Строение атома

Question 1

Где находится электрон относительно атома и какой имеет заряд?

Answer 1

Находящиеся в электронном облаке электроны несут отрицательный электрический заряд

Question 2

Где находится протон относительно атома и какой имеет заряд?

Answer 2

Протоны, входящие в состав ядра, несут положительный заряд

Question 3

Число протонов в ядре и электронов в электронном облаке?

Answer 3

равно

Question 4

Заряд атома?

Answer 4

Атом - нейтральная частица, не несущая заряда

Question 5

Что такое ион?

Answer 5

электрически заряженная частица вещества, которая образуется из атома или молекулы, когда они теряют или, наоборот, присоединяют один или несколько электронов.

Question 6

Где находится нейтрон относительно атома и какой имеет заряд?

Answer 6

В ядре, не несет никакого заряда

Question 7

Что такое нуклоны?

Answer 7

Протоны и нейтроны (от латинского nucleus – ядро)

Question 8

Что такое субатомная частица?

Answer 8

Электрон, протон, нейтрон

Question 9

Масса протона

Answer 9

1,67·10^-27 кг

1,00728 (а.е.м.)

Question 10

Масса нейтрона

Answer 10

1,67·10^-27 кг

1,00867 (а.е.м.)

Question 11

Масса электрона

Answer 11

9,11·10^-31 кг

0,000549 а.е.м.

Question 12

Что принято за атомную единицу массы (а.е.м., относительная атомная масса, атомный вес)?

Answer 12

ровно 1/12 часть массы атома углерода, в ядре которого содержится 6 протонов и 6 нейтронов

т.е., отношение массы какого-нибудь атома к массе 1/12 части атома углерода

Question 13

Размеры атома и ядра

Answer 13

Линейные размеры атомов очень малы: их радиусы составляют от 0,3 до 2,6 ангстрема (1 ангстрем = 10–8 см). Радиус ядра около 10–5 ангстрема, то есть 10–13 см. Это в 100000 раз меньше размеров электронной оболочки. Поэтому правильно показать относительные пропорции ядер и электронных оболочек на рисунке невозможно. Если бы атом увеличился до размеров Земли, то ядро имело бы всего около 60 м в диаметре и могло бы поместиться на футбольном поле.

Question 14

Что такое абсолютная атомная масса?

Answer 14

Масса атома, выраженная в килограммах или граммах

Question 15

Что такое заряд ядра атома?

Answer 15

Число протонов в ядре атома

число протонов в ядре совпадает с порядковым номером атома в Периодической таблице Д.И.Менделеева

Question 16

Что такое массовое число?

Answer 16

Сумма тяжелых частиц (нейтронов и протонов) в ядре атома какого-либо элемента

Question 17

Что такое изотоп?

Answer 17

вещества, состоящие из атомов с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым числом протонов), но с разным числом нейтронов в ядре.

Изотопы отличаются друг от друга только массовым числом. Все элементы состоят из одного или нескольких изотопов.

Question 18

Чему равен атомный вес элемента?

Answer 18

среднему значению из атомных весов всех его природных изотопов с учетом их распространенности.

** Например, элемент хлор в природе находится в виде двух изотопов: хлор-35 и хлор-37. Их содержание составляет 75,53% и 24,47%. Если общее содержание двух изотопов хлора в сумме принять за единицу, то одного из них - примерно 0,75 и другого - примерно 0,25 (в долях единицы). Тогда атомный вес природной смеси двух изотопов хлора округленно равен:

34,97× 0,75 + 36,96× 0,25 = 35,5.

Question 19

Что такое дефект массы?

Answer 19

потеря массы протонов и нейтронов, возникающая в результате их связывания

Дефект массы является следствием универсального соотношения E = Mc², вытекающего из теории относительности А. Эйнштейна, где E - полная энергия системы, c = 3*10¹⁰ см/сек - скорость света в пустоте, M - масса системы (в нашем случае - атома). Тогда _DM = _DЕ/c2, где _DM - дефект массы, а _DE - энергия связи нуклонов в ядре, т.е. энергия, которую необходимо затратить для разделения ядра атома на отдельные протоны и нейтроны. Таким образом, чем больше дефект массы, тем больше энергия связывания нуклонов в ядре и тем устойчивее ядро атома элемента.

Question 20

“Планетарная” модель Бора

Answer 20

Электронные орбиты (уровни) в модели Бора обозначаются целыми числами 1, 2, 3, … n. Уровни состоят из близких по энергии подуровней. Например, 2-й уровень состоит из двух подуровней (2s и 2p). Третий уровень состоит из 3-х подуровней (3s, 3p и 3d). Четвертый уровень состоит из подуровней 4s, 4p, 4d, 4f. Подуровни, в свою очередь, состоят из одинаковых по энергии орбиталей

Question 21

Почему электроны в атоме заселяют ближайшие к ядру уровни и подуровни?

Answer 21

Потому что в этом случае их энергия меньше, чем если бы они заселяли более удаленные уровни

Question 22

Запрет Паули

Answer 22

Никакие два электрона в одном атоме не могут характеризоваться одинаковым набором всех четырех квантовых чисел n, l, m, s.

Question 23

Волновая модель Шредингера

Answer 23

Электроны в атоме существуют на определенных уровнях, подуровнях и орбиталях. В волновой модели орбиталь - это пространство около ядра, в котором можно обнаружить заселивший ее электрон с вероятностью 95%. За пределами этого пространства вероятность встретить такой электрон меньше 5%.

Question 24

Принцип неопределенности

Answer 24

Принцип неопределенности говорит о том, что не следует пытаться вычислить точную траекторию электрона вокруг ядра. Можно лишь указать вероятность нахождения электрона в том или ином участке пространства около ядра в любой момент времени. Эта вероятность поддается вычислению с помощью математических методов.

Question 25

Наибольшее возможное число электронов на первых 4-х электронных уровнях?

Answer 25

Можно посчитать, что на n-м уровне помещается в сумме n² различных орбиталей, а электронов - вдвое больше: 2n², потому что любая орбиталь способна вмещать не более двух электронов. Таким образом:

Question 26

Орбитальная диаграмма

Answer 26

Условное изображение электронных уровней и подуровней. На такой диаграмме орбитали условно изображаются квадратиками, а электроны - стрелочками. Если стрелочки направлены в разные стороны, это означает, что электроны различаются между собой особым свойством, которое назывется *спином* электрона

Question 27

Что такое электронная формула? Электронная конфигурация? Приведите пример для гелия.

Answer 27

Электронная формула описывает распределение электронов по энергетическим уровням, существующим в электронном облаке. Такое распределение называется также *_электронной конфигурацией_* атома 1s² - электронная формула атома гелия

Question 28

Принцип минимума энергии

Answer 28

При заполнении электронных оболочек в первую очередь заполняются более низкие, ближайшие к ядру уровни и подуровни

Question 29

Правило Гунда

Answer 29

Электроны предпочитают расселяться на одинаковых по энергии орбиталях (например, на трех p-орбиталях) сначала по одиночке, и лишь когда в каждой такой орбитали уже находится по одному электрону, начинается заполнение этих орбиталей вторыми электронами. Когда орбиталь заселяется двумя электронами, такие электроны называют спаренными.

Question 30

Правило октета

Answer 30

Атомы элементов стремятся к наиболее устойчивой электронной конфигурации. Устойчивой является электронная конфигурация с завершенным внешним электронным уровнем из (s2 + p6), т.е. из октета электронов.

Question 31

Атомы-акцепторы и атомы-доноры

Answer 31

* Атомы - доноры электронов - склонны достигать октета, отдавая "лишние" электроны со своих внешних электронных уровней. Это атомы, у которых внешние электронные уровни только начинают застраиваться. * Атомы-акцепторы электронов легче достраивают свои внешние уровни до октета, принимая на них электроны других атомов. Обычно это элементы с уже почти завершенными внешними электронными уровнями.

Question 32

Какой из элементов - фтор (9) или хлор (17) - проявляет более акцепторные свойства? Почему?

Answer 32

Более акцепторные свойства проявляют **более "легкие"** элементы. Акцепторные свойства фтора выше, потому что его внешний электронный уровень находится ближе к ядру, чем у хлора. Это означает, что фтор (по сравнению с хлором) в химических реакциях ведет себя более "агрессивно" и легче заполняет свой внешний уровень до октета, забирая недостающий электрон у какого-либо другого элемента.

Question 33

Свойства волн (длина, частота, энергия)

Answer 33

Чем больше расстояние между гребнями волны, тем меньшее число раз поднимается корабль в единицу времени. * Расстояние между гребнями волны называется *_длиной волны_* и обозначается греческой буквой λ (лямбда). * *_Частота волны_* – это число подъемов судна на гребень волны в единицу времени, обозначается буквой ν (ню). Итак, поднимая корабль вверх, волна совершает работу. Значит, *_чем меньше длина волны (или чем больше частота), тем большую энергию несет волна._* Энергия волны Е пропорциональна ее частоте: Е = kν, где k – некая константа, которую можно определить экспериментально.

Question 34

Как частота волны зависит от цвета, вопринимаемого нами? Почему солнечный свет выглядит белым?

Answer 34

Чем больше частота электромагнитной волны, тем большую энергию она несет. Волны света с разной энергией оказывают разное влияние на сетчатку глаза. Световые волны высокой частоты воспринимаются нами как фиолетовые. Если постепенно уменьшать частоту (увеличивать длину волны света), то цвет становится сначала синим, потом голубым, зеленым, желтым, оранжевым и, наконец, красным. Красный свет несет меньше всего энергии. Солнечный свет выглядит белым потому, что в нем смешаны электромагнитные волны всех частот. Если с помощью стеклянной или кварцевой призмы разложить солнечный свет на составляющие его волны, то мы увидим красивую радугу, называемую солнечным спектром

Question 35

Видимая человеку область спектра?

Answer 35

Видимая человеку область спектра простирается примерно от 400 до 800 нм

Question 36

В чем измеряются длины волн?

Answer 36

Длины волн измеряются в метрах (радиоволны), сантиметрах (микроволны) и чаще всего в нанометрах (видимая и ультрафиолетовая области). Нанометр (нм) – миллиардная часть метра (1 нм = 10^-9 м).

Question 37

Почему нагретые тела испускают свет?

Answer 37

Потому что это позволяет им избавиться от избытка энергии

Question 38

Что такое квант?

Answer 38

элементарная порция волновой энергии

Question 39

Постулаты Бора

Answer 39

1. В атоме существуют орбиты, находясь на которых электрон не излучает энергию. Эти орбиты называются стационарными. 2. Излучение происходит только при перескоке электрона с одной стационарной орбиты на другую.

Question 40

Почему спектр испускания водорода линейчатый?

Answer 40

* Если сильно разогреть газ, как это происходит в водородной лампе, то атом поглощает часть энергии. При этом электрон скачком переходит с нижней стационарной орбиты (уровня, оболочки – это одно и то же) на более высокие стационарные орбиты (уровни, оболочки). * Такой "возбужденный" атом не может долго существовать и электрон возвращается ("падает") на более низкую орбиту, выделяя при этом строго определенную порцию (квант) световой энергии. Поскольку орбит в атоме конечное число, в спектре испускаемого водородной лампой света наблюдаются не плавные переходы от одного цвета к другому, а лишь отдельные линии на черном фоне – это и есть линейчатый спектр. Число линий должно совпадать с числом электронных переходов между стационарными орбитами.

Question 41

Раскройте значения наименований уровней и подуровней

Answer 41

По внешнему виду линий спектра испускания: * s-подуровень назван по "резкой" (sharp) линии, * p-подуровень назван по "главной" (principal) линии, * d-подуровень назван по "диффузной", “размытой” (diffuse) линии, * f-подуровень назван по "фундаментальной" (fundamental) линии.

Question 42

Квантовые числа

Answer 42

* Главное квантовое число - уровень n, на котором существует электрон * Вспомогательное квантовое число - номер подуровня (l = 0 – это s-подуровень, l = 1 – это p-подуровень, l = 2 – это d-подуровень, l = 3 – это f-подуровень) * Магнитное квантовое число m - принимает значения от -l до +l, то есть имеет ровно столько значений, сколько орбиталей существует на каждом подуровне * Спиновое квантовое число - s = +1/2 либо s = -1/2 в зависимости от вращение заряда электрона вокруг собственной оси Пример для Азота: n = 3, l = 2, m = -2, s = +1/2.