Схема строения атома
Схема строения атома
Всем известно, что атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся его масса. Внутри ядра находятся протоны и нейтроны, а вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны (рис. 1).
Рис. 1. Схематическое изображение строения атома неона.
Впервые модель строения атома была предложена в 1903 году Дж. Дж. Томсоном. Согласно его предположениям, атом состоит из положительного заряда, равномерно распределенного по всему объему атома, и электронов, колеблющихся внутри этого заряда.
Гипотеза Томсона была проверена и уточнена Э. Резерфордом, который провел серию опытов по рассеянию α-частиц тонкими металлическими пластинками и сообщил. На основании своего исследования он заключил что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме – положительно заряженном ядре. Вокруг ядра на достаточно большом расстоянии движутся электроны, причем их число таково, что в целом атом электронейтрален. Размеры ядра очень малы по сравнению с размерами атома в целом: диаметр атома – величина порядка 10-8 см, а диаметр ядра – порядка 10-13 – 10-12 см. Такая модель строения атома получила название ядерной.
Однако, несмотря на большой прорыв в изучении строения атома теория Э. Резерфорда не могла дать ответ на два вопроса: устойчивость атома и приводила к неправильным выводам о характере атомных спектров.
Существенный вклад в развитие представлений о строении атома в 1913 году сделал Нильс Бор, предложивший квантовую теорию, объединяющую ядерную модель атома с квантовой теорией света. Он показал, что способность нагретого тела к лучеиспусканию можно описать количественно предположив, что лучистая энергия испускается и поглощается телами не непрерывно, а дискретно, т.е. отдельными порциями – квантами.
Основные положения теории Бора о схеме строения атома
Основные положения своей теории Бор изложил в виде постулатов:
- Электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным круговым орбитам (стационарным).
- Двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает электромагнитной энергии.
- Излучение происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях.
Однако и теория Н. Бора страдала противоречивостью, например не могла ответить на вопрос: где находится электрон в процессе перехода с одной орбиты на другую.
Эта задача была решена только после развития нового ответвления теоретической физики – квантовой (волновой) механики (учения Луи де Бройля и Шредингера).
Примеры решения задач
Задание | Относительная атомная масса вольфрама равна 183,2. Известно, что вольфрам состоит из двух изотопов: 183W и 184W. Рассчитайте молярную долю каждого изотопа в природном вольфраме. |
Решение | Изотопы – это атомы одного и того же химического элемента, имеющие разные массовые числа (одинаковое число протонов, но разное – нейтронов). Примем за х число атомов изотопа вольфрама 183W в каждых ста атомах природного вольфрама, тогда число атомов изотопа 184W будет равно (100-х). Масса атомов изотопа 183W будет равна 183х, а 184W – 184×(100-х). Составим уравнение:
183х + 184×(100-х) = 183,2×100%. Найдем х: 183х + 18400 — 184х = 18320; х = 80. Значит содержание изотопа 183W в природном вольфраме равно 80%. Тогда, содержание изотопа 184W: 100-80 = 20%. |
Ответ | Содержание изотопа 183W в природном вольфраме равно 80%, а 184W — 20%. |
Задание | Составьте электронные и электронно-графические формулы атомов хлора и марганца. Укажите их сходство и различие. Определите для этих атомов высшую и низшую степени окисления. Напишите формулы высших оксидов этих элементов и соответствующих им гидроксидов. Укажите свойства гидроксидов. | |
Ответ | Хлор:
+17 Cl)2)8)7; 1s22s22p63s23p5. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид: Марганец: +25 Mn)2)8)13)2; 1s22s22p63s23p63d54s2. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид: Хлор и марганец имеют одинаковое количество электронов на внешней электронной оболочке – 7, поэтому они находятся в одной группе Периодической таблицы Д.И. Менделеева — VII. Высшая валентность, так же как и степень окисления определяются по номеру группы, следовательно равны VII и +7, соответственно. Низшая валентность для атома хлора равна I, а степень окисления -1; марганца – II и +2, соответственно. Высшие оксиды имеют формулы Cl2O7 и Mn2O7, а соответствующие им гидроксиды HMnO4 и HClO4, они проявляют кислотные свойства. |