Химия 11 класс

Тема: Пер­во­на­чаль­ные хи­ми­че­ские пред­став­ле­ния

Урок: Ста­нов­ле­ние пред­став­ле­ний о стро­е­нии атома

1. Модель Дж. Томсона

Пер­вые экс­пе­ри­мен­таль­ные факты, до­ка­зы­ва­ю­щие слож­ное стро­е­ние атома, по­яви­лись в про­цес­се изу­че­ния элек­три­че­ско­го тока в ва­ку­у­ме. В ва­ку­у­ме, где нет дру­гих ве­ществ, кроме ма­те­ри­а­лов ка­то­да и анода, может про­те­кать элек­три­че­ский ток, если катод на­греть (Рис. 1). Было уста­нов­ле­но, что ча­сти­цы, ис­пус­ка­е­мые ве­ще­ством, из ко­то­ро­го сде­лан катод, имеют от­ри­ца­тель­ный заряд и очень ма­лень­кую массу. Их на­зва­ли элек­тро­на­ми.

Рис. 1. При­бор Том­со­на для из­ме­ре­ния от­кло­не­ния ка­тод­ных лучей под дей­стви­ем элек­три­че­ско­го тока

Так по­яви­лась одна из пер­вых мо­де­лей стро­е­ния атома, ко­то­рую пред­ло­жил ан­глий­ский физик Джо­зеф Том­сон (Рис. 2). В со­от­вет­ствии с этой мо­де­лью, атом пред­став­ля­ет собой шар, со­сто­я­щий из по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­но­го ве­ще­ства с вкрап­ле­ни­я­ми от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ных элек­тро­нов (на­по­до­бие изюма в биск­ви­те).

Рис. 2. Мо­дель стро­е­ния атома, пред­ло­жен­ная Дж. Том­со­ном

Осо­бен­ность мо­де­ли Том­со­на за­клю­ча­лась в пред­по­ло­же­нии того, что по­ло­жи­тель­ный заряд «раз­мыт» внут­ри атома и не «вы­ле­та­ет» из него, т. к. об­ла­да­ет зна­чи­тель­но боль­шей мас­сой по срав­не­нию с элек­тро­на­ми.

 2. Модель Э. Резерфорда

Сле­ду­ю­щим уди­ви­тель­ным экс­пе­ри­мен­таль­ным фак­том было от­кры­тие Бек­ке­ре­лем в 1896 г. яв­ле­ния ра­дио­ак­тив­но­сти. Было об­на­ру­же­но, что атомы неко­то­рых эле­мен­тов са­мо­про­из­воль­но рас­па­да­ют­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем новых ато­мов, элек­тро­нов и α-ча­стиц. Также уста­но­ви­ли, что α-ча­сти­цы имеют по­ло­жи­тель­ный заряд и от­но­си­тель­но боль­шую массу.

С по­мо­щью α-ча­стиц Эр­нест Ре­зер­форд и его уче­ни­ки про­ве­ли экс­пе­ри­мент, ре­зуль­та­ты ко­то­ро­го опро­верг­ли мо­дель стро­е­ния атома Дж. Том­со­на. Ан­гли­ча­нин Эр­нест Ре­зер­форд и его уче­ни­ки по­ста­ви­ли сле­ду­ю­щий экс­пе­ри­мент: на­прав­ля­ли быст­рый поток α-ча­стиц на тон­кую зо­ло­тую фоль­гу. Ока­за­лось, что боль­шин­ство α-ча­стиц про­хо­дит через фоль­гу бес­пре­пят­ствен­но, неболь­шая часть от­кло­ня­ет­ся на раз­лич­ные углы, а при­мер­но 1 на 10 000 ча­стиц от­ска­ки­ва­ет в об­рат­ном на­прав­ле­нии (Рис. 3).

Рис. 3. Схема опыта Э. Ре­зер­фор­да

Ре­зуль­та­ты опыта про­ти­во­ре­чи­ли мо­де­ли Том­со­на. Ча­сти­ца с боль­шой мас­сой и по­ло­жи­тель­ным за­ря­дом может от­ско­чить назад, если толь­ко встре­тит в ка­че­стве пре­пят­ствия боль­шой по­ло­жи­тель­ный заряд, скон­цен­три­ро­ван­ный в одном месте.

По­ло­жи­тель­ный заряд, скон­цен­три­ро­ван­ный в цен­тре атома, Ре­зер­форд на­звал ядром и пред­ло­жил свою мо­дель стро­е­ния атома: в цен­тре атома на­хо­дит­ся по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ное ядро, во­круг ко­то­ро­го вра­ща­ют­ся от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ные элек­тро­ны (Рис.4). При этом ос­нов­ная масса атома со­сре­до­то­че­на в ядре, масса элек­тро­нов очень мала.

Сум­мар­ный заряд ядра и элек­тро­нов дол­жен быть равен нулю, т. к. атом в целом элек­тро­ней­тра­лен.

Мо­дель Ре­зер­фор­да на­по­ми­на­ет Сол­неч­ную си­сте­му, по­это­му ее на­зва­ли «пла­не­тар­ной».

Рис. 4. Пла­не­тар­ная мо­дель атома, пред­ло­жен­ная Ре­зер­фор­дом

 3. Состав ядра атома. Изотопы

По­ряд­ко­вый номер эле­мен­та в Пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­ме чис­лен­но равен за­ря­ду ядра атома хи­ми­че­ско­го эле­мен­та. Так как атом в целом за­ря­да не имеет, то и число от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ных ча­стиц – элек­тро­нов – в атоме долж­но быть тоже рав­ным по­ряд­ко­во­му но­ме­ру.

Су­ще­ству­ют атомы с оди­на­ко­вым за­ря­дом ядра, но раз­ной мас­сой. Такие атомы на­зы­ва­ют­ся изо­то­па­ми.

Ядро атома со­сто­ит из про­то­нов ней­тро­нов (Рис. 5).

Про­тон р – эле­мен­тар­ная ча­сти­ца, име­ю­щая заряд +1 и от­но­си­тель­ную массу, рав­ную 1.

Ней­трон n – ча­сти­ца, не име­ю­щая за­ря­да, с от­но­си­тель­ной мас­сой 1.

Масса атома в ос­нов­ном скла­ды­ва­ет­ся из суммы масс всех про­то­нов и ней­тро­нов. Мас­сой элек­тро­нов при рас­че­тах пре­не­бре­га­ют, т. к. она очень мала (масса 1 элек­тро­на в 1841 раз мень­ше массы 1 про­то­на или ней­тро­на).

Заряд ядра атома опре­де­ля­ет число на­хо­дя­щих­ся в нем про­то­нов.

Таким об­ра­зом, изо­то­пы од­но­го хи­ми­че­ско­го эле­мен­та раз­ли­ча­ют­ся между собой чис­лом ней­тро­нов в ядре.

Изо­то­пы – атомы од­но­го хи­ми­че­ско­го эле­мен­та, раз­ли­ча­ю­щи­е­ся мас­сой, а зна­чит, чис­лом ней­тро­нов в ядре.

Рис. 5. Со­став атома

Спи­сок ли­те­ра­ту­ры

1. Ор­же­ков­ский П.А. Химия: 8-й класс: учеб для об­ще­обр. учре­жд. / П.А. Ор­же­ков­ский, Л.М. Ме­ще­ря­ко­ва, М.М. Ша­ла­шо­ва. – М.: Аст­рель, 2013. (§43)
2. Руд­зи­тис Г.Е. Химия: неор­ган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г.Е. Руд­зи­тис, Ф.Г. Фельд­ман. – М.: Про­све­ще­ние, ОАО «Мос­ков­ские учеб­ни­ки», 2009. (§37)
3. Хо­мчен­ко И.Д. Сбор­ник задач и упраж­не­ний по химии для сред­ней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Из­да­тель Уме­рен­ков, 2008. (с. 36-37)
4. Эн­цик­ло­пе­дия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Во­ло­дин, вед. науч. ред. И. Ле­ен­сон. – М.: Аван­та+, 2003. (с.38-41)