Объясните понятие валентность с точки зрения современных представлений о строений атома

HC1 H2O NH3 CH4

В чем здесь сходство? Это сложные вещества, их молекулы состоят из атомов двух элементов, и во всех молекулах есть атомы водорода.

А в чем различие? Атомов водорода в этих молекулах разное количество, и вторые элементы тоже разные: их атомы удерживают разное количество атомов водорода. Можно даже сказать, что эти элементы обладают разной силой: самые слабые — хлор и водород, а самый сильный — углерод. Эта особая химическая сила — валентность.

Следовательно, удерживая один атом водорода, атом хлора является одновалентным, кислород – двухвалентным, азот – трехвалентным, углерод – четырехвалентным. По формуле хлороводорода можно сказать, что силы атомов водорода и хлора равны – поэтому водород тоже одновалентен.

Способность атомов удерживать определенное число атомов других элементов называется валентностью.

Число связей, которые данный атом образует с другими атомами — это тоже валентность. Она обозначается римскими цифрами над знаком элемента.

Обратим внимание: если формула двухэлементного вещества записана правильно, то, если умножить число атомов каждого элемента на его валентность, то у всех элементов получаются одинаковые произведения. Можешь проверить это самостоятельно.

Прив. Написали уже ответ на этот вопрос домашки? Объясните сущность понятия «валентность» с точки зрения современных представлений о строении атомов и образовании химической связи.

Приветик) Валентность равна числу химических связей, которые атом данного элемента может образовать с атомами других элементов. В образовании химических связей участвуют электроны внешнего электронного уровня. Валентность можно определить также как число электронов, которые атом данного химического элемента может предоставить для образования химических связей с атомами других элементов.

Объясните понятие валентность с точки зрения современных представлений о строений атома

Вопрос: Обьясните сущность понятия «валентность» с точки зрения современных представлений о строении атомов и образовании химической связи.Помогите П.Срочно надо.

Обьясните сущность понятия «валентность» с точки зрения современных представлений о строении атомов и образовании химической связи.Помогите П.Срочно надо.

Валентность — число ковалентных связей, образуемых частицей. Ковалентная связь — количество свободных электронов в атоме. Значит, валентность — число неспаренных электронов в атоме, которые способны к образованию ковалентных связей,,

Современные представления о строении атома

Введение

Открытие сложного строения атома — важнейший этап становления современной физики. Первые сведения о строении атома были получены при изучении процессов прохождения электрического тока через жидкости. В тридцатых годах XIX в. опыты выдающегося физика М. Фарадея навели на мысль о том, что электричество существует в виде отдельных единичных зарядов. Открытие самопроизвольного распада атомов некоторых элементов, названное радиоактивностью, стало прямым доказательством сложности строения атома.

В 1902 году английские учёные Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди доказали, что при радиоактивном распаде атом урана превращается в два атома — атом тория и атом гелия. Это означало, что атомы не являются неизменными, неразрушимыми частицами.

Развитие исследований радиоактивного излучения, с одной стороны, и квантовой теории — с другой, привели к созданию квантовой модели атома Резерфорда — Бора. Но созданию этой модели предшествовали попытки построить модель атома на основе представлений классической электродинамики и механики. В 1904 году появились публикации о строении атома, одни из которых принадлежали японскому физику Хантаро Нагаока, другие — английскому физику Д.Д. Томсону.

Нагаока представил строение атома аналогичным строению солнечной системы: роль Солнца играет положительно заряженная центральная часть атома, вокруг которой по установленным кольцеобразным орбитам движутся «планеты» — электроны. При незначительных смещениях электроны возбуждают электромагнитные волны.

В атоме Томсона положительное электричество «распределено» по сфере, в которую вкраплены электроны. В простейшем атоме водорода электрон находится в центре положительно заряженной сферы. В многоэлектронных атомах электроны располагаются по устойчивым конфигурациям, рассчитанным Томсоном. Томсон считал каждую такую конфигурацию определяющей химические свойства атомов. Он сделал попытку теоретически объяснить периодическую систему элементов Д.И. Менделеева. Позже Бор указал, что со времени этой попытки идея о разделении электронов в атоме на группы сделалась исходным пунктом.

Но вскоре оказалось, что новые опытные факты опровергают модель Томсона и, наоборот, свидетельствуют в пользу планетарной модели. Эти факты были открыты Резерфордом. В первую очередь следует отметить открытие ядерного строения атому.

Основой современной теории электронного строения атомов стала планетарная модель атома Нильса Бора.

Цель реферата: отразить процесс эволюции представлений о строении атомов на примере моделей Эрнеста Резерфорда и Нильса Бора.

Задачи реферата: изучить, проанализировать, обобщить представления о строении атомов, высказанные Э. Резерфордом и Н. Бором, сделать выводы о наиболее верном, с точки зрения современной физики, предположении. В процессе работы были использованы различные виды источников: учебники С. Х. Карпенкова и Т.И. Трофимовой, предназначенные для высшей школы. В них доступным языком рассказывается об истории возникновения и развития знаний о строения атома. Данный подход обусловлен стремлением изучить проблему во всей многогранности.

Строение атома

Атом (от греч. atomos — неделимый) — это частица вещества микроскопических размеров и очень малой массы (микрочастица), наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Каждому элементу соответствует определённый род атомов., обозначаемых символом элемента (например, атом водорода Н, атом железа Fe; атом ртути Hg; атом урана U).

По современным представлениям атом — это сложная система, состоящая из положительно заряженного ядра и электронов, окружающих ядро.

Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный электрический заряд. Все атомные ядра состоят из элементарных частиц: протонов и нейтронов, которые считаются двумя зарядовыми состояниями одной частицы — нуклона. Протон имеет положительный электрический заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Нейтрон не имеет электрического заряда.

Электроны, окружающие ядро атома — это отрицательно заряженные микрочастицы, имеющие массу

5∙10 -4 атомная единица массы и заряд -1,6 ∙ 10 -19 К (-1). Так как масса электрона ничтожно мала по сравнению с массой протона или нейтрона, масса атома практически равна массе его ядра, т.е. сумме масс протонов и нейтронов. Число электронов в атоме равно числу положительно заряженных протонов, входящих в состав ядра.

Размеры атома в целом определяются размерами его электронной оболочки и велики по сравнению с размерами ядра атома. Электронные оболочки атома не имеют строго определённой границы; значения размеров атома в большей или меньшей степени зависят от способов их определения и весьма разнообразны

В 1911 году, английский учёный Эрнест Резерфорд придумал «планетарную» модель атома, согласно которой в центре атома Резерфорд расположил крохотное, но очень плотное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, а электроны вращались вокруг него по определённым орбитам, как планеты вокруг Солнца.

Потом оказалось, что каждый электрон движется вокруг ядра так быстро, что его не только нельзя рассмотреть с помощью самого мощного микроскопа, но невозможно даже представить в виде точки, движущейся по определённой траектории. Электрон как бы «размазан» в пространстве и образует электронное облако, причём форма электронного облака может быть различной.

На данный момент известны четыре формы электронных облаков: s-электроны (сферическая форма электронного облака); p-электроны (форма электронного облака — гантель или объёмная восьмёрка); d-электроны; f-электроны.

Модели Резерфорда и Бора

В 1911 г. английским физиком Эрнестом Резерфордом при исследовании движения альфа-частиц в газах и других веществах была обнаружена положительно заряженная часть атома. Дальнейшие более тщательные исследования показали, что при прохождении пучка параллельных лучей сквозь слои газа или тонкую металлическую пластинку выходят уже не параллельные лучи, а несколько расходящиеся: происходит рассеяние альфа-частиц, т. е. отклонение их от первоначального пути. Углы отклонения невелики, но всегда имеется небольшое число частиц (примерно одна из нескольких тысяч), которые отклоняются очень сильно. Некоторые частицы отбрасываются назад, как если бы на пути встретилась непроницаемая преграда. Это не электроны — их масса гораздо меньше массы альфа-частиц. Отклонение может происходить при столкновении с положительными частицами, масса которых того же порядка, что и масса альфа-частиц. Исходя из этих соображений, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома.

«В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. Возникающая при их вращении центробежная сила уравновешивается притяжением между ядром и электронами, вследствие чего они остаются на определенных расстояниях от ядра. Поскольку масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю ядра и электронов, число которых сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой».

Предложенная Резерфордом схема строения атома или, как обыкновенно говорят, ядерная модель атома, легко объясняет явления отклонения альфа-частиц. Действительно, размеры ядра и электронов чрезвычайно малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов, поэтому большинство альфа-частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Только в тех случаях, когда альфа-частица очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяния альфа-частиц положило начало ядерной теории атома. Но, несмотря на последовательные рассуждения, модель Резерфорда не смогла объяснить все свойства атомов. Так, согласно законам классической физики атом из положительно заряженного ядра и электронов, обращающимся по круговым орбитам, должен излучать электромагнитные волны. «Излучение электромагнитных волн должно приводить к уменьшению запаса потенциальной энергии в системе ядро — электрон, к постепенному уменьшению радиуса орбиты электрона и падению электрона на ядро. Однако атомы обычно не излучают электромагнитные волны, электроны не падают на атомные ядра, то есть атомы устойчивы». Попытки построить модель атома в рамках классической физики не привели к успеху: модель Томсона была опровергнута опытами Резерфорда, ядерная же модель оказалась неустойчивой электродинамический и противоречила опытным данным. Преодоление возникших трудностей потребовало создания качественно новой теории атома.

Первая попытка построить качественно новую — квантовую теорию атома была предпринята в 1913г. датским физиком Нильсом Бором. Он поставил перед собой цель связать в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории Бор положил ядерную модель Резерфорда. Он предположил, что электроны движутся вокруг ядра по круговым орбитам. Движение по окружности даже с постоянной скоростью обладает ускорением. Такое ускоренное движение заряда эквивалентно переменному току, который создает в пространстве переменное электромагнитное поле. На создание этого поля расходуется энергия. Энергия поля может создаваться за счет энергии кулоновского взаимодействия электрона с ядром. В результате электрон должен двигаться по спирали и упасть на ядро. Однако опыт показывает, что атомы — очень устойчивые образования. Отсюда следует вывод, что результаты классической электродинамики, основанной на уравнениях Максвелла, неприменимы к внутриатомным процессам. Необходимо найти новые закономерности. В основу своей теории Бор положил два постулата.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): «в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн. В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите должен иметь дискретные квантовые значения момента импульса, удовлетворяющие условию.

Второй постулат Бора (правило частот): «при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией = En – Em равной разности энергий соответствующих стационарных состояний (En и Em — соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения и поглощения). При En > Em происходит излучение фотона (переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, т.е. переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близлежащую), при En

Объясните понятие валентность с точки зрения современных представлений о строений атома

1. Сформулируйте определение периодического закона Д.И. Менделеева.

Ответ: Свойства химических элементов и образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов этих элементов.

2. Разъясните, почему химический знак водорода обычно помещают в главной подгруппе I группы и в главной подгруппе VІІ группы.

Ответ: Водород является восстановителем, т.е. донором электронов. Учитывая аналогию свойств водорода и элементов металлического характера, химический знак водорода помещают в главной подгруппе I группы. Однако водород реагирует и с металлическими элементами главной подгруппы I группы. В этих реакциях водород проявляет окислительные свойства и приобретает степень окисления -1. На основе этого химический знак водорода помещают в главную подгруппу VII группы. Так как для водорода более характерны восстановительные свойства, чем окислительные, его химический символ в VII группе обычно пишут в скобках.

3. На основе закономерностей размещения электронов по орбиталям объясните, почему лантаноиды и актиноиды обладают сходными химическими свойствами.

Ответ: К лантаноидам относятся четырнадцать химических элементов — от церия Ce до лютеция Lu (порядковые номера 58-71). Так как в их атомах содержатся f-электроны, лантаноиды относятся к f-элементам. В свободном состоянии лантаноиды — типичные металлы. К актиноидам относятся четырнадцать химических элементов — от тория Th до лоуренсия Lr (порядковые номера 90-103). Так как в атомах этих элементов также присутствуют f-электроны, то актиноиды, как и лантаноиды, относятся к f-элементам. Как и в случае лантаноидов, у атомов элементов семейства актиноидов происходит заполнение третьего снаружи энергетического уровня (5 f-подуровня). Строение же наружного и, как правило, предшествующего электронных уровней остается неизменным. Поэтому лантаноиды сходны по химическим свойствам.

4. Объясните сущность понятия «валентность» с точки зрения современных представлений о строении атомов и образования химической связи.

Ответ: Валентность — это способность атома химического элемента образовывать определенное число химических связей. Валентность — способность атомов одного элемента присоединять определенное количество атомов другого элемента.

5. Могут ли быть следующие валентности у элементов:

Ответ: Нет, так как в этом случае затраты энергии на перемещение электрона настолько велики, что не могут быть компенсированы энергией, выделяющейся при образовании химической энергии.

6. Какие закономерности наблюдаются в изменении атомных радиусов в периодах слева направо и при переходе от одного периода к другому?

Ответ: При переходе от лития Li к фтору F постепенно возрастают заряды ядер атомов этих элементов. В связи с этим в ряду постепенно увеличивается сила притяжения наружных электронов к ядру и размеры атомов уменьшаются. А с переходом от элемента фтора F к элементу натрию Na последующий электрон помещается на более удаленный от ядра третий энергетический уровень. Поэтому размеры атомов элемента натрия Na сильно возрастают. Размеры атомов, в свою очередь, влияют на их свойства. Так, например, атомы элементов лития Li, натрия Na, калия K обладают наибольшими размерами по сравнению с атомами других элементов в тех же периодах. В связи с этим наружные электроны в атомах щелочных металлов находятся дальше от ядра, слабее притягиваются к нему и могут легко удаляться. Этим и объясняется, почему щелочные металлы являются донорами электронов, т.е. сильными восстановителями. При переходе в периодах от типичных металлических элементов к галогенам размеры атомов уменьшаются, сила притяжения наружных электронов к ядру увеличивается, что и приводит к уменьшению восстановительных и увеличению окислительных свойств.

7. Охарактеризуйте сущность основных типов химической связи.

Ответ: При взаимодействии атомов, электроотрицательности которых отличаются незначительно, происходит смещение общей связывающей электронной пары к более электроотрицательному атому и образуется ковалентная полярная связь. Ионная связь образуется при взаимодействии атомов, которые сильно различаются по электротрицательностям. Связь между атомами водорода одной молекулы и сильноотрицательными элементами (O, N, F) другой молекулы называется водородной связью. При соединении атомов с одинаковыми электроотрицательностями образуются молекулы с ковален6тной неполярной связью.

8. Приведите примеры веществ, в которых фтор образует неполярную ковалентную, полярную ковалентную и ионную связи.

Ответ: LiF, HF, F?.

9. Какая из химических связей является наиболее полярной?

Ответ: HCl

10. Охарактеризуйте коллоидные растворы. Чем они отличаются от истинных растворов?

Ответ: Большое значение имеют и коллоидные растворы. Как следует из данных таблицы, они отличаются от истинных растворов размерами частиц растворенного вещества и специфическими свойствами. Если в истинных растворах диаметр частиц меньше 1 нм, то размеры частиц в коллоидных растворах составляют от 1 до 100 нм и даже больше. Эти частицы обычно состоят из множества молекул и атомов.

11. Каково строение коллоидных частиц? Чем такое строение объясняется и как оно отражается на свойствах коллоидных растворов?

Ответ: Так как размеры молекул некоторых высокомолекулярных веществ превышают 1 нм, то растворы этих веществ, например, белков, тоже коллоидные растворы. Коллоидные растворы образуются при растворении в воде некоторых высокомолекулярных веществ, например белков, а также при химических реакциях, Так, при взаимодействии растворов силикатов с кислотами выделяется кремниевая кислота, которая с водой образует коллоидный раствор. Характерное свойство коллоидных растворов — их прозрачность. В этом они сходны с истинными растворами. Но если пропустить луч света через эти растворы, то можно обнаружить их отличие: при прохождении луча через коллоидный раствор появляется светящийся конус, так как коллоидные частицы крупнее частиц в истинных растворах и поэтому способны рассеивать проходящий свет.

12. Каково значение коллоидных растворов?

Ответ: Коллоидные растворы широко распространены в природе и играют важную роль в жизненных процессах. Так, например, яичный белок, плазма крови представляют собой коллоидные растворы, в которых осуществляются физиологические процессы. Не меньшее значение имеют коллоидные растворы почвы. Очень велика роль коллоидных растворов на производстве. Различные клеи, лаки и краски в основном коллоидные растворы. Некоторые коллоидные растворы при коагуляции образуют студнеобразную массу, которую называют гелем (студнем). Например, 3%-ный раствор желатина в теплой воде превращается в гель, или студень. Это объясняется тем, что коллоидные частицы связывают множество молекул воды.

13. Какую максимальную валентность могут иметь в химических соединениях следующие элементы: Cu, P, Ti, Mn?

Решение: 1) Медь Cu. Порядковый номер меди 29. ядро атома меди содержит 29 протонов, следовательно, заряд его равен +29 и вокруг ядра находится 29 электронов. Таким образом, атом меди в нормальном состоянии может проявлять валентность один (например, в соединении Cu?O). Однако известно, что энергии 4s- и 3d-орбиталей близки, поэтому в определенных условиях атом меди может переходить в возбужденное состояние со следующей электронной конфигурацией:

В свою очередь 4s-электроны могут легко распариваться так, что возбужденный атом меди приобретает электронную конфигурацию Cu ** и может образовывать связи за счет ставших валентными 4s и 4p-электронов:

Таким образом, медь может проявлять валентность 2.

2) Фосфор P. Порядковый номер фосфора 15. электронная конфигурация атома фосфора следующая:

На внешнем электронном слое атом фосфора имеет пять электронов. Фосфор может проявлять валентность 3 за счет p-электронов и свою максимальную валентность (5) за счет s- и p-электронов, когда происходит распаривание 3s-электронов на 3d- или 4s-орбиталь.

3) Титан Ti. Порядковый номер 22. Электронная конфигурация следующая:

Максимальная валентность (4) титан проявляет в возбужденном состоянии, когда распариваются его 4s-электроны, однако он может проявлять и промежуточные валентности (в соединениях Ti (ІІ), Ti(ІІІ)).

4) Марганец Mn. Порядковый номер 25. Электронная конфигурация в нормальном состоянии:

и в возбужденном состоянии:

Отсюда видно, что в возбужденном состоянии максимальное число электронов, участвующих в образовании химической связи, доходит до семи.

14. Какие общие свойства имеют элементы Mn и Cl, находящиеся в одной группе периодической системы Д.И. Менделеева?

Решение: Марганец и хлор находятся в VII группе периодической таблицы, но хлор — в главной, а марганец — в побочной подгруппе. Формально они могут проявлять максимальную валентность (7) и давать соединения с меньшими валентностями, причем марганец как элемент побочной подгруппы должен иметь мало сходства с хлором — элементом главной подгруппы. 1) Электронная конфигурация хлора следующая:

Стрелками показаны возможные способы распаривания электронов в различных возбужденных состояниях хлора. Такое распаривание возможно потому, что атом хлора имеет свободные 3d-квантовые ячейки. При частичном или полном распаривании электронов хлор может проявлять переменную валентность 1, 3, 5, 7.

Как видно из электронной конфигурации атома марганца, у него недостроена 3d-орбиталь. Наличие двух 4s-электронов еа внешнем уровне указывает прежде всего на металлические свойства марганца и обусловливает существование характерных свойств у соединений марганца. В возбужденном состоянии максимальное число электронов, участвующих в образовании химической связи, доходит до семи.

14) Какие из перечисленных ниже веществ имеют ионное, а какие — ковалентное строение? Укажите на графических или структурных формулах этих веществ характер каждой из связей: H?O, NH?, Al(OH)?, BaSO?, KMnO?, MnO?, Fe?(SO?)?, FeS?.

Решение: Для описания характера связей в указанных соединениях будем обозначать ковалентную связь символом «к», полярную связь — символом «п» и ионную — символом «и».

1) Вода H?O. Графическую формулу воды можно представить, например, таким образом: H — O — Н.

Связи O — H в молекуле H?O полярные (п).

Далее приводятся графические формулы указанных веществ.

3) Азотная кислота HNO?

В нижней формуле отражены донорно-акцепторные связи.

1956721 / Химия 11кл_Рудзитис_Фельдман_ГДЗ_2000

СИСТЕМАТИ3АЦИЯ, ОБОБЩЕНИЕ И УГЛУБЛЕНИЕ 3НАНИЙ ПО КУРСУ ХИМИИ

Глава II. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева на основе учения

о строении атома

Задачи к (стр. 70)

Сравните формулировку периодического закона, данную Д.И. Менделеевым, с современной формулировкой. Объясните, почему потребовалось такое изменение формулировки.

Формулировка периодического закона, данная Д.И. Менделеевым, гласила: свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от атомных масс этих элементов. Современная формулировка гласит: свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра этих элементов. Такое уточнение потребовалось, поскольку к моменту установления Менделеевым периодического закона еще не было известно о строении атома. После выяснения строения атома и установления закономерностей размещения электронов по электронным уровням стало ясно, что периодическая повторяемость свойств элементов связана с повторяемостью строения электронных оболочек.

Почему число элементов в периодах соответствует ряду чисел 2 – 8 – 18 – 32? Разъясните эту закономерность с учетом расположения электронов по энергетическим уровням.

Электроны в атоме могут занимать d- иНа одном электронном уровне может быть однатри р- орбитали, пятьсемьНа одной орбитали

может находиться не более двух электронов. Таким образом, если заполнены только на электронном уровне находится 2 электрона. Если заполнены s- ина одном электронном уровне находится 2 + 6 = 8 электронов. Если заполненыp- и d- орбитали, на электронном уровне находится 2 + 6 + 10 = 18 электронов. Наконец, если заполненыина электронном уровне находится 2 + 6 + 10 + 14 = 32 электрона. Таким образом, число элементов в периодах соответствует максимально возможному числу электронов на электронном уровне.

На основе теории строения атомов поясните, почему группы элементов разделены на главные и побочные.

В элементах главных подгрупп периодической системы элементов происходит заполнение электронами орбиталей внешнего электронного уровня. В элементах побочных подгрупп происходит заполнение электронами орбиталей предпоследнего электронного уровня.

По каким признакам различают d- и

В атомах происходит заполнениев атомахзаполняютсяв атомах

Пользуясь таблицей периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, составьте схемы расположения электронов по орбиталям и энергетическим уровням в атомах элементов ванадия V, никеля Ni и мышьяка As. Какие из них относятся к и какие – ки почему?

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2

Атом никеля: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2

Атом мышьяка: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3

В атомах ванадия и никеля заполняется поэтому их относят кВ атоме мышьяка заполняется 4рподуровень, то есть мышьяк является

Разъясните, почему химический знак водорода обычно помещают в главной подгруппе I группы и в главной подгруппе VII группы.

В атоме водорода один на внешней (и единственной) электронной оболочке, как и у атомов щелочных металлов. Поэтому водород размещают в первой группе периодической системы. С другой стороны, для заполнения внешней электронной оболочки атому водорода не хватает одного электрона, как и атомам галогенов, поэтому водород помещают также в главную подгруппу VII группы периодической системы.

На основе закономерностей размещения электронов по орбиталям поясните, почему лантаноиды и актиноиды обладают сходными химическими свойствами.

В атомах лантаноидов и актиноидов происходит заполнение третьего снаружи электронного уровня. Поскольку химические свойства главным образом зависят от электронов внешней оболочки, то лантаноиды и актиноиды очень похожи по свойствам.

Назовите известные вам искусственно полученные элементы, укажите их место в таблице периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева и начертите схемы, от-

ражающие расположение электронов по орбиталям в атомах этих элементов.

Не встречаются в природе и могут быть получены только искусственно технеций (№ 43), прометий (№ 61), астат (№ 85), франций (№ 87) и трансурановые элементы, то есть элементы находящиеся в периодической системе после урана (с номерами 93 и больше).

Электронные схемы технеция, прометия, астата и франция:

43 Тс 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 5 5s 2

61 Pm 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 5 5s 2 5p 6 6s 2

85 At 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 5 87 Fr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6 7s 1

Электронная схема первого из трансурановых элементов – нептуния:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 5f 4 6s 2 6p 6 6d 1 7s 2

Объясните сущность понятия «валентность» с точки зрения современных представлений о строении атомов и образования химической связи.

Валентность равна числу химических связей, которые атом данного элемента может образовать с атомами других элементов. В образовании химических связей участвуют электроны внешнего электронного уровня. Валентность можно определить также как число электронов, которые атом данного химического элемента может предоставить для образования химических связей с атомами других элементов.

Почему численное значение валентности не всегда совпадает с числом электронов на наружных энергетических уровнях?

Образование химических связей возможно при наличии в атоме неспаренных электронов. Во многих элементах не все электроны внешнего электронного уровня являются неспаренными.

Например, в атомах кислорода и серы по шесть электронов на внешнем уровне, но из них только два неспаренных:

Однако, в атоме серы на внешнем электронном уровне есть еще пустые на которые могут переходить электроны с 3s- ив результате в атоме серы становится шесть неспаренных электронов:

Поэтому максимальная валентность серы равна шести, то есть совпадает с числом электронов на внешнем электронном уровне. В атоме кислорода на втором уровне нет поэтому нет возможности для распаривания электронов, и валентность кислорода не может быть больше двух, то есть не равна числу электронов на внешнем уровне.

Почему максимальная валентность элементов периода не может превысить число 4?

В атомах элементов второго периода может быть не более 4 неспаренных электронов, так как на втором электронном уровне есть одна и триВалентность равна числу неспаренных электронов, поэтому валентность элементов второго периода не может быть больше 4.

Составьте электронные схемы, отражающие валентность азота в азотной кислоте и валентность углерода и кислорода в оксиде углерода (II).

а) Молекула оксида углерода. Строение электронных оболочек атомов углерода и кислорода:

В молекуле оксида углерода две связи образованы за счет двух неспаренных электронов атома углерода и двух неспаренных электронов атома кислорода. У атома кислорода есть еще пара электронов на а у атома углерода – свободнаяталь. Пара электронов переходит от атома кислорода к атому углерода, образуютсвязь. Электронную формулу оксида углерода (II) можно изобразить так:

(стрелочкой обозначена связь).

б) Молекула азотной кислоты. Электронные схемы атомов водорода, кислорода и азота:

Атом водорода образует за счет единственного электрона связь с атомом кислорода. Второй электрон атома кислорода участвует в образовании связи с атомом азота:

H N

У атома азота остается два неспаренных электрона, и он образует две связи со вторым атомом кислорода:

H ONO

У атома азота осталась еще электронная пара на

В третьем атоме кислорода происходит спаривание электронов, и образуется свободная орбиталь:

Пара электронов от атома азота переходит на освободившуюся орбиталь атома кислорода и образуется связь:

H ONOO

Почему по современным представлениям понятие о валентности неприменимо к ионным соединениям?

Валентность равна числу образованных атомом связей и зависит от числа электронов на внешнем электронном уровне. Ионные соединения состоят из положительно и отрицательно заряженных ионов, которые удерживаются вместе силами электрического притяжения. В ионных соединениях число связей между ионами зави-

сит от строения кристаллической решетки, может быть различным и не связано с числом электронов на внешнем электронном уровне.

Какие закономерности наблюдаются в изменении атомных радиусов в периодах слева направо и при переходе от одного периода к другому?

В периодах атомные радиусы уменьшаются слева направо. Это связано с тем, что заряд ядра увеличивается и электроны сильнее притягиваются к ядру, электронная оболочка как бы сжимается. В группах радиусы атомов увеличиваются сверху вниз, поскольку увеличивается число электронных оболочек.

Вспомните формулировку периодического закона, данную Д.И. Менделеевым, и современную формулировку этого закона. На конкретных примерах подтвердите, что периодически изменяются не только свойства химических элементов, но и формы и свойства их соединений.

Формулировка периодического закона, данная Д.И. Менделеевым, гласила: свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от атомных масс этих элементов. Современная формулировка гласит: свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра этих элементов. Периодически изменяются также и свойства соединений химических элементов. Например, оксиды всех металлов главной подгруппы I группы (Li 2 О, Na 2 O, К 2 О, Rb 2 О, Cs 2 O) проявляют основные свойства, а оксиды всех элементов главной подгруппы IV группы (СО 2 , SiО 2 , GeO 2 SnO 2 , PbO 2 ) – кислотные свойства.

При полном сжигании 0,68 г неизвестного вещества получили 1,28 г оксида серы (IV) и 0,36 г воды. Найдите химическую формулу сжигаемого вещества.

Вычислим молярные массы воды и оксида серы (IV):

М(Н 2 О) = 1 2 + 16 = 18 г/моль

M(SО 2 ) = 32 + 16 2 = 64 г/моль

Вычислим количество вещества воды и оксида серы (IV), образовавшихся при сжигании вещества:

Современные представления о строении атома

Введение

Открытие сложного строения атома — важнейший этап становления современной физики. Первые сведения о строении атома были получены при изучении процессов прохождения электрического тока через жидкости. В тридцатых годах XIX в. опыты выдающегося физика М. Фарадея навели на мысль о том, что электричество существует в виде отдельных единичных зарядов. Открытие самопроизвольного распада атомов некоторых элементов, названное радиоактивностью, стало прямым доказательством сложности строения атома.

В 1902 году английские учёные Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди доказали, что при радиоактивном распаде атом урана превращается в два атома — атом тория и атом гелия. Это означало, что атомы не являются неизменными, неразрушимыми частицами.

Развитие исследований радиоактивного излучения, с одной стороны, и квантовой теории — с другой, привели к созданию квантовой модели атома Резерфорда — Бора. Но созданию этой модели предшествовали попытки построить модель атома на основе представлений классической электродинамики и механики. В 1904 году появились публикации о строении атома, одни из которых принадлежали японскому физику Хантаро Нагаока, другие — английскому физику Д.Д. Томсону.

Нагаока представил строение атома аналогичным строению солнечной системы: роль Солнца играет положительно заряженная центральная часть атома, вокруг которой по установленным кольцеобразным орбитам движутся «планеты» — электроны. При незначительных смещениях электроны возбуждают электромагнитные волны.

В атоме Томсона положительное электричество «распределено» по сфере, в которую вкраплены электроны. В простейшем атоме водорода электрон находится в центре положительно заряженной сферы. В многоэлектронных атомах электроны располагаются по устойчивым конфигурациям, рассчитанным Томсоном. Томсон считал каждую такую конфигурацию определяющей химические свойства атомов. Он сделал попытку теоретически объяснить периодическую систему элементов Д.И. Менделеева. Позже Бор указал, что со времени этой попытки идея о разделении электронов в атоме на группы сделалась исходным пунктом.

Но вскоре оказалось, что новые опытные факты опровергают модель Томсона и, наоборот, свидетельствуют в пользу планетарной модели. Эти факты были открыты Резерфордом. В первую очередь следует отметить открытие ядерного строения атому.

Основой современной теории электронного строения атомов стала планетарная модель атома Нильса Бора.

Цель реферата: отразить процесс эволюции представлений о строении атомов на примере моделей Эрнеста Резерфорда и Нильса Бора.

Задачи реферата: изучить, проанализировать, обобщить представления о строении атомов, высказанные Э. Резерфордом и Н. Бором, сделать выводы о наиболее верном, с точки зрения современной физики, предположении. В процессе работы были использованы различные виды источников: учебники С. Х. Карпенкова и Т.И. Трофимовой, предназначенные для высшей школы. В них доступным языком рассказывается об истории возникновения и развития знаний о строения атома. Данный подход обусловлен стремлением изучить проблему во всей многогранности.

Строение атома

Атом (от греч. atomos — неделимый) — это частица вещества микроскопических размеров и очень малой массы (микрочастица), наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Каждому элементу соответствует определённый род атомов., обозначаемых символом элемента (например, атом водорода Н, атом железа Fe; атом ртути Hg; атом урана U).

По современным представлениям атом — это сложная система, состоящая из положительно заряженного ядра и электронов, окружающих ядро.

Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный электрический заряд. Все атомные ядра состоят из элементарных частиц: протонов и нейтронов, которые считаются двумя зарядовыми состояниями одной частицы — нуклона. Протон имеет положительный электрический заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Нейтрон не имеет электрического заряда.

Электроны, окружающие ядро атома — это отрицательно заряженные микрочастицы, имеющие массу

5∙10 -4 атомная единица массы и заряд -1,6 ∙ 10 -19 К (-1). Так как масса электрона ничтожно мала по сравнению с массой протона или нейтрона, масса атома практически равна массе его ядра, т.е. сумме масс протонов и нейтронов. Число электронов в атоме равно числу положительно заряженных протонов, входящих в состав ядра.

Размеры атома в целом определяются размерами его электронной оболочки и велики по сравнению с размерами ядра атома. Электронные оболочки атома не имеют строго определённой границы; значения размеров атома в большей или меньшей степени зависят от способов их определения и весьма разнообразны

В 1911 году, английский учёный Эрнест Резерфорд придумал «планетарную» модель атома, согласно которой в центре атома Резерфорд расположил крохотное, но очень плотное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, а электроны вращались вокруг него по определённым орбитам, как планеты вокруг Солнца.

Потом оказалось, что каждый электрон движется вокруг ядра так быстро, что его не только нельзя рассмотреть с помощью самого мощного микроскопа, но невозможно даже представить в виде точки, движущейся по определённой траектории. Электрон как бы «размазан» в пространстве и образует электронное облако, причём форма электронного облака может быть различной.

На данный момент известны четыре формы электронных облаков: s-электроны (сферическая форма электронного облака); p-электроны (форма электронного облака — гантель или объёмная восьмёрка); d-электроны; f-электроны.

Модели Резерфорда и Бора

В 1911 г. английским физиком Эрнестом Резерфордом при исследовании движения альфа-частиц в газах и других веществах была обнаружена положительно заряженная часть атома. Дальнейшие более тщательные исследования показали, что при прохождении пучка параллельных лучей сквозь слои газа или тонкую металлическую пластинку выходят уже не параллельные лучи, а несколько расходящиеся: происходит рассеяние альфа-частиц, т. е. отклонение их от первоначального пути. Углы отклонения невелики, но всегда имеется небольшое число частиц (примерно одна из нескольких тысяч), которые отклоняются очень сильно. Некоторые частицы отбрасываются назад, как если бы на пути встретилась непроницаемая преграда. Это не электроны — их масса гораздо меньше массы альфа-частиц. Отклонение может происходить при столкновении с положительными частицами, масса которых того же порядка, что и масса альфа-частиц. Исходя из этих соображений, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома.

«В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. Возникающая при их вращении центробежная сила уравновешивается притяжением между ядром и электронами, вследствие чего они остаются на определенных расстояниях от ядра. Поскольку масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю ядра и электронов, число которых сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой».

Предложенная Резерфордом схема строения атома или, как обыкновенно говорят, ядерная модель атома, легко объясняет явления отклонения альфа-частиц. Действительно, размеры ядра и электронов чрезвычайно малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов, поэтому большинство альфа-частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Только в тех случаях, когда альфа-частица очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяния альфа-частиц положило начало ядерной теории атома. Но, несмотря на последовательные рассуждения, модель Резерфорда не смогла объяснить все свойства атомов. Так, согласно законам классической физики атом из положительно заряженного ядра и электронов, обращающимся по круговым орбитам, должен излучать электромагнитные волны. «Излучение электромагнитных волн должно приводить к уменьшению запаса потенциальной энергии в системе ядро — электрон, к постепенному уменьшению радиуса орбиты электрона и падению электрона на ядро. Однако атомы обычно не излучают электромагнитные волны, электроны не падают на атомные ядра, то есть атомы устойчивы». Попытки построить модель атома в рамках классической физики не привели к успеху: модель Томсона была опровергнута опытами Резерфорда, ядерная же модель оказалась неустойчивой электродинамический и противоречила опытным данным. Преодоление возникших трудностей потребовало создания качественно новой теории атома.

Первая попытка построить качественно новую — квантовую теорию атома была предпринята в 1913г. датским физиком Нильсом Бором. Он поставил перед собой цель связать в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории Бор положил ядерную модель Резерфорда. Он предположил, что электроны движутся вокруг ядра по круговым орбитам. Движение по окружности даже с постоянной скоростью обладает ускорением. Такое ускоренное движение заряда эквивалентно переменному току, который создает в пространстве переменное электромагнитное поле. На создание этого поля расходуется энергия. Энергия поля может создаваться за счет энергии кулоновского взаимодействия электрона с ядром. В результате электрон должен двигаться по спирали и упасть на ядро. Однако опыт показывает, что атомы — очень устойчивые образования. Отсюда следует вывод, что результаты классической электродинамики, основанной на уравнениях Максвелла, неприменимы к внутриатомным процессам. Необходимо найти новые закономерности. В основу своей теории Бор положил два постулата.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): «в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн. В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите должен иметь дискретные квантовые значения момента импульса, удовлетворяющие условию.

Второй постулат Бора (правило частот): «при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией = En – Em равной разности энергий соответствующих стационарных состояний (En и Em — соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения и поглощения). При En > Em происходит излучение фотона (переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, т.е. переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близлежащую), при En

История развития представлений о строении атома

Все тела живой и неживой природы, несмотря на их разнообразие, состоят из мельчайших частиц — атомов. Первым, кто высказал предположение об этом, считается древнегреческий философ Демокрит. Именно он назвал атомом мельчайшую неделимую частицу образующую вещество (атом в переводе с др.греч «неделимый»). Лишь в конце XIX в. были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома, что атомы разлагаются на более мелкие элементарные частицы и таким образом «атомами» в Демокритовском смысле не являются. Тем не менее, термин используется и теперь в современной химии и физике, несмотря на несоответствие его этимологии современным представлениям о строении атома.

Первые представления об атоме

Демокрит считал, что если разделить, например, яблоко на две половины, затем одну из них еще на две части, и продолжать деление таким образом до тех пор пока результат деления перестанет быть яблоком, то мельчайшая частица которая все еще сохраняет свойство яблока является атомом яблока (т.е. неделимой частью яблока). Он утверждал, что атомы существуют вечно; они настолько малы, что их размеры не поддаются измерению; все атомы одинаковы, но они различаются внешне (атомы воды, например, гладкие, они способны перекатываться, и поэтому жидкости свойственна текучесть; атомы железа имеют зубчики, которыми они зацепляются друг за друга, что придает железу свойства твердого тела). Представления Демокрита были умозрительными.

Группу греческих философов, придерживавшихся того взгляда, что существуют подобные крошечные неделимые частицы, называли атомистами. Атоми́зм — натурфилософская теория, согласно которой чувственно воспринимаемые (материальные) вещи состоят из химически неделимых частиц — атомов. (В современной физике вопрос об атомизме является открытым. Некоторые теоретики придерживаются атомизма, но под атомами подразумевают фундаментальные частицы, которые далее неделимы).

Основы атомной теории строения вещества

В 1808 г. физик Дальтон Джон (1766–1844) возродил атомизм, доказал реальность существования атомов. Он писал: «Атомы — химические элементы, которые нельзя создать заново, разделить на более мелкие частицы, уничтожить путем каких-либо химических превращений. Любая химическая реакция просто изменяет порядок группировки атомов». Джон Дальтон ввёл понятие «атомный вес», первым рассчитал атомные веса (массы) ряда элементов и составил первую таблицу их относительных атомных весов, заложив тем самым основу атомной теории строения вещества.

Дальтон был одним из самых знаменитых и уважаемых учёных своего времени, ставший широко известным благодаря своим новаторским работам в разных областях знания. Он впервые (1794) провёл исследования и описал дефект зрения, которым страдал сам, — цветовая слепота, позже названный в его честь дальтонизмом; открыл закон парциальных давлений (закон Дальтона) (1801), закон равномерного расширения газов при нагревании (1802), закон растворимости газов в жидкостях (закон Генри-Дальтона). Установил закон кратных отношений (1803), обнаружил явление полимеризации (на примере этилена и бутилена).

Однако вопрос о внутреннем строении атомов даже не возникал, так как атомы считались неделимыми.

В 1897 г. английский физик Дж. Томсон изучая катодные лучи, пришел к выводу, что атомы любого вещества содержат отрицательно заряженные частицы, которые он назвал электронами. Огромной заслугой Томсона явилось доказательство того, что все частицы, образующие катодные лучи, тождественны друг другу и входят в состав вещества. Он предложил первую модель атома — «пудинг с изюмом» 1904 г.

По мысли Томсона, положительный заряд атома занимает весь объем атома и распределен в этом объеме с постоянной плотностью,в положительно заряженной сфере находится несколько электронов, так что атом подобен кексу, в котором роль изюминок играют электроны.

Ядерная модель атома (планетарная)

Резерфорд бомбардировал α-частицами атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). α-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения α-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома.

Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.

Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад.

Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома (планетарная):
1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.
2. Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре (масса электрона равна 1/1823 а.е.м.).
3. Вокруг ядра вращаются электроны. Их число равно положительному заряду ядра.

Но на основе этой модели нельзя объяснить факт существования атома, его устойчивость. Ведь движение электронов по орбитам происходит с ускорением, причем весьма немалым. Ускоренно движущийся электрон по законам электродинамики должен терять энергию и приближаться к ядру. Как показывают расчеты, основанные на механике Ньютона и электродинамике Максвелла, электрон за ничтожное время должен упасть на ядро. Атом должен прекратить свое существование. В действительности ничего подобного не происходит. Атомы устойчивы и в невозбужденном состоянии могут существовать неограниченно долго, совершенно не излучая электромагнитные волны. Не согласующийся с опытом вывод о неизбежной гибели атома вследствие потери энергии на излучение — это результат применения законов классической физики к явлениям, происходящим внутри атома. Отсюда следует, что к явлениям атомных масштабов законы классической физики неприемлемы.

Датским физик Нильс Бор (1885 — 1962) считал что поведение микрочастиц нельзя описывать теми же законами, что и макроскопических тел.
Бор предположил, что величины характеризующие микромир, должны квантоваться, т.е. они могут принимать только определенные дискретные значения.
Законы микромира — квантовые законы! Эти законы в начале 20 столетия еще не были установлены наукой. Бор сформулировал их в виде трех постулатов. дополняющих ( и «спасающих») атом Резерфорда. Его теория впоследствии привела к созданию стройной теории движения микрочастиц — квантовой механики.

Первый постулат Бора гласит: атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия E. В стационарном состоянии атом не излучает.
Согласно второму постулату Бора излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний.

Квантовая теория строения атома

Теорию Бора сменила квантовая теория, которая учитывает волновые свойства электрона и других элементарных частиц, образующих атом.

В основе современной теории строения атома лежат следующие основные положения:

1. Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Он может вести себя и как частица, и как волна, подобно частице, электрон обладает определенной массой и зарядом; в то же время, движущийся электрон проявляет волновые свойства, например, характеризуется способностью к дифракции. Длина волны электрона λ и его скорость v связаны соотношением де Бройля:

λ = h / mv, где m — масса электрона.

2. Для электрона невозможно одновременно точно, измерить координату и скорость. Чем точнее мы измеряем скорость, тем больше неопределенность в координате, и наоборот. Математическим выражением принципа неопределенности Гейзенберга служит соотношение

∆x∙m∙∆v > ћ/2,
где ∆х — неопределенность положения координаты, ∆v — погрешность измерения скорости.

3. Электрон в атоме не движется по определенным траекториям, а может находиться в любой части около ядерного пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова. Пространство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называют орбиталью.

4. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название — нуклоны). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.

Последнее положение было сформулировано после того, как в 1920 г. Э.Резерфорд открыл протон, а в 1932 г. Дж.Чедвик — нейтрон.

Различные виды атомов имеют общее название — нуклиды. Нуклиды достаточно характеризовать любыми двумя числами из трех фундаментальных параметров: А — массовое число, Z — заряд ядра, равный числу протонов, и N — число нейтронов в ядре. Эти параметры связаны между собой соотношениями:

Z = А — N,
N = А — Z,
А= Z + N.

Нуклиды с одинаковым Z, но различными А и N, называют изотопами.

Сформулированные выше положения составляют суть новой теории, описывающей движение микрочастиц, — квантовой механики (механику, применимую к движению обычных тел и описываемую законами Ньютона, стали называть классической механикой). Наибольший вклад в развитие этой теории внесли француз Л. де Бройль, немец В.Гейзенберг, австриец Э.Шредингер, англичанин П.Дирак. Впоследствии каждый из этих ученых был удостоен Нобелевской премии.

Квантовая механика — математически очень сложная теория. Но главная трудность не в этом. Процессы, которые описывает квантовая механика, — процессы микромира — недоступны не только восприятию нашими органами чувств, но и воображению. Люди лишены возможности представить их себе наглядно в полной мере, так как они совершенно отличны от тех макроскопических явлений, которые человечество наблюдало на протяжении миллионов лет. Человеческое воображение не создает новые, а лишь комбинирует известные, поэтому практически невозможно на нашем макроскопическом языке описать поведение фотонов и других частиц.