Belkin I.K. Ang singil ng atomic nucleus at ang periodic system ng mga elemento ni Mendeleev // Kvant. - 1984. - Bilang 3. - S. 31-32.

Sa pamamagitan ng espesyal na kasunduan sa editoryal board at mga editor ng journal na "Kvant"

Ang mga modernong ideya tungkol sa istraktura ng atom ay lumitaw noong 1911-1913, pagkatapos ng sikat na mga eksperimento ng Rutherford sa pagkalat ng mga particle ng alpha. Sa mga eksperimentong ito, ipinakita iyon α -mga particle (positibo ang kanilang singil), na nahuhulog sa isang manipis na metal foil, kung minsan ay nalilihis sa malalaking anggulo at itinatapon paatras. Ito ay maipaliwanag lamang sa pamamagitan ng katotohanan na ang positibong singil sa atom ay puro sa maliit na dami. Kung iniisip natin ito sa anyo ng isang bola, kung gayon, tulad ng itinatag ni Rutherford, ang radius ng bola na ito ay dapat na humigit-kumulang 10 -14 -10 -15 m, na sampu at daan-daang libong beses na mas maliit kaysa sa laki ng atom. sa kabuuan (~10 -10 m) . Malapit lamang sa gayong maliit na positibong singil ang maaaring magkaroon ng isang electric field na may kakayahang itapon α - isang butil na gumagalaw sa bilis na humigit-kumulang 20,000 km/s. Tinawag ni Rutherford ang bahaging ito ng atom na nucleus.

Ito ay kung paano lumitaw ang ideya na ang isang atom ng anumang sangkap ay binubuo ng isang positibong sisingilin na nucleus at mga negatibong sisingilin na mga electron, ang pagkakaroon nito sa mga atom ay naitatag nang mas maaga. Malinaw, dahil ang atom sa kabuuan ay neutral sa kuryente, ang singil ng nucleus ay dapat na katumbas ng numero sa singil ng lahat ng mga electron na nasa atom. Kung tinutukoy natin ang modulus ng singil ng elektron sa pamamagitan ng titik e(elementarya na bayad), pagkatapos ay ang singil q dapat pantay ang mga core ko q ako = Ze, saan Z ay isang integer na katumbas ng bilang ng mga electron sa atom. Ngunit kung ano ang numero Z? Ano ang bayad q ako core?

Mula sa mga eksperimento ng Rutherford, na naging posible upang matukoy ang laki ng nucleus, sa prinsipyo, posibleng matukoy ang halaga ng singil ng nucleus. Pagkatapos ng lahat, ang electric field na tumatanggi α -particle, hindi lamang nakasalalay sa laki, kundi pati na rin sa singil ng nucleus. At talagang tinantya ni Rutherford ang singil ng nucleus. Ayon kay Rutherford, ang nuclear charge ng isang atom ng isang kemikal na elemento ay humigit-kumulang katumbas ng kalahati ng relatibong atomic mass nito. PERO, na pinarami ng elementary charge e, ibig sabihin

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

Ngunit, kakaiba, ang tunay na singil ng nucleus ay itinatag hindi ni Rutherford, ngunit ng isa sa mga mambabasa ng kanyang mga artikulo at ulat, ang Dutch scientist na si Van den Broek (1870-1926). Ito ay kakaiba dahil si Van den Broek ay hindi isang physicist sa pamamagitan ng edukasyon at propesyon, ngunit isang abogado.

Bakit iniugnay ni Rutherford, nang sinusuri ang mga singil ng atomic nuclei, sa mga atomic na masa? Ang katotohanan ay noong 1869 D. I. Mendeleev ay lumikha ng isang panaka-nakang sistema ng mga elemento ng kemikal, inayos niya ang mga elemento sa pagkakasunud-sunod ng pagtaas ng kanilang mga kamag-anak na atomic na masa. At sa nakalipas na apatnapung taon, ang lahat ay nasanay sa katotohanan na ang pinakamahalagang katangian ng isang elemento ng kemikal ay ang kamag-anak na atomic na masa, na ito ang nagpapakilala sa isang elemento mula sa isa pa.

Samantala, ito ay sa oras na ito, sa simula ng ika-20 siglo, na ang mga paghihirap ay lumitaw sa sistema ng mga elemento. Sa pag-aaral ng phenomenon ng radioactivity, maraming bagong radioactive elements ang natuklasan. At tila walang lugar para sa kanila sa sistema ni Mendeleev. Tila kailangang baguhin ang sistema ni Mendeleev. Ito ang partikular na inaalala ni Van den Broek. Sa paglipas ng ilang taon, iminungkahi niya ang ilang mga pagpipilian para sa isang pinalawak na sistema ng mga elemento, kung saan magkakaroon ng sapat na espasyo hindi lamang para sa hindi pa natuklasang mga matatag na elemento (D. I. Mendeleev mismo ay "nag-ingat" sa mga lugar para sa kanila), ngunit din para sa mga radioactive na elemento din. Ang huling bersyon ni Van den Broek ay nai-publish noong unang bahagi ng 1913, mayroon itong 120 na lugar, at sinakop ng uranium ang cell number na 118.

Sa parehong taon, 1913, ang mga resulta ng pinakabagong pananaliksik sa scattering ay nai-publish. α -mga particle sa malalaking anggulo, na isinagawa ng mga collaborator ni Rutherford na sina Geiger at Marsden. Sa pagsusuri sa mga resultang ito, gumawa si Van den Broek ng isang mahalagang pagtuklas. Nahanap niya na ang numero Z sa pormula q ako = Ze ay hindi katumbas ng kalahati ng relatibong masa ng isang atom ng isang elemento ng kemikal, ngunit sa serial number nito. At, bukod dito, ang ordinal na numero ng elemento sa sistema ng Mendeleev, at hindi sa kanyang, Van den Broek, 120-lokal na sistema. Ang sistema ni Mendeleev, lumalabas, ay hindi kailangang baguhin!

Ito ay sumusunod mula sa ideya ni Van den Broek na ang bawat atom ay binubuo ng isang atomic nucleus, na ang singil ay katumbas ng serial number ng kaukulang elemento sa sistema ng Mendeleev, na pinarami ng elementarya na singil, at mga electron, ang numero. kung saan sa atom ay katumbas din ng serial number ng elemento. (Ang isang tansong atom, halimbawa, ay binubuo ng isang nucleus na may singil na 29 e, at 29 na mga electron.) Naging malinaw na intuitively ni D. I. Mendeleev na inayos ang mga elemento ng kemikal sa pataas na pagkakasunud-sunod hindi sa atomic mass ng elemento, ngunit sa singil ng nucleus nito (bagaman hindi niya alam ang tungkol dito). Dahil dito, ang isang elemento ng kemikal ay naiiba sa iba hindi sa atomic mass nito, ngunit sa singil ng atomic nucleus. Ang singil ng nucleus ng isang atom ay ang pangunahing katangian ng isang kemikal na elemento. Mayroong mga atomo ng ganap na magkakaibang mga elemento, ngunit may parehong atomic na masa (mayroon silang isang espesyal na pangalan - isobars).

Ang katotohanan na hindi mga atomic na masa ang tumutukoy sa posisyon ng isang elemento sa system ay makikita rin mula sa periodic table: sa tatlong lugar, ang panuntunan ng pagtaas ng atomic mass ay nilabag. Kaya, ang relatibong atomic mass ng nickel (No. 28) ay mas mababa kaysa sa cobalt (No. 27), para sa potassium (No. 19) ito ay mas mababa kaysa sa argon (No. 18), para sa iodine (No. 53) ito ay mas mababa kaysa sa tellurium (No. 52).

Ang pagpapalagay tungkol sa ugnayan sa pagitan ng singil ng atomic nucleus at ng ordinal na numero ng elemento ay madaling ipinaliwanag ang mga panuntunan sa displacement para sa radioactive transformations, na natuklasan noong parehong 1913 (Physics 10, § 103). Sa katunayan, kapag inilabas ng nucleus α -particle, ang singil nito ay katumbas ng dalawang elementarya na singil, ang singil ng nucleus, at samakatuwid ang serial number nito (ngayon ay karaniwang sinasabi nila - atomic number) ay dapat bumaba ng dalawang unit. Kapag naglalabas β -particle, iyon ay, isang negatibong sisingilin na elektron, dapat itong tumaas ng isang yunit. Ito ang tungkol sa mga alituntunin ng displacement.

Ang ideya ng Van den Broek sa lalong madaling panahon (literal sa parehong taon) ay nakatanggap ng una, kahit na hindi direkta, pang-eksperimentong kumpirmasyon. Medyo mamaya, ang kawastuhan nito ay napatunayan sa pamamagitan ng direktang pagsukat ng singil ng nuclei ng maraming elemento. Malinaw na may mahalagang papel ito sa karagdagang pag-unlad ng physics ng atom at ng atomic nucleus.

Tinutukoy ng nuclear charge () ang lokasyon ng chemical element sa D.I. table. Mendeleev. Ang Z number ay ang bilang ng mga proton sa nucleus. Ang Cl ay ang singil ng proton, na katumbas ng magnitude sa singil ng elektron.

Muli naming binibigyang-diin na tinutukoy ng nuclear charge ang bilang ng mga positibong elementary charge na dala ng mga proton. At dahil ang atom ay karaniwang isang neutral na sistema, tinutukoy din ng singil ng nucleus ang bilang ng mga electron sa atom. At naaalala natin na ang elektron ay may negatibong singil sa elementarya. Ang mga electron sa isang atom ay ipinamamahagi sa mga shell ng enerhiya at mga subshell depende sa kanilang bilang, samakatuwid, ang singil ng nucleus ay may malaking epekto sa pamamahagi ng mga electron sa kanilang mga estado. Ang mga kemikal na katangian ng isang atom ay nakasalalay sa bilang ng mga electron sa huling antas ng enerhiya. Ito ay lumalabas na ang singil ng nucleus ay tumutukoy sa mga kemikal na katangian ng sangkap.

Nakaugalian na ngayon na tukuyin ang iba't ibang elemento ng kemikal tulad ng sumusunod: , kung saan ang X ay ang simbolo ng elemento ng kemikal sa periodic table, na tumutugma sa singil.

Ang mga elemento na may parehong Z ngunit magkaibang atomic mass (A) (na nangangahulugan na ang nucleus ay may parehong bilang ng mga proton ngunit magkaibang bilang ng mga neutron) ay tinatawag na isotopes. Kaya, ang hydrogen ay may dalawang isotopes: 1 1 H-hydrogen; 2 1 H-deuterium; 3 1 H-tritium

Mayroong matatag at hindi matatag na isotopes.

Ang nuclei na may parehong masa ngunit magkaibang singil ay tinatawag na isobars. Ang mga isobar ay pangunahing matatagpuan sa mabibigat na nuclei, at sa mga pares o triad. Halimbawa, at .

Ang unang hindi direktang pagsukat ng nuclear charge ay ginawa ni Moseley noong 1913. Nagtatag siya ng kaugnayan sa pagitan ng dalas ng katangian ng X-ray radiation () at ng nuclear charge (Z):

kung saan ang C at B ay mga element-independent na constant para sa serye ng radiation na isinasaalang-alang.

Ang singil ng nucleus ay direktang tinutukoy ni Chadwick noong 1920 habang pinag-aaralan ang pagkalat ng nuclei ng helium atom sa mga metal na pelikula.

Pangunahing Komposisyon

Ang nucleus ng hydrogen atom ay tinatawag na proton. Ang masa ng isang proton ay:

Ang nucleus ay binubuo ng mga proton at neutron (sama-samang tinatawag na mga nucleon). Ang neutron ay natuklasan noong 1932. Ang masa ng neutron ay napakalapit sa masa ng proton. Ang neutron ay walang electric charge.

Ang kabuuan ng bilang ng mga proton (Z) at ang bilang ng mga neutron (N) sa nucleus ay tinatawag na mass number A:

Dahil ang mga masa ng neutron at proton ay napakalapit, ang bawat isa sa kanila ay katumbas ng halos isang atomic mass unit. Ang mass ng mga electron sa isang atom ay mas mababa kaysa sa masa ng nucleus, kaya pinaniniwalaan na ang mass number ng nucleus ay humigit-kumulang katumbas ng relatibong atomic mass ng elemento, kung bilugan sa pinakamalapit na integer.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

HALIMBAWA 1

Mag-ehersisyo

Ang nuclei ay napaka-matatag na mga sistema, samakatuwid, ang mga proton at neutron ay dapat panatilihin sa loob ng nucleus sa pamamagitan ng ilang uri ng puwersa. Ano ang masasabi mo sa mga puwersang ito?

Desisyon

Mapapansin kaagad na ang mga puwersa na nagbubuklod sa mga nucleon ay hindi kabilang sa mga gravitational, na masyadong mahina. Ang katatagan ng nucleus ay hindi maipaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga electromagnetic na pwersa, dahil sa pagitan ng mga proton, bilang mga particle na nagdadala ng mga singil ng parehong tanda, maaari lamang magkaroon ng electrical repulsion. Ang mga neutron ay mga electrically neutral na particle. Isang espesyal na uri ng puwersa ang kumikilos sa pagitan ng mga nucleon, na tinatawag na nuclear forces. Ang mga puwersang ito ay halos 100 beses na mas malakas kaysa sa mga puwersang elektrikal. Ang mga puwersang nuklear ay ang pinakamakapangyarihan sa lahat ng kilalang pwersa sa kalikasan. Ang pakikipag-ugnayan ng mga particle sa nucleus ay tinatawag na malakas. Ang susunod na tampok ng mga puwersang nuklear ay ang mga ito ay maikli. Ang mga puwersang nuklear ay nagiging kapansin-pansin lamang sa layo ng pagkakasunud-sunod ng cm, iyon ay, sa layo ng laki ng nucleus.

HALIMBAWA 2

Mag-ehersisyo

Sa anong pinakamababang distansya ang nucleus ng isang helium atom, na may kinetic energy na katumbas ng sa isang head-on collision, makalapit sa hindi gumagalaw na nucleus ng lead atom?

Desisyon

Gumawa tayo ng drawing. Isaalang-alang ang paggalaw ng nucleus ng helium atom ( - particle) sa isang electrostatic field, na lumilikha ng hindi gumagalaw na nucleus ng lead atom. - ang particle ay gumagalaw patungo sa nucleus ng lead atom na may bilis na bumababa sa zero, dahil ang mga puwersang salungat ay kumikilos sa pagitan ng mga katulad na sisingilin na mga particle. Ang kinetic energy na taglay ng particle ay magiging potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan - mga particle at field (), na lumilikha ng nucleus ng lead atom: Ipinapahayag namin ang potensyal na enerhiya ng isang particle sa isang electrostatic field bilang: nasaan ang singil ng nucleus ng isang helium atom; - ang intensity ng electrostatic field, na lumilikha ng nucleus ng lead atom. Mula sa (2.1) - (2.3) makuha namin:

Ang atom ay ang pinakamaliit na butil ng isang kemikal na elemento na nagpapanatili ng lahat ng mga katangiang kemikal nito. Ang isang atom ay binubuo ng isang positibong sisingilin na nucleus at mga negatibong sisingilin na mga electron. Ang singil ng nucleus ng anumang elemento ng kemikal ay katumbas ng produkto ng Z sa pamamagitan ng e, kung saan ang Z ay ang serial number ng elementong ito sa periodic system ng mga elemento ng kemikal, ang e ay ang halaga ng elementarya na singil sa kuryente.

Elektron- ito ang pinakamaliit na particle ng isang substance na may negatibong electric charge e=1.6·10 -19 coulombs, kinuha bilang elementary electric charge. Ang mga electron, na umiikot sa paligid ng nucleus, ay matatagpuan sa mga shell ng elektron na K, L, M, atbp. Ang K ay ang shell na pinakamalapit sa nucleus. Ang laki ng isang atom ay tinutukoy ng laki ng shell ng elektron nito. Ang isang atom ay maaaring mawalan ng mga electron at maging isang positibong ion, o makakuha ng mga electron at maging isang negatibong ion. Tinutukoy ng singil ng isang ion ang bilang ng mga electron na nawala o nakuha. Ang proseso ng paggawa ng isang neutral na atom sa isang sisingilin na ion ay tinatawag na ionization.

atomic nucleus(ang gitnang bahagi ng atom) ay binubuo ng mga elementarya na nuklear na particle - mga proton at neutron. Ang radius ng nucleus ay halos isang daang libong beses na mas maliit kaysa sa radius ng atom. Ang density ng atomic nucleus ay napakataas. Mga proton- Ito ay mga stable na elementarya na particle na mayroong unit positive electric charge at mass na 1836 beses na mas malaki kaysa sa mass ng isang electron. Ang proton ay ang nucleus ng pinakamagaan na elemento, ang hydrogen. Ang bilang ng mga proton sa nucleus ay Z. Neutron ay isang neutral (walang singil sa kuryente) elementarya na particle na may mass na napakalapit sa masa ng isang proton. Dahil ang masa ng nucleus ay ang kabuuan ng masa ng mga proton at neutron, ang bilang ng mga neutron sa nucleus ng isang atom ay A - Z, kung saan ang A ay ang mass number ng isang ibinigay na isotope (tingnan). Ang proton at neutron na bumubuo sa nucleus ay tinatawag na mga nucleon. Sa nucleus, ang mga nucleon ay nakagapos ng mga espesyal na puwersang nuklear.

Ang atomic nucleus ay may malaking imbakan ng enerhiya, na inilalabas sa panahon ng mga reaksyong nuklear. Ang mga reaksyong nuklear ay nangyayari kapag ang atomic nuclei ay nakikipag-ugnayan sa elementarya na mga particle o sa nuclei ng iba pang mga elemento. Bilang resulta ng mga reaksyong nuklear, nabuo ang mga bagong nuclei. Halimbawa, ang isang neutron ay maaaring mag-transform sa isang proton. Sa kasong ito, ang isang beta particle, ibig sabihin, isang electron, ay inilabas mula sa nucleus.

Ang paglipat sa nucleus ng isang proton sa isang neutron ay maaaring isagawa sa dalawang paraan: alinman sa isang particle na may mass na katumbas ng masa ng isang electron, ngunit may positibong singil, na tinatawag na isang positron (positron decay), ay ibinubuga mula sa ang nucleus, o ang nucleus ay kumukuha ng isa sa mga electron mula sa pinakamalapit na K-shell (K -capture).

Minsan ang nabuo na nucleus ay may labis na enerhiya (ito ay nasa isang nasasabik na estado) at, pumasa sa normal na estado, naglalabas ng labis na enerhiya sa anyo ng electromagnetic radiation na may napakaikling wavelength -. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng mga reaksyong nuklear ay praktikal na ginagamit sa iba't ibang mga industriya.

Ang isang atom (Greek atomos - hindi mahahati) ay ang pinakamaliit na particle ng isang kemikal na elemento na may mga katangiang kemikal nito. Ang bawat elemento ay binubuo ng ilang uri ng mga atomo. Ang istraktura ng isang atom ay kinabibilangan ng kernel na nagdadala ng isang positibong singil sa kuryente, at mga negatibong sisingilin na mga electron (tingnan), na bumubuo sa mga elektronikong shell nito. Ang halaga ng electric charge ng nucleus ay katumbas ng Z-e, kung saan ang e ay ang elementary electric charge, katumbas ng magnitude sa charge ng electron (4.8 10 -10 e.-st. units), at Z ang atomic number ng elementong ito sa pana-panahong sistema ng mga elemento ng kemikal (tingnan ang .). Dahil ang isang non-ionized atom ay neutral, ang bilang ng mga electron na kasama dito ay katumbas din ng Z. Ang komposisyon ng nucleus (tingnan. Atomic nucleus) ay kinabibilangan ng mga nucleon, elementarya na mga particle na may mass na humigit-kumulang 1840 beses na mas malaki kaysa sa mass ng isang electron (katumbas ng 9.1 10 - 28 g), protons (tingnan), positively charged, at chargeless neutrons (tingnan). Ang bilang ng mga nucleon sa nucleus ay tinatawag na mass number at tinutukoy ng letrang A. Ang bilang ng mga proton sa nucleus, katumbas ng Z, ay tumutukoy sa bilang ng mga electron na pumapasok sa atom, ang istraktura ng mga shell ng elektron at ang kemikal. mga katangian ng atom. Ang bilang ng mga neutron sa nucleus ay A-Z. Ang mga isotopes ay tinatawag na mga varieties ng parehong elemento, ang mga atomo na naiiba sa bawat isa sa mass number A, ngunit may parehong Z. Kaya, sa nuclei ng mga atom ng iba't ibang isotopes ng isang elemento mayroong ibang bilang ng mga neutron na may parehong bilang ng mga proton. Kapag nagtatalaga ng isotopes, ang mass number A ay nakasulat sa tuktok ng simbolo ng elemento, at ang atomic number sa ibaba; halimbawa, ang mga isotopes ng oxygen ay tinutukoy:

Ang mga sukat ng isang atom ay tinutukoy ng mga sukat ng mga shell ng elektron at para sa lahat ng Z ay mga 10 -8 cm. Dahil ang masa ng lahat ng mga electron ng atom ay ilang libong beses na mas mababa kaysa sa masa ng nucleus, ang masa ng ang atom ay proporsyonal sa mass number. Ang kamag-anak na masa ng isang atom ng isang ibinigay na isotope ay tinutukoy na may kaugnayan sa masa ng isang atom ng carbon isotope C 12, kinuha bilang 12 mga yunit, at tinatawag na isotopic mass. Ito ay lumalabas na malapit sa mass number ng kaukulang isotope. Ang relatibong bigat ng isang atom ng isang elemento ng kemikal ay ang average (isinasaalang-alang ang relatibong kasaganaan ng isotopes ng isang partikular na elemento) na halaga ng isotopic weight at tinatawag na atomic weight (mass).

Ang atom ay isang mikroskopikong sistema, at ang istraktura at mga katangian nito ay maipaliwanag lamang sa tulong ng quantum theory, na nilikha pangunahin noong 20s ng ika-20 siglo at nilayon upang ilarawan ang mga phenomena sa isang atomic scale. Ipinakita ng mga eksperimento na ang mga microparticle - mga electron, proton, atoms, atbp. - bilang karagdagan sa corpuscular, ay may mga katangian ng alon na nagpapakita ng kanilang mga sarili sa diffraction at interference. Sa quantum theory, ang isang tiyak na wave field na nailalarawan sa pamamagitan ng wave function (Ψ-function) ay ginagamit upang ilarawan ang estado ng micro-objects. Tinutukoy ng function na ito ang mga probabilidad ng mga posibleng estado ng micro-object, ibig sabihin, nailalarawan nito ang mga potensyal na posibilidad para sa pagpapakita ng isa o isa pa sa mga katangian nito. Ang batas ng pagkakaiba-iba ng function na Ψ sa espasyo at oras (ang Schrödinger equation), na ginagawang posible upang mahanap ang function na ito, ay gumaganap ng parehong papel sa quantum theory gaya ng Newton's laws of motion sa classical mechanics. Ang solusyon ng Schrödinger equation sa maraming kaso ay humahantong sa mga hiwalay na posibleng estado ng system. Kaya, halimbawa, sa kaso ng isang atom, ang isang serye ng mga function ng wave para sa mga electron ay nakuha na naaayon sa iba't ibang (quantized) na mga halaga ng enerhiya. Ang sistema ng mga antas ng enerhiya ng atom, na kinakalkula ng mga pamamaraan ng quantum theory, ay nakatanggap ng napakatalino na kumpirmasyon sa spectroscopy. Ang paglipat ng isang atom mula sa ground state na tumutugma sa pinakamababang antas ng enerhiya na E 0 sa alinman sa mga nasasabik na estado E i ay nangyayari kapag ang isang tiyak na bahagi ng enerhiya E i - E 0 ay hinihigop. Ang isang nasasabik na atom ay napupunta sa isang hindi gaanong nasasabik o ground state, kadalasan sa paglabas ng isang photon. Sa kasong ito, ang photon energy hv ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga energies ng isang atom sa dalawang estado: hv= E i - E k kung saan ang h ay ang pare-pareho ng Planck (6.62·10 -27 erg·sec), v ay ang frequency ng liwanag.

Bilang karagdagan sa atomic spectra, ginawang posible ng quantum theory na ipaliwanag ang iba pang mga katangian ng mga atomo. Sa partikular, ang valency, ang likas na katangian ng kemikal na bono at ang istraktura ng mga molekula ay ipinaliwanag, at ang teorya ng periodic system ng mga elemento ay nilikha.

Sa puso ng anumang agham ay namamalagi ang isang bagay na maliit at mahalaga. Sa biology ito ay isang cell, sa linguistics ito ay isang titik at tunog, sa engineering ito ay isang cog, sa construction ito ay isang butil ng buhangin, at para sa kimika at pisika ang pinakamahalagang bagay ay ang atom, ang istraktura nito.

Ang artikulong ito ay inilaan para sa mga taong higit sa 18 taong gulang.

Over 18 ka na ba?

Ang atom ay ang pinakamaliit na particle ng lahat ng bagay na nakapaligid sa atin, na nagdadala ng lahat ng kinakailangang impormasyon, isang particle na tumutukoy sa mga katangian at singil. Sa mahabang panahon, naisip ng mga siyentipiko na ito ay hindi mahahati, isa, ngunit sa mahabang oras, araw, buwan at taon, mga pag-aaral, pag-aaral at mga eksperimento ang isinagawa na nagpapatunay na ang atom ay mayroon ding sariling istraktura. Sa madaling salita, ang mikroskopikong bola na ito ay binubuo ng mas maliliit na bahagi na nakakaapekto sa laki ng nucleus, mga katangian at singil nito. Ang istraktura ng mga particle na ito ay ang mga sumusunod:

• mga electron;
• ang nucleus ng isang atom.

Ang huli ay maaari ding hatiin sa napaka-elementarya na mga bahagi, na sa agham ay tinatawag na mga proton at neuron, kung saan mayroong malinaw na bilang sa bawat kaso.

Ang bilang ng mga proton na nasa nucleus ay nagpapahiwatig ng istraktura ng shell, na binubuo ng mga electron. Ang shell na ito, sa turn, ay naglalaman ng lahat ng kinakailangang katangian ng isang partikular na materyal, sangkap o bagay. Ang pagkalkula ng kabuuan ng mga proton ay napaka-simple - sapat na upang malaman ang serial number ng pinakamaliit na bahagi ng substance (atom) sa kilalang periodic table. Ang halagang ito ay tinatawag ding atomic number at tinutukoy ng Latin na titik na "Z". Mahalagang tandaan na ang mga proton ay may positibong singil, at sa pagsulat ang halagang ito ay tinukoy bilang +1.

Ang mga neuron ay ang pangalawang bahagi ng nucleus ng isang atom. Ito ay isang elementarya na subatomic na particle na walang anumang singil, hindi katulad ng mga electron o proton. Ang mga neuron ay natuklasan noong 1932 ni J. Chadwick, kung saan natanggap niya ang Nobel Prize pagkalipas ng 3 taon. Sa mga aklat-aralin at siyentipikong papel, ang mga ito ay tinutukoy bilang Latin na karakter na "n".

Ang ikatlong bahagi ng atom ay ang electron, na nasa monotonous na paggalaw sa paligid ng nucleus, kaya lumilikha ng isang ulap. Ang butil na ito ang pinakamagaan sa lahat ng nalalaman sa makabagong agham, na nangangahulugan na ang singil nito ay ang pinakamaliit din.Ang electron ay ipinahiwatig sa titik mula sa -1.

Ito ay ang kumbinasyon ng mga positibo at negatibong mga particle sa istraktura na ginagawang ang atom ay isang uncharged o neutrally charged particle. Ang nucleus, kung ihahambing sa kabuuang sukat ng buong atom, ay napakaliit, ngunit nasa loob nito na ang lahat ng timbang ay puro, na nagpapahiwatig ng mataas na density nito.

Paano matukoy ang singil ng nucleus ng isang atom?

Upang matukoy ang singil ng nucleus ng isang atom, kailangan mong maging mahusay sa istraktura, istraktura ng atom mismo at ang nucleus nito, maunawaan ang mga pangunahing batas ng pisika at kimika, at maging armado din ng periodic table ng Mendeleev upang tukuyin ang atomic number ng isang kemikal na elemento.

1. Ang kaalaman na ang isang microscopic na particle ng anumang sangkap ay may nucleus at mga electron sa istraktura nito, na lumikha ng isang shell sa anyo ng isang ulap malapit dito. Ang nucleus, sa turn, ay kinabibilangan ng dalawang uri ng elementarya na hindi mahahati na mga particle: mga proton at neuron, na ang bawat isa ay may sariling mga katangian at katangian. Ang mga neuron ay walang electronic charge sa kanilang arsenal. Nangangahulugan ito na ang kanilang singil ay hindi katumbas o mas malaki kaysa o mas mababa sa zero. Ang mga proton, hindi tulad ng kanilang mga katapat, ay may positibong singil. Sa madaling salita, ang kanilang electric charge ay maaaring tukuyin bilang +1.
2. Ang mga electron, na isang mahalagang bahagi ng bawat atom, ay nagdadala din ng isang tiyak na uri ng singil sa kuryente. Ang mga ito ay mga elementong elementarya na may negatibong singil, at sa pagsulat ay tinukoy ang mga ito bilang −1.
3. Upang makalkula ang singil ng isang atom, kailangan mo ng kaalaman tungkol sa istraktura nito (naalala lang namin ang kinakailangang impormasyon), ang bilang ng mga elementarya na particle sa komposisyon. At upang malaman ang kabuuan ng singil ng isang atom, kailangan mong mathematically idagdag ang bilang ng ilang mga particle (proton) sa iba (electrons). Karaniwan, ang katangian ng isang atom ay nagsasabi na ito ay neutral na elektron. Sa madaling salita, ang halaga ng mga electron ay katumbas ng bilang ng mga proton. Ang resulta ay ang halaga ng singil ng naturang atom ay katumbas ng zero.
4. Isang mahalagang nuance: may mga sitwasyon kung saan maaaring hindi pantay ang bilang ng positibo at negatibong sisingilin na mga elementary particle sa nucleus. Ito ay nagpapahiwatig na ang atom ay nagiging isang ion na may positibo o negatibong singil.

Ang pagtatalaga ng nucleus ng isang atom sa larangang siyentipiko ay mukhang Ze. Ang pag-decipher nito ay medyo simple: Ang Z ay ang numerong itinalaga sa elemento sa kilalang periodic table, tinatawag din itong ordinal o charging number. At ito ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga proton sa nucleus ng isang atom, at ang e ay ang singil lamang ng isang proton.

Sa modernong agham, may mga nuclei na may iba't ibang halaga ng singil: mula 1 hanggang 118.

Ang isa pang mahalagang konsepto na kailangang malaman ng mga batang chemist ay ang mass number. Ang konseptong ito ay nagpapahiwatig ng kabuuang halaga ng singil ng mga nucleon (ito ang pinakamaliit na bahagi ng nucleus ng isang atom ng isang elemento ng kemikal). At mahahanap mo ang numerong ito kung gagamitin mo ang formula: A = Z + N kung saan ang A ay ang nais na mass number, ang Z ay ang bilang ng mga proton, at ang N ay ang bilang ng mga neutron sa nucleus.

Ano ang nuclear charge ng isang bromine atom?

Upang maipakita sa pagsasanay kung paano hanapin ang singil ng isang atom ng isang kinakailangang elemento (sa aming kaso, bromine), ito ay nagkakahalaga ng pagsangguni sa periodic table ng mga elemento ng kemikal at paghahanap ng bromine doon. Ang atomic number nito ay 35. Nangangahulugan ito na ang singil ng nucleus nito ay 35 din, dahil nakadepende ito sa bilang ng mga proton sa nucleus. At ang bilang ng mga proton ay ipinahiwatig ng bilang kung saan nakatayo ang elementong kemikal sa dakilang gawain ni Mendeleev.

Narito ang ilang higit pang mga halimbawa upang gawing mas madali para sa mga batang chemist na kalkulahin ang kinakailangang data sa hinaharap:

• ang singil ng nucleus ng sodium atom (na) ay 11, dahil nasa ilalim ng numerong ito na makikita ito sa talahanayan ng mga elemento ng kemikal.
• ang singil ng phosphorus nucleus (na ang simbolikong pagtatalaga ay P) ay may halaga na 15, dahil iyon ay kung gaano karaming mga proton ang nasa nucleus nito;
• sulfur (na may graphic na pagtatalaga S) ay isang kapitbahay sa talahanayan ng nakaraang elemento, samakatuwid, ang nuclear charge nito ay 16;
• ang bakal (at mahahanap natin ito sa pagtatalagang Fe) ay nasa numero 26, na nagpapahiwatig ng parehong bilang ng mga proton sa nucleus nito, at samakatuwid ang singil ng atom;
• ang carbon (aka C) ay nasa ilalim ng ika-6 na numero ng periodic table, na nagpapahiwatig ng impormasyong kailangan namin;
• ang magnesium ay may atomic number 12, at sa internasyonal na simbolismo ito ay kilala bilang Mg;
• chlorine sa periodic table, kung saan ito ay nakasulat bilang Cl, ay numero 17, kaya ang atomic number nito (ibig sabihin, kailangan natin ito) ay pareho - 17;
• ang calcium (Ca), na lubhang kapaki-pakinabang para sa mga batang organismo, ay matatagpuan sa numero 20;
• ang singil ng nucleus ng nitrogen atom (na may nakasulat na pagtatalaga N) ay 7, nasa ganitong pagkakasunud-sunod na ito ay ipinakita sa periodic table;
• ang barium ay nakatayo sa numero 56, na katumbas ng atomic mass nito;
• ang elementong kemikal na selenium (Se) ay may 34 na proton sa nucleus nito, at ito ay nagpapakita na ito ang magiging singil ng nucleus ng atom nito;
• pilak (o nakasulat na Ag) ay may serial number at atomic mass na 47;
• kung kailangan mong malaman ang singil ng nucleus ng lithium atom (Li), pagkatapos ay kailangan mong lumiko sa simula ng mahusay na gawain ng Mendeleev, kung saan siya ay nasa numero 3;
• Ang Aurum o ang paborito nating ginto (Au) ay may atomic mass na 79;
• para sa argon, ang halagang ito ay 18;
• rubidium ay may atomic mass na 37, habang ang strontium ay may atomic mass na 38.

Posibleng ilista ang lahat ng mga bahagi ng periodic table ni Mendeleev sa napakatagal na panahon, dahil marami sa kanila (mga bahaging ito). Ang pangunahing bagay ay ang kakanyahan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay malinaw, at kung kailangan mong kalkulahin ang atomic na bilang ng potasa, oxygen, silikon, sink, aluminyo, hydrogen, beryllium, boron, fluorine, tanso, fluorine, arsenic, mercury, neon , mangganeso, titanium, pagkatapos ay kailangan mo lamang sumangguni sa talahanayan ng mga elemento ng kemikal at alamin ang serial number ng isang partikular na sangkap.

CORE CHARGE

batas ni Moseley. Ang electric charge ng nucleus ay nabuo ng mga proton na bumubuo sa komposisyon nito. Bilang ng mga proton Z tinatawag na singil nito, ibig sabihin na ang ganap na halaga ng singil ng nucleus ay katumbas ng Ze. Ang singil ng nucleus ay kapareho ng serial number Z elemento sa periodic system ng mga elemento ni Mendeleev. Sa unang pagkakataon, ang mga singil ng atomic nuclei ay natukoy ng English physicist na si Moseley noong 1913. Sa pamamagitan ng pagsukat ng wavelength gamit ang isang kristal λ katangian ng X-ray radiation para sa mga atom ng ilang elemento, natuklasan ni Moseley ang isang regular na pagbabago sa wavelength λ para sa mga elemento na sumusunod sa isa't isa sa periodic system (Larawan 2.1). Isinalin ni Moseley ang obserbasyon na ito bilang pagtitiwala λ mula sa ilang atomic constant Z, nagbabago ng isa mula sa elemento patungo sa elemento at katumbas ng isa para sa hydrogen:

kung saan at ay mga pare-pareho. Mula sa mga eksperimento sa scattering ng X-ray quanta ng atomic electron at α -mga particle sa pamamagitan ng atomic nuclei, alam na ang singil ng nucleus ay humigit-kumulang katumbas ng kalahati ng atomic mass at, samakatuwid, ay malapit sa ordinal na numero ng elemento. Dahil ang paglabas ng katangian ng X-ray radiation ay bunga ng mga de-koryenteng proseso sa atom, napagpasyahan ni Moseley na ang atomic constant ay natagpuan sa kanyang mga eksperimento, na tumutukoy sa wavelength ng katangian ng X-ray radiation at tumutugma sa serial number ng elemento. , ay maaari lamang maging singil ng atomic nucleus (batas ni Moseley).

kanin. 2.1. X-ray spectra ng mga atomo ng mga kalapit na elemento na nakuha ni Moseley

Ang pagsukat ng mga wavelength ng X-ray ay isinasagawa nang may mahusay na katumpakan, upang sa batayan ng batas ni Moseley, ang pag-aari ng isang atom sa isang elemento ng kemikal ay ganap na mapagkakatiwalaan. Gayunpaman, ang katotohanan na ang pare-pareho Z sa huling equation ay ang singil ng nucleus, bagama't ito ay pinatunayan ng hindi direktang mga eksperimento, sa huli ay nakasalalay ito sa postulate - batas ni Moseley. Samakatuwid, pagkatapos ng pagtuklas ni Moseley, ang mga singil ng nuclei ay paulit-ulit na sinusukat sa mga eksperimento sa scattering. α -mga partikulo batay sa batas ni Coulomb. Noong 1920, pinahusay ni Chadwig ang pamamaraan para sa pagsukat ng proporsyon ng mga nakakalat α -mga particle at natanggap ang mga singil ng nuclei ng mga atomo ng tanso, pilak at platinum (tingnan ang talahanayan 2.1). Ang data ni Chadwig ay walang pag-aalinlangan tungkol sa bisa ng batas ni Moseley. Bilang karagdagan sa mga ipinahiwatig na elemento, ang mga singil ng nuclei ng magnesium, aluminyo, argon, at ginto ay natukoy din sa mga eksperimento.

Talahanayan 2.1. Ang mga resulta ng mga eksperimento ni Chadwick

Mga Kahulugan. Matapos ang pagtuklas ni Moseley, naging malinaw na ang pangunahing katangian ng isang atom ay ang singil ng nucleus, at hindi ang atomic mass nito, gaya ng inaakala ng mga chemist noong ika-19 na siglo, dahil ang singil ng nucleus ay tumutukoy sa bilang ng mga atomic electron, at samakatuwid. ang mga kemikal na katangian ng mga atomo. Ang dahilan para sa pagkakaiba sa pagitan ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal ay tiyak na ang kanilang nuclei ay may ibang bilang ng mga proton sa kanilang komposisyon. Sa kabaligtaran, ang ibang bilang ng mga neutron sa nuclei ng mga atomo na may parehong bilang ng mga proton ay hindi nagbabago sa mga kemikal na katangian ng mga atomo sa anumang paraan. Ang mga atomo na naiiba lamang sa bilang ng mga neutron sa kanilang nuclei ay tinatawag isotopes elemento ng kemikal.