«Атомы, молекулы и ионы»
Ключевые слова конспекта: Атомно-молекулярное учение, атомы, молекулы и ионы, элементарные частицы, ядро, электрон, протон, нейтрон.
Древнегреческий философ Демокрит 2500 лет назад предположил, что все тела состоят из мельчайших, невидимых, неделимых, вечно движущихся частиц — атомов. В переводе «атом» означает «неделимый».
Учение о молекулах и атомах в основном было разработано в XVIII— XIX вв. Великий русский учёный М. В. Ломоносов утверждал, что тела в природе состоят из корпускул (молекул), в состав которых входят элементы (атомы). Многообразие веществ учёный объяснял соединением разных атомов в молекулах и различным расположением атомов в них.
Основоположником атомно-молекулярного учения принято считать известного английского учёного Джона Дальтона. Тем не менее некоторые представления об атомах и молекулах, высказанные Ломоносовым за полвека до Дальтона, оказались более достоверными, научными. Например, английский учёный отрицал возможность существования молекул, образованных одинаковыми атомами.
Атомно-молекулярное учение получило окончательное признание только в 1860 г. на Всемирном съезде химиков в Карлсруэ.
Молекулы
Каждое отдельно взятое вещество состоит из одинаковых молекул. Например, вещество вода состоит из молекул воды. Но размеры молекул воды очень малы, поэтому даже маленькая капелька воды содержит огромное количество молекул, которые имеют одинаковые состав и свойства.
Молекулы — это мельчайшие частицы многих веществ, состав и химические свойства которых такие же, как у данного вещества. При химических реакциях молекулы распадаются, то есть они являются химически делимыми частицами. Молекулы состоят из атомов.
Атомы
Следует иметь в виду, что существуют также вещества, состоящие из отдельных одинаковых атомов. Мельчайшими частицами, сохраняющими характерные химические свойства таких веществ, являются атомы. Так, из отдельных атомов состоят благородные газы — гелий, неон, аргон и др. Атомы в отличие от молекул в ходе химических реакций не делятся на более мелкие части.
Атомы — это мельчайшие химически неделимые частицы вещества.
Элементарные частицы
В конце XIX—начале XX в. было обнаружено, что атомы состоят из ешё более мелких частиц. Эти частицы были названы элементарными частицами. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого находятся отрицательно заряженные частицы — электроны. Заряд электрона принято считать равным —1.
Ядро атома, в свою очередь, также состоит из элементарных частиц. В состав ядер атомов входят положительно заряженные частицы — протоны и частицы, имеющие почти такую же массу, как протоны, но не имеющие заряда,— нейтроны. Заряд протона численно равен заряду электрона, но имеет противоположный знак (+1).
Например, атом водорода состоит из ядра, в котором находится только один протон и один электрон. Атом гелия состоит из ядра, в котором находятся 2 протона и 2 нейтрона, а также 2 электрона. Атом лития состоит из ядра, в котором находятся 3 протона, 4 нейтрона, а также 3 электрона.
Ионы
Одни атомы, взаимодействуя с другими атомами, могут терять или, наоборот, приобретать один или более электронов. В результате электрически нейтральный атом превращается в заряженную частицу — ион. Если атом теряет один или несколько электронов, его называют положительно заряженным ионом. Атом, дополнительно присоединивший один или несколько электронов, называют отрицательно заряженным ионом. Противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу. Подробнее электронно-ионная теория рассматривается в курсе физики (читать Конспект «Электронно-ионная теория»)
Конспект урока «Атомы, молекулы и ионы».
Следующая тема: «Простые и сложные вещества».
Валентные и неспаренные электроны
Валентные электроны — электроны, способные участвовать в образовании химических связей.
Представим вкусный большой многослойный ягодный торт. Каждый слой — своего рода уровень. На слоях располагаются ягоды, они же электроны. Но самые вкусные (валентные) всегда располагают сверху на торте. То есть валентные электроны могут быть как на внешнем (в качестве украшения торта), так и на предвнешнем (верхнем бисквитном слое) энергетическом уровне.
Поэтому важно научиться определять количество валентных электронов для различных элементов:
- для элементов главных подгрупп — это все электроны внешнего уровня;
- для элементов побочных подгрупп — это электроны внешнего слоя и предвнешнего d-подуровня.
Среди валентных электронов есть как спаренные электроны, так и неспаренные.
Неспаренными называют электроны, которые находятся поодиночке на орбитали атома, соответственно, спаренные — всегда вдвоем.
Например, у атома водорода один неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне, а вот у атома гелия неспаренных электронов уже нет, но так как оба они находятся на внешнем (и в данном случае единственном) энергетическом уровне, они будут валентными.
Запоминалка: существует последовательность чисел, которая позволяет определить количество неспаренных электронов для атомов главных подгрупп: 1-0-1-2-3-2-1-0.
Таким образом, все неспаренные электроны являются валентными, но не все валентные электроны должны быть неспаренными.
Разберем еще один пример задания №1 ЕГЭ по химии.Задание. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют одинаковое количество неспаренных электронов.1) Li 2) Ca 3) N 4) Ne 5) HРешение. Чтобы решить задание, нужно вспомнить последовательность чисел, которая позволяет определить количество неспаренных электроновдля атомов главных подгрупп: 1-0-1-2-3-2-1-0.Li — элемент IA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него один неспаренный электрон.Ca — элемент IIA группы (1—1-2-3-2-1-0), значит, у него нет неспаренных электронов.N — элемент VA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него три неспаренных электрона.Ne — элемент VIIIA группы (1-0-1-2-3-2-1-), значит, у него нет неспаренных электронов.H — элемент IA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него один неспаренный электрон.Ответ: 15
Строение атома — это тема, с которой всегда начинают познание химии, потому что приступать к изучению химических свойств веществ можно только с пониманием поведения элементарных частиц на атомарном уровне. Изучить тему подробнее и разобрать все ее тонкости поможет статья «Особенности строения электронных оболочек атомов переходных элементов».
ru.natapa.org
Атом и ион — это два различных термина, которые составляют главную долю химии.
Эти два термина составляют главную основу химии, и человек, который желает понять, как все устроено, обнаружит, что ему придется полностью понимать данные термины. Атом — это очень маленькая часть каждого объекта.
Ион — это атом или молекула, общее число электронов которых не равно общему количеству протонов. Это немного сбивает с толку учеников, пока они не понизят идею.
Атомы — это ключевые единицы, из которых состоит вся материя.
Ионная, ковалентная и металлическая связи
Атомы крошечные, шириной от 0,1 до 0,5 нанометров. Они настолько крошечные, что их даже не видно через микроскоп.
Имеется множество типов атомов.
Каждый атом имеет уникальное имя, массу и размер. Разные типы атомов называются элементами.
Компонент — это чистое вещество, которое имеет один или один вид атома, выделяющийся собственным атомным номером. Ядерный номер выходит из протонов, присутствующих в ядре элемента.
Всего было идентифицировано 118 элементов, разделенных на металлы, металлоиды и неметаллы. Любой компонент имеет собственный набор параметров.
Большинство элементов доступно на Земля, тогда как отдельные из них были созданы искусственно в результате ядерных реакций.
Компонент уже находится в его самой сырой форме и не может быть дальше сломан. Все детали можно отыскать в периодической таблице, перечисленные по атомному номеру.
Каждый атом каждого элемента состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны составляют ядро ??атома и размещены в середине атома.
Ядро окружено облаком электронов, которые связаны с ядром электромагнитной силой. Электроны имеют негативный заряд, который притягивает их к ядру, так как протоны в ядре имеют позитивный заряд.
Нейтроны, с другой стороны, не имеют заряда.
Кол-во протонов, нейтронов и электронов в атоме определяет, каким элементом он считается. К примеру: атом железа имеет 26 протонов, 30 нейтронов и 26 электронов.
Каждый атом железа станет иметь эту конфигурацию.
Как видно из примера, атом железа имеет 26 протонов и 26 электронов. Каждый атом, который не создал никакой связи, станет иметь равное кол-во протонов и электронов.
Потому как атом не может свободно существовать в естественном мире, они без проблем связываются с другими атомами, которые доступны. Когда атом связывается, он либо теряет, либо получает электроны.
Если один атом связывается с иным атомом, один атом должен потерять электрон, тогда как другой атом получит электрон. Это даёт атому позитивный или негативный электрический заряд.
Атомы, протоны которых не равны его электронам, являются ионами.
Ионы делаются химическими или физическими средствами.
Существует два типа ионов: катион и анион.
Считается, что нейтральный атом, который теряет электрон, имеет позитивный заряд из-за большего количества протонов и известный как катион. Атом, который получает электрон, имеет большее число электронов, чем протоны, и считается, что он имеет негативный заряд и рассматривается как анион.
Чем атом отличается от иона?
Ион, который состоит из одного атома, собой представляет ядерный или одноатомный ион; если он состоит из 2-ух или более атомов, это молекулярный или многоатомный ион.
Ионы обладают высокой реакционной способностью и связываются с ионами противоположного заряда, чтобы стать стабильными.
Ионы на стадии, аналогичной газу, являются огнеопасными и встречаются на Земля только в минимальных количествах, например как пламя, молния, электрические искры и остальные виды плазмы. Ионы, которые будут в жидком или твёрдом состоянии, часто взаимодействуют и связываются с экстрагентами, чтобы стать намного стабильными.
Все ионы заряжены, что означает, что они имеют несколько главных параметров: они притягиваются к противоположным электрическим зарядам, отталкиваются похожими зарядами, во время движения они двигаются по траекториям и отклоняются магнитным полем.
Электрический заряд: отсутствие и наличие
В атоме отсутствие электрического заряда, так как общий заряд ядра, состоящего из протонов и нейтронов, равен сумме зарядов электронов, находящихся на энергетических уровнях вокруг ядра. Поэтому атом обладает нейтральным зарядом.
В то же время, ион – это атом или молекула, имеющая электрический заряд, отличный от нуля. Если атом или молекула приобретает или теряет один или несколько электронов, то возникает положительный или отрицательный ион соответственно. Положительно заряженный ион называется катионом, а отрицательно заряженный – анионом.
Основная разница между атомом и ионом заключается в наличии или отсутствии электрического заряда. Атомы характеризуются набором протонов, нейтронов и электронов, имеющих равные по величине заряды и образующие нейтральную систему. В то же время, ионы образуются в результате изменения числа электронов и становятся заряженными частицами.
Квантовые числа
У каждого взрослого человека есть жизненно важные документы: паспорт, СНИЛС, медицинский полис и другие. У электрона тоже есть свои важнейшие «документы» — набор квантовых чисел:
- главное квантовое число (n);
- орбитальное квантовое число (l);
- магнитное квантовое число (ml);
- спиновое квантовое число (ms).
Главное квантовое число (n) характеризует номер энергетического уровня атома.
Главное квантовое число численно равно номеру периода.
Принимает значения: 1, 2, 3,….∞. Однако на сегодняшний день максимальным главным квантовым числом является 7, так как в таблице Менделеева всего 7 периодов. Например, главное квантовое число атома фосфора (P) равно трем, так как этот элемент находится в третьем периоде.
Орбитальное квантовое число (l), или его еще называют побочным квантовым числом, определяет форму атомных орбиталей (траекторий движения электрона).
Определить l можно по формуле:
l=n-1, гдеn — это главное квантовое число.
Максимально возможное орбитальное число всегда будет на единицу меньше главного квантового числа.
Важно помнить, что количество атомных орбиталей на каждом уровне равно номеру этого уровня.
Например, фосфор, находящийся в третьем периоде, имеет на первом энергетическом уровне одну атомную орбиталь (s), на втором — две (s и p), на третьем — три (s, p и d). То есть атом фосфора имеет три разных по энергии, но одинаковые по форме s-орбитали – на первом, втором и третьем энергетических уровнях.
Магнитное квантовое число (ml) определяет количество атомных орбиталей (ячеек).
Оно рассчитывается по формуле:
ml =2l+1, гдеl – это орбитальное квантовое число.
Например, у атома фосфора главное квантовое число n=3; орбитальное квантовое число l=3-1=2 (d-орбиталь); магнитное квантовое число ml =2 · 2+1=5. Таким образом делаем вывод, что на третьем (n) энергетическом уровне у фосфора находится пять (ml) различных по энергии d-орбиталей (l).
Спиновое квантовое число (ms) характеризует собственное движение электрона — спин.
Как мы уже сказали, спиновое квантовое число характеризует движение электрона вокруг ядра атома. То есть атом может двигаться как по часовой, так и против часовой стрелки. Это очень напоминает спиннер (вращающаяся игрушка). Более того, понятия «спиновый» и «спиннер» созвучны, что позволяет без труда вспомнить смысл этого квантового числа.
Расчеты главного, орбитального и магнитного квантовых чисел приведены в таблице.
Квантовые числа позволяют нам собрать информацию о строении атома химического элемента, о распределении его электронов, чтобы затем составить «паспорт».