Строение атома

Строение атома. Ядро и электроны.

Атом представляет собой мельчайшую частицу, обладающую химическими свойствами элемента. При переходе к более мелким частицам эти свойства уже не проявляются. Размеры атомов зависят от количества содержащихся в них субатомных частиц, но в целом их радиус равен порядка 10-10 м, а масса – 10-25 кг. К составляющим атом частицам относятся электроны, протоны и нейтроны.

Важнейшей частью атома является его ядро. Атомное ядро находится в самом центре атома и представляет собой плотно упакованные протоны и нейтроны. Протоны положительно заряжены, а потому определяют возможное количество электронов в атоме, заряженных, в свою очередь, отрицательно. При равном количестве протонов и электронов, атом является в целом электронейтральным, а в случае потери или приобретения электронов могут быть образованы заряженные ионы. Всеобщую совокупность атомов с одинаковым количеством электронов называют элементом, при этом количество нейтронов может быть разным. Атомы одного элемента с разным количеством нейтронов и, следовательно, различной массой являются изотопами по отношению друг к другу.

Масса электрона сосредоточена в ядре: вес одного протона равен 1,6726*10?27 кг, а на один нейтрон приходится 1,6929*10?27 кг. Масса электронов значительно меньше: 9,11*10?31 кг, что в 1836 раз легче протона и в 1839 раз легче нейтрона. Из-за такой большой разницы массой электрона обычно пренебрегают.

Модель Резерфорда-Бора.

В 1911 году Эрнест Резерфорд и Нильс Бор предложили модель строения атома, подобную строению Солнечной системы. Положительно заряженное и обладающее значительным весом «Солнце» находилось в центре. Тогда предполагалось, что ядро состоит исключительно из протонов, а о существовании нейтронов еще не было известно. Вокруг же ядра-«Солнца», согласно модели Резерфорда-Бора, вращаются по орбитам отрицательно заряженные «планеты»., удерживаемые электрической силой притяжения.

Электронные оболочки

В настоящее время известно, что приведенная Э. Резерфордом и Н. Бором модель некорректна и электроны не имеют правильных орбит – движение вокруг ядра происходит по электронным оболочкам, которые также называют энергетическими уровнями. Электронная оболочка представляет собой пространство вокруг ядра. Обычно электронные оболочки обозначают буквами K, L, M, N, O, P, Q: K – самая ближняя к ядру, Q – самая дальняя. Таким образом, в одном атоме может быть до семи электронных оболочек, и чем больше в атоме электронов, тем больше оболочек требуется для их размещения.

Каждая оболочка может содержать не больше определенного количества электронов, которое определяется формулой 2*N2, где N – порядковый номер оболочки (считая от ядра). Таким образом, на ближайшей к ядру K-оболочке может поместиться не больше 2 электронов, L-оболочка вмещает в себя уже 8 электронов, M – 18, N – 32, O – 50, P – 72, Q – 98. Чем дальше электронная оболочка от атомного ядра, тем больше энергия расположенных на ней электронов. Отсюда и второе название – «энергетические уровни». Самая дальняя от ядра оболочка, содержащая электроны, называется внешней. Атом очень устойчив, если его внешняя оболочка полностью заполнена или содержит октет – 8 электронов.

Установить, точное положение электрона на оболочке в какой-либо момент времени невозможно, но в то же время каждая оболочка состоит из облаков вероятности, представляющих собой что-то вроде орбиталей. Каждая такая орбиталь – это область, в которой в любой момент вероятно нахождение одного или двух электронов.

Подуровни электронных оболочек

Каждая электронная оболочка состоит из подуровней, число которых равно порядковому номеру оболочки. Подуровни обозначаются буквами «s», «p», «d», «f», «g», «h» и «i» соответственно. K-оболочка, таким образом, содержит только один подуровень: 1s. L-оболочка вмещает в себя уже два подуровня: 2s и 2p. В M-оболочке содержится три подуровня: 3s, 3p и 3d.