Строение атома. 
Химия

Изучив материал, изложенный в главе 2, обучающийся должен:

знать

• • что такое атомный номер элемента, изотоп, ядерная и квантово-механическая модели атома, волновые свойства электрона, квантовые числа, однои многоэлектронные атомы;
• • принцип Паули и правило Хунда;
• • о причинах периодичности свойств химических элементов;

уметь

• • записать электронную конфигурацию атома любого элемента периодической системы в основном состоянии;
• • различать валентные и остовные электроны атома;

владеть

• • представлениями о волновых свойствах электронов;
• • представлениями об электроотрицательности как обобщенной характеристике элемента.

Ядро и электроны

В параграфе 1.1 мы отметили, что атомы представляют собой мельчайшие неделимые частицы вещества, с которыми имеет дело химия. Развитие естествознания на границе XIX—XX вв. показало, что помимо химических превращений существует целый ряд процессов, в которых атомы выступают как сложные объекты, состоящие из положительно заряженной части — ядра и отрицательно заряженных электронов, суммарный заряд которых в точности компенсирует заряд ядра. В результате работ английского физика Дж. Дж. Томсона и американского физика Р. С. Малликена было установлено, что электрон имеет массу 9,1 * 10 ²⁹ г, или 1/1837 массы атома водорода, и заряд 1,6 * 10 ¹⁹ Кл. Основная масса атома сосредоточена в ядре, которое занимает очень малую часть.

Диаметр ядра порядка 10 ¹² см, он составляет лишь около 10 ⁴ диаметра атома (рис. 2.1). Наглядно это соотношение размеров можно представить себе, если увеличить атом в 10¹¹ раз: тогда ядро диаметром 1 мм разместится внутри атома диаметром 10 м.

На рисунке все сильно увеличено, и относительные размеры переданы неточно. При толщине фольги 0,1 мм (увеличение на рисунке примерно в 1000 раз) ядра на рисунке должны иметь диаметр 10 ⁸ мм, а электронные оболочки — 10~⁴ мм. Относительное количество «прямых» попаданий в ядра тоже трудно правильно передать на рисунке, так как оно составляет лишь около 1:8000.

Позднее было показано, что атомные ядра состоят из положительно заряженных частиц — протонов и незаряженных частиц — нейтронов.

Рис. 2.1. Взаимодействие а-частиц с атомными ядрами:

1 — поток а-частиц; 2 — золотая фольга; 3 — ядра атомов золота; 4 — электронные оболочки атомов золота; 5 — флуоресцирующий экран В табл. 2.1 приведены элементарные частицы, составляющие атом. Протон (ядро атома водорода) имеет заряд, равный заряду электрона, но со знаком «плюс», его масса практически равна массе нейтрона. Отметим, что в химии принято выражать заряды ионов в единицах заряда электрона с соответствующим знаком, например Н', Mg² Cl .

Таблица 2.1

Элементарные частицы, составляющие атом.

Таким образом, число протонов в ядре определяет его заряд и порядковый номер, а сумма чисел протонов и нейтронов — округленную общую массу ядра в атомных единицах, или массовое число атома. Очевидно, что в электронейтральном атоме число протонов в атомном ядре равно числу электронов в электронной оболочке атома.