تعداد پروتون ها مشخص می شود. تعداد نوکلئون ها در هسته اتم یک عنصر برابر با جرم اتمی نسبی عنصر است که به نزدیکترین عدد صحیح گرد شده است. نوکلیدها، ایزوتوپ ها، عدد جرمی

هسته اتم از ذراتی تشکیل شده است که مجموعاً نوکلئون نامیده می شوند. دو نوع از آنها وجود دارد - نوترون و پروتون. تعداد نوترون ها را می توان از جرم یک اتم پیدا کرد، زیرا عملاً برابر با جرم هسته اتم (جرم لایه الکترونی ناچیز است) و بار آن است.

شما نیاز خواهید داشت

• - جدول تناوبی عناصر شیمیایی (جدول مندلیف)؛
• - بار پروتون؛
• - عناصر شیمیایی

دستورالعمل

هر اتم یک ماده در جدول تناوبی عناصر شیمیایی توضیح داده شده است. سلول عنصر مربوط به اتم مورد مطالعه را پیدا کنید. در انتهای سلول، جرم اتمی نسبی آن را پیدا کنید. اگر یک عدد کسری است، آن را به نزدیکترین عدد کامل گرد کنید (این جرم اتمی نسبی رایج ترین ایزوتوپ در طبیعت خواهد بود). این عدد نشان دهنده تعداد نوکلئون های یک هسته اتمی است. شماره سریال عنصر شیمیایی مورد مطالعه را بیابید. او برابر عدد استپروتون ها در هسته مقدار را تعیین کنید نوترون هاکم کردن تعداد پروتون ها از جرم اتمی نسبی مثال. تعداد پروتون های موجود در آن را پیدا کنید اتمغده. اتم آهن با عنصر شیمیایی Fe (فروم) مطابقت دارد. جرم اتمی نسبی آن 56 است. عدد اتمی عنصر 26 است. تعداد نوترون ها N=56-26=30.

برای یک ایزوتوپ خاص، همیشه توضیح اضافی داده می شود. قبل از تعیین عنصر، جرم اتمی نسبی و شماره سریال آن در جدول تناوبی نشان داده شده است. در این مورد، جرم اتمی نشان داده شده در نماد ایزوتوپ را بگیرید. به عنوان مثال، اکسیژن معمولی دارای عدد جرمی 16 و شماره سریال 8، مقدار است نوترون ها N=16-8=8 دارد. ایزوتوپ پایدار آن، اکسیژن 18، دارای تعداد و کمیت جرمی مربوطه است نوترون هادر هسته N=18-8=10.

مقدار را تعیین کنید نوترون هابا جرم هسته و بار آن. اگر جرم به کیلوگرم داده شده است، آن را بر عدد 1.661 10^(-27) تقسیم کنید. نتیجه جرم بر حسب واحد جرم اتمی (جرم اتمی نسبی) است. بار هسته ای را بر حسب کولن بر 1.6022 10^(-19) تقسیم کنید (بار یک پروتون بر حسب کولن). این تعداد پروتون ها خواهد بود. هنگام تبدیل، تمام مقادیر را به اعداد صحیح گرد کنید. یک عدد پیدا کنید نوترون هاکم کردن تعداد پروتون ها از جرم اتمی نسبی مثال. جرم یک اتم 11.627 10^(-27) کیلوگرم است. بار هسته آن 4.8 10^(-19) C است. جرم اتمی نسبی عنصر 11.627 10^(-27)/(1.661 10^(-27))=7 را بیابید. تعداد پروتون های 4.8 10^(-19) C/(1.6022 10^(-19)) را محاسبه کنید؟3. عدد را تعیین کنید نوترون ها N=7-3=4.

اتم یک عنصر شیمیایی از یک هسته اتمی و الکترون تشکیل شده است. هسته اتم از دو نوع ذره تشکیل شده است - پروتون و نوترون. تقریباً تمام جرم یک اتم در هسته متمرکز است، زیرا پروتون ها و نوترون ها بسیار سنگین تر از الکترون ها هستند.

شما نیاز خواهید داشت

• عدد اتمی عنصر، ایزوتوپ

دستورالعمل

برخلاف پروتون ها، نوترون ها بار الکتریکی ندارند، یعنی بار الکتریکی آنها صفر است. بنابراین، با دانستن عدد اتمی یک عنصر، نمی توان به صراحت گفت چقدر است نوترون هاموجود در هسته آن به عنوان مثال، هسته یک اتم کربن همیشه حاوی 6 پروتون است، اما می تواند 6 و 7 پروتون در آن وجود داشته باشد. انواع هسته های یک عنصر شیمیایی با اعداد مختلف. نوترون هادر هسته، ایزوتوپ های آن عنصر نامیده می شود. ایزوتوپ ها می توانند طبیعی یا مصنوعی باشند.

هسته اتم با نماد حرف یک عنصر شیمیایی از جدول تناوبی نشان داده می شود. در سمت راست نماد بالا و پایین دو عدد وجود دارد. بالا عدد A جرم است عدداتم، A = Z+N، که در آن Z بار هسته ای است ( عددپروتون) و N- عدد نوترون ها. پایین تر عدد Z است - بار هسته. این رکورد اطلاعاتی در مورد شماره ارائه می دهد نوترون هادر هسته بدیهی است که برابر است با N = A-Z.

برای ایزوتوپ های مختلف یک عنصر شیمیایی عددتغییراتی که در رکورد این ایزوتوپ منعکس شده است. برخی ایزوتوپ ها نام اصلی خود را دارند. به عنوان مثال، یک هسته هیدروژن معمولی ندارد نوترون هاو یک پروتون دارد. ایزوتوپ هیدروژن دوتریوم دارای یک نوترون (A = 2) و ایزوتوپ تریتیوم دارای دو نوترون (A = 3) است.

وابستگی به عدد نوترون هاتعداد پروتون ها در نمودار N-Z هسته اتم منعکس شده است. پایداری هسته ها به نسبت تعداد آنها بستگی دارد نوترون هاو تعداد پروتون ها هسته های هسته های سبک زمانی که N/Z = 1 پایدار هستند، یعنی زمانی که تعداد نوترون هاو پروتون ها با افزایش عدد جرمی، ناحیه پایداری به N/Z> 1 تغییر می کند و برای سنگین ترین هسته ها به N/Z ~ 1.5 می رسد.

مثال ها:

هیدروژن Ar = 1.001; 1 نوکلئون

کربن Ar = 12.011; 12 نوکلئون

نوکلیدها، ایزوتوپ ها، عدد جرمی

بیشتر عناصر موجود در طبیعت از چندین نوع اتم تشکیل شده اند که در جرم اتمی نسبی آنها متفاوت است.

مثال.کلر در طبیعت به صورت مخلوطی از دو نوع اتم وجود دارد که یکی شامل 18 و دیگری 20 نوترون در هسته است.

هر نوع اتم (نوع هسته) نامیده می شود هسته. نوکلید نوعی اتم و هسته مربوط به تعداد معینی پروتون و نوترون است.

هسته‌هایی که به یک عنصر تعلق دارند و به طور منحصربه‌فردی با تعداد پروتون‌ها تعیین می‌شوند، اما در تعداد نوترون‌ها متفاوت هستند، نامیده می‌شوند. هسته های ایزوتوپی، یا به سادگی ایزوتوپ ها.

ایزوتوپ های یک عنصر هسته ای هستند که بار هسته ای یکسانی دارند (تعداد پروتون).ایزوتوپ های یک عنصر فقط در تعداد نوترون ها و در نتیجه تعداد کل نوکلئون ها با هم تفاوت دارند.

مثال.هسته دو ایزوتوپ طبیعی کلر دارای 17 پروتون است، اما 18 و 20 نوترون، یعنی. به ترتیب 35 و 37 نوکلئون.

برای هسته‌ها، مقادیر دقیق جرم‌های اتمی نسبی همیشه نزدیک به مقادیر صحیح هستند، بنابراین جرم هسته‌ها را می‌توان با این مقادیر مقایسه کرد. اعداد جرمی.

تعداد جرمی یک نوکلید برابر با تعداد نوکلئون های موجود در آن (مجموع پروتون ها و نوترون ها) است.

نمادگرایی خاص برای تعیین یک هسته خاص استفاده می شود. در سمت چپ نماد یک عنصر شیمیایی، بالانویس عدد جرمی و شاخص پایین نشان دهنده بار هسته ای (شماره سریال عنصر) است. به عنوان مثال، ایزوتوپ کلر-18 به صورت نوشته شده است.

به این ترتیب:

عدد جرمی = تعداد نوکلئون ها در هسته.

عدد ترتیبی = تعداد پروتون های هسته یا تعداد الکترون های پوسته اتم.

تفاوت بین عدد جرمی و شماره سریال = تعداد نوترون ها در هسته.

ساختار لایه الکترونی اتم. سطوح انرژی

ساختار لایه الکترونی یک اتم توسط ذخایر انرژی مختلف E تک تک تک تک الکترون‌ها در اتم تعیین می‌شود. مطابق با مدل بور از اتم، الکترون ها می توانند موقعیت هایی را در اتم اشغال کنند که با حالت های انرژی دقیقاً تعریف شده (کوانتیزه) مطابقت دارد.

تعداد الکترون هایی که می توانند در یک سطح انرژی خاص باشند با فرمول 2n² تعیین می شود که n تعداد سطح است که با اعداد عربی 1-7 نشان داده می شود. از حروف K تا Q نیز برای تعیین سطوح انرژی استفاده می شود. حداکثر پر شدن چهار سطح انرژی اول مطابق با فرمول 2n² عبارت است از: برای سطح اول K - 2 الکترون، برای سطح دوم L - 8، برای سوم M. - 18 و برای سطح چهارم N - 32 الکترون.

کوانتوم - توضیح مکانیکی ساختار اتم

مدل مداری اتم

ایده های مکانیکی کوانتومی مدرن در مورد ساختار لایه الکترونی یک اتم از این واقعیت ناشی می شود که حرکت یک الکترون در یک اتم را نمی توان با یک مسیر مشخص توصیف کرد. می توان تنها حجم معینی از فضایی را در نظر گرفت که الکترون در آن قرار دارد. از آنجایی که یک الکترون دارای هر دو ویژگی ذره و موج است، رویکرد برای توضیح ساختار پوسته الکترونی می تواند یک نظریه جسمی یا یک نظریه موج باشد. هر دوی آنها به تجسم یکسانی منتهی می شوند که به صورت فرموله شده است مدل مداری اتم.

1. توجیه مدل مداری اتم، بر اساس ماهیت جسمی الکترون، به شرح زیر است. به شرح زیر از برنج. 2احتمال وجود یک الکترون در هسته اتم صفر است، در نزدیکی هسته ناچیز است، اما با فاصله از هسته به سرعت افزایش می یابد. در برخی از فاصله ها، احتمال به حداکثر می رسد و سپس به آرامی کاهش می یابد، به طور مجانبی به صفر نزدیک می شود که فاصله تا بی نهایت می رود. بنابراین، محدود کردن فضایی که یک الکترون می‌تواند در آن باشد، غیرممکن است. تعیین اندازه یک اتم (بدون شرایط اضافی) غیرممکن است. بر اساس ماهیت جسمی الکترون، می توان در مورد احتمال 90٪ بودن آن در یک فضای محدود صحبت کرد که به آن می گویند. اوربیتال اتمی.

2. توجیه مدل مداری اتم، بر اساس ماهیت موجی الکترون، به شرح زیر است. الکترون فضای اطراف هسته اتم را به شکل یک موج ایستاده پر می کند که می تواند به صورت تجسم شود. ابر الکترونیکیچگالی ابر الکترونی که به عنوان ابری از بار الکتریکی یک الکترون درک می شود چگالی الکترون -معلوم می شود که متفاوت و وابسته به فاصله هسته-الکترون است ( عکس. 1). هنگامی که چگالی الکترون به 90٪ محدود می شود، همان مدل مداری اتم به دست می آید.

اوربیتال اتمی تصویری هندسی است که با حجم فضای اطراف هسته اتم مطابقت دارد که با احتمال 90 درصد یافتن الکترون در این حجم (به عنوان ذره) و در عین حال چگالی بار الکترون 90 درصد مطابقت دارد. به صورت موج).

مدل یک اوربیتال اتمی (ابر الکترونی) برای توصیف بصری توزیع چگالی الکترون در فضا بسیار مناسب است. در این حالت، اوربیتال s شکل کروی دارد، اوربیتال p شکل یک دمبل دارد، اوربیتال d دارای یک گل چهار گلبرگ یا یک دمبل دوتایی است، اوربیتال f شکل پیچیده تری دارد ( برنج. 3).

اگر فقط یک الکترون در یک اوربیتال اتمی (مانند اتم هیدروژن) وجود داشته باشد، آنگاه از یک اوربیتال اتمی منفرد یا نیمه پر و نیمه پرجمعیت صحبت می کنند. اگر دو الکترون در یک اوربیتال اتمی (مانند اتم هلیوم) وجود داشته باشد، در مورد آن می گویند دو بار استخدام شدهیا پرجمعیت، پرجمعیتاوربیتال اتمی AO های نیمه پرجمعیت نقش مهمی در تشکیل پیوندهای شیمیایی دارند.

مطابق با توصیف مکانیک کوانتومی وضعیت یک الکترون در یک اتم، هر الکترون یک ذره جداگانه است. خواص آن مانند جرم و بار، تفاوت بین الکترون ها را آشکار نمی کند، به ویژه بین آن دسته از الکترون هایی که در مدار اتمی یکسانی قرار دارند (مانند اتم هلیوم). ویژگی ذاتی هر الکترون در یک اتم است چرخش.

دو الکترون در اوربیتال اتمی یکسان اسپین های متفاوتی دارند..

اسپین یک ویژگی مکانیکی کوانتومی یک الکترون است که نمی‌توان آن را با استفاده از مفاهیم سنتی مبتنی بر رفتار مکانیکی ذرات بزرگ توضیح داد. بدون در نظر گرفتن خواص موجی الکترون، اسپین را می توان با مقایسه الکترون با توپی که حول یک محور انتخاب شده می چرخد ​​تفسیر کرد. اسپین جهت چرخش را مشخص می کند و بنابراین، برای دو جهت ممکن چرخش مکانیکی، باید دو اسپین مختلف الکترون وجود داشته باشد.

اسپین یک مشخصه جدایی ناپذیر یک الکترون در یک اتم است. دو الکترون در اوربیتال اتمی یکسان دارند ضد موازیپشت.

اوربیتال اتمی به راحتی به عنوان یک مربع به نام سلول کوانتومی و هر الکترون به عنوان یک فلش عمودی نشان داده می شود که یکی از دو اسپین ممکن الکترون را نشان می دهد. یک سلول کوانتومی با یک فلش به معنای یک اوربیتال اتمی با یک الکترون است، یعنی. اوربیتال نیمه پرجمعیت، با دو فلش - یک اوربیتال اتمی با دو الکترون، یعنی. یک اوربیتال کاملاً پرجمعیت، بدون فلش - یک اوربیتال خالی، یعنی بدون الکترون.

2.2. اوربیتال هایی با s، p، د- و f-الکترون ها

(s اتمی، p د- و f-اوربیتال ها)

یک اوربیتال اتمی با تقارن کروی ( برنج. 3) معمولاً به صورت نشان داده می شود s-اوربیتال(s-AO)و الکترون های موجود در آن - مانند الکترون های s.

شعاع اوربیتال s اتمی با افزایش تعداد سطح انرژی افزایش می یابد. 1s-AO در داخل 2s-AO قرار دارد، دومی در داخل 3s-AO و غیره. بر روی هسته اتم متمرکز شده است. به طور کلی، ساختار لایه الکترونی یک اتم در مدل مداری به نظر لایه لایه است. هر سطح انرژی حاوی الکترون از نظر هندسی به عنوان در نظر گرفته می شود لایه الکترونیکی

برای نامگذاری اختصاری الکترونی که یک اوربیتال s اتمی را اشغال می کند، از نام خود s-AO با یک شاخص دیجیتالی فوق اسکریپت استفاده می شود که تعداد الکترون ها را نشان می دهد. به عنوان مثال، 1s تعیین تنها الکترون اتم هیدروژن است.

عدد سطح انرژی مطابقت دارد عدد کوانتومی اصلی،و نوع اوربیتال − عدد کوانتومی مداری.

2s Li=1s 2s، Be=1s 2s

فرمول الکترونیکی همراه با نمودار انرژیلایه الکترونی یک اتم ( برنج. 3) آن را منعکس می کند پیکربندی الکترونیکی

یک اوربیتال اتمی با تقارن چرخشی (محوری) معمولاً به صورت نشان داده می شود اوربیتال p ( پ-AO) (برنج. 3) الکترون های موجود در آن هستند پ-الکترون ها

هر اوربیتال p اتمی می تواند (در حداکثر پر شدن) دو الکترون را مانند هر AO دیگری بپذیرد. این الکترون ها با هم هر دو نیمه را اشغال می کنند پ-اوربیتال ها در هر سطح انرژی اتمی (به جز اولین) سه اوربیتال اتمی وجود دارد که با حداکثر جمعیت شش الکترون مطابقت دارد.

هر سه پ-AO از سطح انرژی یکسان با آرایش فضایی آنها با یکدیگر متفاوت هستند. محورهای خود، که از هر دو نیمه مدار و عمود بر صفحه گره آن عبور می کنند، یک سیستم مختصات دکارتی را تشکیل می دهند (نماد محورهای خود x، y، z). بنابراین، در هر سطح انرژی مجموعه ای از سه اوربیتال اتمی p وجود دارد: p x -، p y - و p z -AO. حروف x، y، z مطابقت دارند عدد کوانتومی مغناطیسی، که قضاوت در مورد تأثیر خارجی را ممکن می کند میدان مغناطیسیبه پوسته الکترونی اتم.

اوربیتال های s اتمی در تمام سطوح انرژی، اتمی، وجود دارند پ-اوربیتال ها - در همه سطوح به جز سطح اول. در سطوح انرژی سوم و بعدی، به یک s-AO و سه پ-AO به پنج اوربیتال اتمی به نام می پیوندد د-اوربیتال ها(برنج. چهار) و در سطح چهارم و بعدی، هفت اوربیتال اتمی دیگر نامیده شدند f-اوربیتال ها.

2.3. سطوح فرعی انرژی

اتم چند الکترون اصول

ساخت یک پوسته الکترونی

محاسبات مکانیکی کوانتومی نشان می دهد که در اتم های چند الکترونی انرژی الکترون های یک سطح یکسان نیست. الکترون ها اوربیتال های اتمی را پر می کنند انواع متفاوتو انرژی های مختلفی دارند.

سطح انرژی مشخص می شود عدد کوانتومی اصلی n.برای همه عناصر شناخته شده، مقادیر n از 1 تا 7 متغیر است. الکترون ها در یک اتم چند الکترونی واقع در بیشتر (غیر هیجانی)حالت، سطوح انرژی را از اول تا هفتم اشغال می کند.

زیرسطح انرژی مشخص می شود عدد کوانتومی مداری l.برای هر سطح (n = const) عدد کوانتومی لتمام مقادیر صحیح را از 0 تا (n-1) می گیرد، به عنوان مثال، با n=3 مقدار ل 0، 1 و 2 خواهد بود. عدد کوانتومی مداری شکل هندسی (تقارن) اوربیتال ها را تعیین می کند. s-، p-، d-، f-سطح فرعی بدیهی است که در همه موارد n> ل; در n=3 مقدار حداکثر لبرابر 2.