aqui eé o valor absoluto da carga do elétron, m pé a massa do próton.

Magneton nuclear em m p/Eu= 1836,5 vezes menor que o magneton de Bohr, daí segue que as propriedades magnéticas dos átomos são determinadas pelas propriedades magnéticas de seus elétrons .

Existe uma relação entre o spin do núcleo e seu momento magnético:

,

(9.1.4)

onde γ veneno - razão giromagnética nuclear.

O nêutron tem um momento magnético negativo μ n≈ – 1,913μ veneno porque a direção do spin do nêutron e seu momento magnético são opostos. O momento magnético do próton é positivo e igual a μ R≈ 2.793μ veneno. Sua direção coincide com a direção do spin do próton.

A distribuição da carga elétrica dos prótons sobre o núcleo é geralmente assimétrica. A medida do desvio desta distribuição de simetria esférica é momento elétrico quadrupolar do núcleo Q. Se a densidade de carga for considerada a mesma em todos os lugares, então Q determinado apenas pela forma do núcleo. Então, para um elipsóide de revolução

,

(9.1.5)

Onde bé o semieixo do elipsóide ao longo da direção de rotação, uma- eixo na direção perpendicular. Para um núcleo esticado ao longo da direção do spin, b > uma e Q> 0. Para um núcleo oblato nesta direção, b < uma e Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = uma e Q= 0. Isso é verdade para núcleos com spin igual a 0 ou ħ /2.

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No coração de qualquer ciência está algo pequeno e importante. Na biologia é uma célula, na linguística é uma letra e um som, na engenharia é uma engrenagem, na construção é um grão de areia, e para a química e a física o mais importante é o átomo, sua estrutura.

Este artigo destina-se a maiores de 18 anos.

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Um átomo é aquela menor partícula de tudo que nos cerca, que carrega todas as informações necessárias, uma partícula que determina características e cargas. Por muito tempo, os cientistas pensaram que era indivisível, um, mas por longas horas, dias, meses e anos, foram realizados estudos, estudos e experimentos que provaram que o átomo também possui uma estrutura própria. Em outras palavras, essa bola microscópica consiste em componentes ainda menores que afetam o tamanho de seu núcleo, propriedades e carga. A estrutura dessas partículas é a seguinte:

• elétrons;
• o núcleo de um átomo.

Este último também pode ser dividido em partes muito elementares, que na ciência são chamadas de prótons e neurônios, dos quais há um número claro em cada caso.

O número de prótons que estão no núcleo indica a estrutura da camada, que consiste em elétrons. Essa casca, por sua vez, contém todas as propriedades necessárias de um determinado material, substância ou objeto. Calcular a soma de prótons é muito simples - basta conhecer o número de série da menor parte da substância (átomo) na conhecida tabela periódica. Esse valor também é chamado de número atômico e é indicado pela letra latina "Z". É importante lembrar que os prótons têm carga positiva e, por escrito, esse valor é definido como +1.

Os neurônios são o segundo componente do núcleo de um átomo. Esta é uma partícula subatômica elementar que não carrega nenhuma carga, ao contrário de elétrons ou prótons. Os neurônios foram descobertos em 1932 por J. Chadwick, pelo qual recebeu o Prêmio Nobel 3 anos depois. Em livros didáticos e artigos científicos, eles são referidos como o caractere latino "n".

O terceiro componente do átomo é o elétron, que está em movimento monótono ao redor do núcleo, criando assim uma nuvem. É esta partícula que é a mais leve de todas conhecidas pela ciência moderna, o que significa que sua carga também é a menor.O elétron é indicado na letra de -1.

É a combinação de partículas positivas e negativas na estrutura que torna o átomo uma partícula sem carga ou com carga neutra. O núcleo, em comparação com o tamanho total do átomo inteiro, é muito pequeno, mas é nele que se concentra todo o peso, o que indica sua alta densidade.

Como determinar a carga do núcleo de um átomo?

Para determinar a carga do núcleo de um átomo, você precisa ser bem versado na estrutura, estrutura do próprio átomo e seu núcleo, entender as leis básicas da física e da química e também estar armado com a tabela periódica de Mendeleev para determinar o número atômico de um elemento químico.

1. O conhecimento de que uma partícula microscópica de qualquer substância possui um núcleo e elétrons em sua estrutura, que criam uma casca ao seu redor em forma de nuvem. O núcleo, por sua vez, inclui dois tipos de partículas elementares indivisíveis: prótons e neurônios, cada um com suas próprias propriedades e características. Os neurônios não possuem carga eletrônica em seu arsenal. Isso significa que sua carga não é igual nem maior ou menor que zero. Os prótons, ao contrário de suas contrapartes, carregam uma carga positiva. Em outras palavras, sua carga elétrica pode ser denotada como +1.
2. Os elétrons, que são parte integrante de cada átomo, também carregam um certo tipo de carga elétrica. São partículas elementares carregadas negativamente e, por escrito, são definidas como -1.
3. Para calcular a carga de um átomo, você precisa conhecer sua estrutura (acabamos de lembrar as informações necessárias), o número de partículas elementares na composição. E para descobrir a soma da carga de um átomo, você precisa adicionar matematicamente o número de algumas partículas (prótons) a outras (elétrons). Normalmente, a característica de um átomo diz que ele é neutro em elétrons. Em outras palavras, o valor dos elétrons é igual ao número de prótons. O resultado é que o valor da carga de tal átomo é igual a zero.
4. Uma nuance importante: há situações em que o número de partículas elementares carregadas positiva e negativamente no núcleo pode não ser igual. Isso sugere que o átomo se torna um íon com carga positiva ou negativa.

A designação do núcleo de um átomo no campo científico se parece com Ze. Decifrar isso é bastante simples: Z é o número atribuído ao elemento na conhecida tabela periódica, também é chamado de número ordinal ou de carregamento. E indica o número de prótons no núcleo de um átomo, e e é apenas a carga de um próton.

Na ciência moderna, existem núcleos com diferentes valores de carga: de 1 a 118.

Outro conceito importante que os jovens químicos precisam conhecer é o número de massa. Este conceito indica a quantidade total da carga de nucleons (estes são os componentes muito menores do núcleo de um átomo de um elemento químico). E você pode encontrar esse número se usar a fórmula: UMA = Z + N onde A é o número de massa desejado, Z é o número de prótons e N é o número de nêutrons no núcleo.

Qual é a carga nuclear de um átomo de bromo?

Para demonstrar na prática como encontrar a carga de um átomo de um elemento necessário (no nosso caso, o bromo), vale a pena consultar a tabela periódica dos elementos químicos e encontrar o bromo lá. Seu número atômico é 35. Isso significa que a carga de seu núcleo também é 35, pois depende do número de prótons no núcleo. E o número de prótons é indicado pelo número sob o qual o elemento químico está na grande obra de Mendeleev.

Aqui estão mais alguns exemplos para tornar mais fácil para os jovens químicos calcularem os dados necessários no futuro:

• a carga do núcleo do átomo de sódio (na) é 11, pois é sob este número que se encontra na tabela de elementos químicos.
• a carga do núcleo de fósforo (cuja designação simbólica é P) tem um valor de 15, porque é quantos prótons há em seu núcleo;
• o enxofre (com designação gráfica S) é vizinho na tabela do elemento anterior, portanto, sua carga nuclear é 16;
• o ferro (e podemos encontrá-lo na designação Fe) está no número 26, o que indica o mesmo número de prótons em seu núcleo e, portanto, a carga do átomo;
• o carbono (também conhecido como C) está abaixo do 6º número da tabela periódica, que indica a informação que precisamos;
• o magnésio tem número atômico 12 e no simbolismo internacional é conhecido como Mg;
• o cloro na tabela periódica, onde está escrito como Cl, é o número 17, então seu número atômico (ou seja, precisamos dele) é o mesmo - 17;
• o cálcio (Ca), tão útil para organismos jovens, encontra-se no número 20;
• a carga do núcleo do átomo de nitrogênio (com a designação escrita N) é 7, é nesta ordem que é apresentada na tabela periódica;
• o bário está no número 56, que é igual à sua massa atômica;
• o elemento químico selênio (Se) possui 34 prótons em seu núcleo, e isso mostra que essa será a carga do núcleo de seu átomo;
• prata (ou Ag escrito) tem um número de série e uma massa atômica de 47;
• se você precisar descobrir a carga do núcleo do átomo de lítio (Li), precisará voltar ao início da grande obra de Mendeleev, onde ele está no número 3;
• Aurum ou nosso ouro favorito (Au) tem uma massa atômica de 79;
• para argônio, esse valor é 18;
• o rubídio tem uma massa atômica de 37, enquanto o estrôncio tem uma massa atômica de 38.

É possível listar todos os componentes da tabela periódica de Mendeleev por muito tempo, porque há muitos deles (esses componentes). O principal é que a essência desse fenômeno é clara, e se você precisar calcular o número atômico de potássio, oxigênio, silício, zinco, alumínio, hidrogênio, berílio, boro, flúor, cobre, flúor, arsênico, mercúrio, néon , manganês, titânio, então você só precisa consultar a tabela de elementos químicos e descobrir o número de série de uma determinada substância.

Um átomo é a menor partícula de um elemento químico que retém todas as suas propriedades químicas. Um átomo consiste em um núcleo carregado positivamente e elétrons carregados negativamente. A carga do núcleo de qualquer elemento químico é igual ao produto de Z por e, onde Z é o número de série desse elemento no sistema periódico de elementos químicos, e é o valor da carga elétrica elementar.

Elétron- esta é a menor partícula de uma substância com carga elétrica negativa e=1,6·10 -19 coulombs, tomada como carga elétrica elementar. Os elétrons, girando em torno do núcleo, estão localizados nas camadas eletrônicas K, L, M, etc. K é a camada mais próxima do núcleo. O tamanho de um átomo é determinado pelo tamanho de sua camada eletrônica. Um átomo pode perder elétrons e se tornar um íon positivo, ou ganhar elétrons e se tornar um íon negativo. A carga de um íon determina o número de elétrons perdidos ou ganhos. O processo de transformar um átomo neutro em um íon carregado é chamado de ionização.

núcleo atômico(a parte central do átomo) consiste em partículas nucleares elementares - prótons e nêutrons. O raio do núcleo é cerca de cem mil vezes menor que o raio do átomo. A densidade do núcleo atômico é extremamente alta. Prótons- São partículas elementares estáveis ​​com uma carga elétrica unitária positiva e uma massa 1836 vezes maior que a massa de um elétron. O próton é o núcleo do elemento mais leve, o hidrogênio. O número de prótons no núcleo é Z. Nêutroné uma partícula elementar neutra (sem carga elétrica) com uma massa muito próxima da massa de um próton. Como a massa do núcleo é a soma da massa de prótons e nêutrons, o número de nêutrons no núcleo de um átomo é A - Z, onde A é o número de massa de um determinado isótopo (veja). O próton e o nêutron que compõem o núcleo são chamados de nucleons. No núcleo, os nucleons são ligados por forças nucleares especiais.

O núcleo atômico tem uma enorme reserva de energia, que é liberada durante as reações nucleares. As reações nucleares ocorrem quando os núcleos atômicos interagem com partículas elementares ou com os núcleos de outros elementos. Como resultado de reações nucleares, novos núcleos são formados. Por exemplo, um nêutron pode se transformar em um próton. Nesse caso, uma partícula beta, ou seja, um elétron, é ejetada do núcleo.

A transição no núcleo de um próton para um nêutron pode ser realizada de duas maneiras: ou uma partícula com massa igual à massa de um elétron, mas com uma carga positiva, chamada de pósitron (decaimento de pósitron), é emitida de o núcleo, ou o núcleo captura um dos elétrons da camada K mais próxima (captura K).

Às vezes, o núcleo formado tem excesso de energia (está em estado excitado) e, passando para o estado normal, libera excesso de energia na forma de radiação eletromagnética com comprimento de onda muito curto -. A energia liberada durante as reações nucleares é praticamente utilizada em diversas indústrias.

Um átomo (do grego atomos - indivisível) é a menor partícula de um elemento químico que possui suas propriedades químicas. Cada elemento é composto de certos tipos de átomos. A estrutura de um átomo inclui o núcleo carregando uma carga elétrica positiva e elétrons carregados negativamente (veja), formando suas camadas eletrônicas. O valor da carga elétrica do núcleo é igual a Z-e, onde e é a carga elétrica elementar, igual em magnitude à carga do elétron (4,8 10 -10 unidades e.-st.), e Z é o número atômico deste elemento no sistema periódico de elementos químicos (ver .). Como um átomo não ionizado é neutro, o número de elétrons incluídos nele também é igual a Z. A composição do núcleo (ver. Núcleo atômico) inclui nucleons, partículas elementares com massa aproximadamente 1840 vezes maior que a massa de um átomo. elétron (igual a 9,1 10 - 28 g), prótons (veja), nêutrons carregados positivamente e sem carga (veja). O número de nucleons no núcleo é chamado de número de massa e é denotado pela letra A. O número de prótons no núcleo, igual a Z, determina o número de elétrons que entram no átomo, a estrutura das camadas eletrônicas e a química propriedades do átomo. O número de nêutrons no núcleo é A-Z. Os isótopos são chamados de variedades do mesmo elemento, cujos átomos diferem entre si em número de massa A, mas têm o mesmo Z. Assim, nos núcleos de átomos de diferentes isótopos de um elemento há um número diferente de nêutrons com o mesmo número de prótons. Ao designar isótopos, o número de massa A é escrito na parte superior do símbolo do elemento e o número atômico na parte inferior; por exemplo, isótopos de oxigênio são indicados:

As dimensões de um átomo são determinadas pelas dimensões das camadas eletrônicas e para todo Z são cerca de 10 -8 cm. Como a massa de todos os elétrons do átomo é vários milhares de vezes menor que a massa do núcleo, a massa do átomo o átomo é proporcional ao número de massa. A massa relativa de um átomo de um dado isótopo é determinada em relação à massa de um átomo do isótopo de carbono C 12, tomada como 12 unidades, e é chamada de massa isotópica. Acontece que está próximo do número de massa do isótopo correspondente. O peso relativo de um átomo de um elemento químico é o valor médio (levando em consideração a abundância relativa dos isótopos de um determinado elemento) do peso isotópico e é chamado de peso atômico (massa).

Um átomo é um sistema microscópico, e sua estrutura e propriedades só podem ser explicadas com a ajuda da teoria quântica, criada principalmente na década de 20 do século XX e destinada a descrever fenômenos em escala atômica. Experimentos mostraram que as micropartículas - elétrons, prótons, átomos etc. - além das corpusculares, possuem propriedades ondulatórias que se manifestam em difração e interferência. Na teoria quântica, um certo campo de onda caracterizado por uma função de onda (função Ψ) é usado para descrever o estado de micro-objetos. Esta função determina as probabilidades de estados possíveis de um micro-objeto, ou seja, caracteriza as possibilidades potenciais para a manifestação de uma ou outra de suas propriedades. A lei da variação da função Ψ no espaço e no tempo (a equação de Schrödinger), que permite encontrar essa função, desempenha na teoria quântica o mesmo papel que as leis do movimento de Newton na mecânica clássica. A solução da equação de Schrödinger em muitos casos leva a possíveis estados discretos do sistema. Assim, por exemplo, no caso de um átomo, obtém-se uma série de funções de onda para os elétrons correspondentes a diferentes valores de energia (quantizados). O sistema de níveis de energia do átomo, calculado pelos métodos da teoria quântica, recebeu brilhante confirmação em espectroscopia. A transição de um átomo do estado fundamental correspondente ao nível de energia E 0 mais baixo para qualquer um dos estados excitados E i ocorre quando uma certa porção de energia E i - E 0 é absorvida. Um átomo excitado entra em um estado menos excitado ou fundamental, geralmente com a emissão de um fóton. Neste caso, a energia do fóton hv é igual à diferença entre as energias de um átomo em dois estados: hv= E i - E k onde h é a constante de Planck (6,62·10 -27 erg·s), v é a freqüência de luz.

Além dos espectros atômicos, a teoria quântica tornou possível explicar outras propriedades dos átomos. Em particular, a valência, a natureza da ligação química e a estrutura das moléculas foram explicadas, e a teoria do sistema periódico de elementos foi criada.