Site Loader
Posted on 08.05.1986

Содержание

Число протонов нейтронов электронов в атоме элемента (Таблица)

Число протонов нейтронов и электронов в атоме химического элемента (изотопа) можно определить, зная порядковый номер элемента в периодической таблице Менделеева и его атомную массу:

— Число протонов = число электронов = порядковый номер элемента

— Число нейтронов = атомная масса – число протонов 

Вычислим число нейтронов в атоме на примере кислорода 16O:

16 — 8 = 8 (в кислороде 8 нейтронов)

 

Таблица число протонов нейтронов электронов в атоме химического элемента

Справочная таблица содержит список элементов (изотопов) и их число протонов, нейтронов и электронов, а также атомную массу изотопа.

Элемент, изотоп Число протонов (= электронов) Число нейтронов Атомная масса изотопа
1H 1 0 1,0078
2H 1 1 2,0141
3He 2 1 3,0160
4He 2 2 4,0026
6Li 3 3 6,0151
7Li 3 4 7,0160
9Be 4 5 9,0122
10B 5 5 10,0129
11B 5 6 11,0093
12C 6 6 12,0000
13C 6 7 13,0034
14N 7 7 14,0031
15N 7 8 15,0001
16O 8 8 15,9949
17O 8 9 16,9991
18O 8 10 17,9992
19F 9 10 18,9984
20Ne 10 10 19,9924
21Ne 10 11 20,9938
22Ne 10 12 21,9914
23Na 11 12 22,9898
24Mg 12 12 23,9850
25Mg 12 13 24,9858
26Mg 12 14 25,9826
27Al 13 14 26,9815
28Si 14 14 27,9769
29Si 14 15 28,9765
30Si 14 16 29,9738
31P 15 16 30,9738
32S 16 16 31,9721
33S 16 17 32,9715
34S 16 18 33,9679
36S 16 20 35,9671
35Cl 17 18 34,9689
37Cl 17 20 36,9659
36Ar 18 18 35,9675
38Ar 18 20 37,9627
40Ar
18		 22 39,9624
39K 19 20 38,9637
40K* 19 21 39,9640
41K 19 22 40,9618
40Ca 20 20 39,9626
42Ca 20 22 41,9586
43Ca 20 23 42,9588
44Ca 20 24 43,9555
46
Ca		 20 26 45,9537
48Ca* 20 28 47,9525
45Sc 21 24 44,9559
46Ti 22 24 45,9526
47Ti 22 25 46,9518
48Ti 22 26 47,9479
49Ti 22 27 48,9479
50Ti 22 28 49,9448
50V* 23 27 49,9472
51V 23 28 50,9440
50Cr 24 26 49,9460
52Cr 24 28 51,9405
53Cr 24 29 52,9406
54Cr 24 30 53,9389
55Mn 25 30 54,9380
54Fe 26
28		 53,9396
56Fe 26 30 55,9349
57Fe 26 31 56,9354
58Fe 26 32 57,9333
59Co 27 32 58,9332
58Ni 28 30 57,9353
60Ni 28 32 59,9308
61Ni 28 33 60,9311
62Ni 28 34 61,9283
64Ni 28 36 63,9280
63Cu 29 34 62,9296
65Cu 29 36 64,9278
64Zn 30 34 63,9291
66Zn 30 36 65,9260
67Zn 30 37 66,9271
68Zn 30 38 67,9248
70Zn 30 40 69,9253
69Ga 31 38 68,9256
71Ga 31 40 70,9247
70Ge 32 38 69,9242
72Ge 32 40 71,9221
73Ge 32 41 72,9235
74Ge 32 42 73,9212
75As		 33 42 74,9216
74Se 34 40 73,9225
76Se 34 42 75,9192
77Se 34 43 76,9199
78Se 34 44 77,9173
80Se 34 46 79,9165
82Se * 34 48 81,9167
79Br 35 44 78,9183
81Br 35 46 80,9163
78Kr * 36 42 77,9204
80Kr 36 44 79,9164
82Kr 36 46 81,9135
83Kr 36 47 82,9141
84Kr 36 48 83,9115
86Kr 36 50 85,9106
85Rb
37		 48 84,9118
87Rb* 37 50 86,9092
84Sr 38 46 83,9134
86Sr 38 48 85,9093
87Sr 38 49 86,9089
88Sr 38 50 87,9056
89Y 39 50 88,9058
90Zr 40 50 89,9047
91Zr 40 51 90,9056
92Zr 40 52 91,9050
94Zr 40 54 93,9063
93Nb 41 52 92,9064
92Mo 42 50 91,9068
94Mo 42 52 93,9051
95Mo 42 53 94,9058
96Mo 42 54 95,9047
97Mo 42 55 96,9060
98Mo 42 56 97,9054
100Mo* 42 58 99,9075
96Ru 44 52 95,9076
98Ru 44 54 97,9053
99Ru 44 55 98,9059
100Ru 44 56 99,9042
101Ru 44 57 100,9056
102Ru 44 58 101,9043
104Ru 44 60 103,9054
103Rh 45 58 102,9055
102Pd 46 56 101,9056
104Pd 46 58 103,9040
105Pd 46 59 104,9051
106Pd 46 60 105,9035
108Pd 46 62 107,9039
110Pd 46 64 109,9052
107Ag 47 60 106,9051
109Ag 47 62 108,9048
106Cd 48 58 105,9065
108Cd 48 60 107,9042
110Cd 48 62 109,9030
111Cd 48 63 110,9042
112Cd 48 64 111,9028
113Cd* 48 65 112,9044
114Cd 48 66 113,9034
116Cd* 48 68 115,9048
113In 49 64 112,9041
115In* 49 66 114,9039
112Sn 50 62 111,9048
114Sn 50 64 113,9028
115Sn 50 65 114,9033
116Sn 50 66 115,9017
117Sn 50 67 116,9030
118Sn 50 68 117,9016
119Sn 50 69 118,9033
120Sn 50 70 119,9022
122Sn 50 72 121,9034
124Sn 50 74 123,9053
121Sb 51 70 120,9038
123Sb 51 72 122,9042
120Te 52 68 119,9040
122Te 52 70 121,9030
123Te 52 71 122,9043
124Te 52 72 123,9028
125Te 52 73 124,9044
126Te 52 74 125,9033
128Te* 52 76 127,9045
130Te* 52 78 129,9062
127I 53 74 126,9045
124Xe* 54 70 123,9059
126Xe 54 72 125,9043
128Xe 54 74 127,9035
129Xe 54 75 128,9048
130Xe 54 76 129,9035
131Xe 54 77 130,9051
132Xe 54 78 131,9042
134Xe 54 80 133,9054
136Xe* 54 82 135,9072
133Cs 55 78 132,9055
130Ba* 56 74 129,9063
132Ba 56 76 131,9051
134Ba 56 78 133,9045
135Ba 56 79 134,9057
136Ba 56 80 135,9046
137Ba 56 81 136,9058
138Ba 56 82 137,9052
138La* 57 81 137,9071
139La 57 82 138,9064
136Ce 58 78 135,9072
138Ce 58 80 137,9060
140Ce 58 82 139,9054
142Ce 58 84 141,9092
141Pr 59 82 140,9077
142Nd 60 82 141,9077
143Nd 60 83 142,9098
144Nd* 60 84 143,9101
145Nd 60 85 144,9126
146Nd 60 86 145,9131
148Nd 60 88 147,9169
150Nd* 60 90 149,9209
144Sm 62 82 143,9120
147Sm* 62 85 146,9149
148Sm* 62 86 147,9148
149Sm 62 87 148,9172
150Sm 62 88 149,9173
152Sm 62 90 151,9197
154Sm 62 92 153,9222
151Eu* 63 88 150,9199
153Eu 63 90 152,9212
152Gd* 64 88 151,9198
154Gd 64 90 153,9209
155Gd 64 91 154,9226
156Gd 64 92 155,9221
157Gd 64 93 156,9240
158Gd 64 94 157,9241
160Gd 64 96 159,9271
159Tb 65 94 158,9253
156Dy 66 90 155,9243
158Dy 66 92 157,9244
160Dy 66 94 159,9252
161Dy 66 95 160,9269
162Dy 66 96 161,9268
163Dy 66 97 162,9287
164Dy 66 98 163,9292
165Ho 67 98 164,9303
162Er 68 94 161,9288
164Er 68 96 163,9292
166Er 68 98 165,9303
167Er 68 99 166,9320
168Er 68 100 167,9324
170Er 68 102 169,9355
169Tm 69 100 168,9342
168Yb 70 98 167,9339
170Yb 70 100 169,9348
171Yb 70 101 170,9363
172Yb 70 102 171,9364
173Yb 70 103 172,9382
174Yb 70 104 173,9389
176Yb 70 106 175,9426
175Lu 71 104 174,9408
176Lu* 71 105 175,9427
174Hf* 72 102 173,9400
176Hf 72 104 175,9414
177Hf 72 105 176,9432
178Hf 72 106 177,9437
179Hf 72 107 178,9458
180Hf 72 108 179,9466
181Ta 73 108 180,9480
180W* 74 106 179,9467
182W 74 108 181,9482
183W 74 109 182,9502
184W 74 110 183,9509
186W 74 112 185,9544
185Re 75 110 184,9530
187Re* 75 112 186,9558
184Os 76 108 183,9525
186Os* 76 110 185,9538
187Os 76 111 186,9558
188Os 76 112 187,9558
189Os 76 113 188,9581
190Os 76 114 188,9581
192Os 76 116 191,9615
191Ir 77 114 190,9606
193Ir 77 116 191,9626
190Pt* 78 112 189,9599
192Pt 78 114 191,9610
194Pt 78 116 193,9627
195Pt 78 117 194,9648
196Pt 78 118 195,9650
198Pt 78 120 197,9679
197Au 79 118 196,9666
196Hg 80 116 195,9658
198Hg 80 118 197,9668
199Hg 80 119 198,9683
200Hg 80 120 199,9683
201Hg 80 121 200,9703
202Hg 80 122 201,9706
204Hg 80 124 203,9735
203Tl 81 122 202,9723
205Tl 81 124 204,9744
204Pb 82 122 203,9730
206Pb 82 124 205,9745
207Pb 82 125 206,9759
208Pb 82 126 207,9767
209Bi* 83 126 208,9804
232Th* 90 142 232,0381
235U* 92 143 235,0439

* это нестабильные изотопы и с большим периодом полураспада, который равняется возрасту Вселенной.

Строение атома и электронные конфигурации 1.0

На этой странице вы узнаете 
  • Чем атом похож на Солнечную систему? 
  • Один водород, но три лучше: что такое изотопы?
  • Как умеет скакать электрон?

Атом можно представить как конструктор «Лего», который можно собрать из более простых “элементарных” частиц. У каждого атома число “деталек” может быть различным. Об этом и о других особенностях строения атома поговорим в статье.

Строение атома

Великие ученые и философы древности упорно бились над вопросом, из чего же состоят вещества, которые их окружают. Впервые идею о том, что все тела живой и неживой природы состоят из мельчайших частиц — атомов — высказал древнегреческий ученый Демокрит целых 2500 лет назад! 

Что же из себя представляет атом?

Атом — это мельчайшая химически неделимая частица вещества.

Атомы могут соединяться друг с другом с помощью химических связей в различной последовательности, образуя более сложные частицы — молекулы. Можно провести аналогию: 

  • атом — отдельный человек, 
  • молекулы — группы людей, объединенные общим признаком (семья, одноклассники, коллеги, любители кошек, любители собак).

Молекула — это мельчайшие частицы, которые состоят из атомов. Они являются химически делимыми.

Долгое время считалось, что атом нельзя разделить далее на составляющие. Но с развитием науки учёные-физики выяснили, что атом состоит из более мелких, или элементарных частиц  — протонов (p), нейтронов (n) и электронов (ē). 

В центре атома располагается ядро, которое состоит из протонов и нейтронов (их общее название нуклоны), а вокруг ядра вращаются электроны.

Чем атом похож на Солнечную систему?
Можно представить атом как Солнечную систему, где вокруг ядра (Солнца) по орбитам вращаются электроны (планеты). Это так называемая планетарная модель атома. В реальности атом намного сложнее, но для запоминания нам удобнее пользоваться этими представлениями.

Тогда более точно определение атома будет звучать так:

Атом — электронейтральная химически неделимая частица, которая состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Каждая из элементарных частиц в атоме имеет свой заряд и массу:

Характеристика элементарных частиц

Из таблички видно, что вся масса атома сосредоточена в протонах и нейтронах, то есть в ядре. При этом само ядро положительно заряжено, а вокруг ядра вращаются отрицательно заряженные электроны. 

В разновидностях одного и того же химического элемента может быть различное число элементарных частиц. Давай рассмотрим это на примере атома водорода. 

Первый случай: ядро атома водорода состоит из одного протона (масса ядра = 1 а. е.м.). Такой атом называется протием, именно он указан в периодической системе Д.И. Менделеева.  

Добавим к этому ядру один нейтрон, тогда масса ядра будет равна 2 а.е.м.. Мы получили вторую разновидность атома водорода — дейтерий. 

Если добавить второй нейтрон к такому ядру, то мы получим тритий. Так вот, разновидности одного и того же химического элемента, которые различаются числом нейтронов в ядре, называются изотопами.

Один водород, но три лучше: что такое изотопы?

Изотопы — атомы одного химического элемента с разным числом нейтронов: равные заряды ядра, равное число e и p, но разное число n! 

Как определить количество элементарных частиц 

Сейчас мы научимся определять количество протонов, нейтронов и электронов в атоме любого химического элемента. В этом нам поможет периодическая система Д.И. Менделеева. 

Давай рассмотрим ячейку в периодической системе с углеродом:

В верхней части ячейки располагается порядковый номер элемента (это целое число), под ним располагается относительная атомная масса. Она является нецелым числом, поэтому её легко определять. Относительная атомная масса, округленная до целого числа, называется массовым числом.

Эти характеристики связаны с количеством элементарных частиц в атоме следующим образом:

Порядковый номер элемента = число протонов в ядре = заряд ядра атома = число электронов в атоме

(№ элемента = p = Z = ē)

Число нейтронов = массовое число – порядковый номер

(n = Ar — № элемента)

Давай рассмотрим основные определения и положения, связанные с характеристикой элемента и числовыми операциями:

  • Орбиты, на которых располагаются электроны, называются электронными слоями (или энергетическими уровнями). Нумерация слоев начинается с ближайшего к ядру электронного слоя.
  • На каждом электронном слое может находиться не более 2N2 электронов (где N — номер слоя).
  • Число занятых электронами слоев в атоме элемента совпадает с номером периода, в котором он находится.
  • Последний энергетический уровень называют внешним (максимальное число ē на внешнем уровне = 8). Обычно на нем находятся валентные электроны, то есть электроны на внешней (валентной) оболочке атома.
  • Число валентных электронов, как правило, совпадает с номером группы, в котором находится элемент.

 На примере атома углерода определим количество элементарных частиц в его атоме.

Порядковый номер углерода равен 6, значит, заряд его атома + 6, число протонов и число электронов совпадает и тоже равно 6.  

Относительная атомная масса равна 12,01, а число нейтронов равно 12 – 6 = 6. 

Углерод находится во втором периоде, IV группе. Это показывает нам, что занято лишь 2 электронных слоя, при этом на внешнем электронном уровне располагаются 4 электрона.   

“Грустный” и “веселый” атом

При заполнении электронами ячеек мы описываем так называемое основное состояние. Это такое состояние атома, при котором энергия системы минимальна. Его состояние можно определить как “веселое”: в атоме всё спокойно и в порядке.

Но может быть и другая ситуация, когда на электроны оказывается какое-то воздействие. Тогда происходит процесс, похожий на развод пары в человеческом мире. В результате воздействия те электроны, которые находились на орбитали вдвоем и были спаренными, могут друг с другом “поссориться” и “разъехаться” по разным орбиталям.  

Тогда атом можно определить как “грустный”: электроны ссорятся, атома грустит. В химии это состояние и называется возбужденным. Такой “развод” возможен только в пределах одного энергетического уровня.  

Атомные подуровни заполняются электронами в порядке увеличения их энергии. Этот порядок выглядит следующим образом: 

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → … 

Проскок электрона
Как умеет скакать электрон?

Иногда при заполнении энергетических подуровней мы нарушаем порядок заполнения подуровней. В первую очередь, это связано с заполнением s- и d-подуровней . Электрон перемещается с внешнего s- на предвнешний d-подуровень. Так образуется более устойчивая заполненная или полузаполненная конфигурация.
Такое явление называется проскоком электрона: электрон как бы нарушает общую очередь элементов в оболочке и обходит их.  

Это явление характерно для элементов IB и VIB групп, например, Cr, Cu, Ag.

Например, у меди электронная оболочка должна выглядеть как ..3d94s2. Но так как для заполнения d-подуровня не хватает одного электрона, то более выгодной становится ситуация, когда с s-подуровня электрон “перепрыгивает” на внутренний d-подуровень. В результате, конфигурация меди выглядит как 3d104s11

Итог: иметь конфигурации nd5 и nd10 более энергетически выгодно, чем nd4 и nd9. Поэтому у таких элементов, как Cu, Cr, Ag, Au, Nb, Mo, Ru, Pt, Pd происходит проскок (провал) электрона: электрон с верхнего “этажа” как будто проваливается на нижний.

Классификация химических элементов: s-,p-,d-,f-элементы

В зависимости от положения “последнего электрона” бывают s-, p-, d-, f-элементы: 

  • s-элементы: IA и IIA группы;
  • p-элементы: IIIA-VIIIA группы;
  • d-элементы: элементы побочных подгрупп;
  • f-элементы: вынесены в отдельную группу лантаноидов и актиноидов.  

У s- и p-элементов валентные электроны находятся на внешнем уровне.

У d-элементов  — на внешнем s- и на предвнешнем d-подуровнях. 

Далее приведены электронные формулы атомов элементов первых четырех периодов. Благодаря этой шпаргалке всегда можно сверить свой вариант электронной конфигурации и проверить себя.

Продолжение темы читайте в статье «Строение атома и электронные конфигурации 2.0».

Фактчек
  • Атом — электронейтральная частица, состоящая из ядра и вращающихся вокруг него электронов.
  • Электроны располагаются на электронных подуровнях, причем их число определяется порядковым номером элемента.
  • Существует группа атомов одного и того же химического элемента, у которых имеется разное число нейтронов. Такие элементы называют изотопами.
  • Электроны располагаются по ячейкам так, чтобы энергия системы была минимальна.
  • Иногда для достижения минимума энергии некоторые правила нарушаются — таковым является проскок электрона.

Проверь себя 

Задание 1.

Ядро атома состоит из: 

  1. Протонов и нейтронов
  2. Протонов и электронов
  3. Нейтронов и электронов
  4. Протонов, нейтронов и электронов 

Задание 2.

У изотопов различается число: 

  1. Протонов
  2. Нейтронов
  3. Электронов
  4. Нейтронов и электронов

Задание 3. 

Проскок электрона характерен для элемента: 

  1. Натрия
  2. Алюминия
  3. Ксенона
  4. Меди

Задание 4.

На третьем электронном слое может находиться максимально:

  1. 8 электронов
  2. 18 электронов
  3. 2 электрона
  4. 32 электрона

Ответы: 1. —  1; 2. — 2; 3. — 4; 4. — 2.

Структура материи

Структура материи

Материалы сайта Нобелевского комитета http://www. nobel.se/physics/educational/matter/
Перевод А. А. Богуславского

Оглавление
  1. Структура материи
  2. Революционные идеи
  3. Вопрос, оставшийся без ответа
  4. Научные приборы
  5. Спин: свойство частиц
  6. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
    Сохранение момента импульса
  7. Классификация частиц
  8. Другая характеристика….Странность
  9. Появляется кварк
  10. Дробный заряд и ненаблюдаемость кварков
  11. Цветной заряд
  12. Кварки удерживаются вместе или «кварки находятся в заключении»
  13. Масса, частицы и кварки
  14. Носитель ядерной силы
  15. Можно ли увидеть кварки?
  16. Что можно сказать о дробных зарядах?
  17. Даже кварки распадаются
  18. Пропавшее очарование
  19. Еще кварки?
  20. Возможности Стандартной модели
  21. Открытие топ-кварка
  22. Фундаментальны ли кварки?

 

1.

Структура материи
Атомы состоят из ядер, содержащих протоны и нейтроны, и электронного облака. Электроны находятся в постоянном движении вокруг ядра, а протоны и нейтроны двигаются внутри ядра. Каждый нейтрон и протон состоят из трех кварков. С современной точки зрения кварки и электроны являются наиболее фундаментальными формами материи.

 

2. Революционные идеи

 

В науке есть периоды, когда дальнейший прогресс может быть достигнут только на основе революционных идей.

Николай Коперник сделал именно такой шаг в неизвестность, когда предположил, что Солнце является центром Солнечной системы.

Альберт Эйнштейн (Нобелевская премия по физике, 1921 г.) совершил такой же шаг, когда поведал миру о том, что скорость света не может быть превышена, и опубликовал свою теорию относительности.

Кварки также требовали революции в мышлении.

 

3. Вопрос, оставшийся без ответа

К 1930 году представление об атомах достигло критической стадии. Считалось, что атомы состоят из ядер, содержащих протоны и нейтроны (Джеймс Чэдвик, Нобелевская премия по физике, 1935 г.), и внешнего облака электронов (Джозеф Джон Томсон, Нобелевская премия по физике, 1906 г.). Считалось, что эти три частицы являются фундаментальными составляющими всей материи.

Но оставался вопрос: как внутри ядра удерживаются вместе все протоны, которые отталкиваются друг от друга? Почему ядро стабильно?

Эти вопросы привели к экспериментам на ускорителях заряженных частиц для изучения взаимодействия нейтронов и протонов. Но, помимо ответов на поставленные вопросы, в этих экспериментах было обнаружено много других типов частиц. Это породило в свою очередь большое число новых вопросов, которые в конечном итоге привели к совершенно новому пониманию фундаментальной структуры ядра.

 

4. Научные приборы

Такие приборы, как пузырьковые камеры (Дональд Глазер, Нобелевская премия по физике, 1960 г.) играли решающую роль в разработке нового взгляда на строение материи. Принцип работы пузырьковой камеры состоит в том, что, когда вы направляете заряженные частицы в жидкость, которая нагрета выше ее температуры кипения (перегретая жидкость), за пролетающей частицей остается след (трек) в виде пузырьков. В камере легко зарегистрировать треки частиц и затем рассчитать такие важные характеристики, как заряд и массу частиц.

С помощью таких регистрирующих приборов были открыты многие новые частицы. Перед физиками был поставлен вопрос: «Как эти частицы связаны с протонами, нейтронами и электронами?».

 

5. Спин: свойство частиц

С помощью пузырьковой камеры и других приборов были открыты сотни новых частиц (Луис Альварес, Нобелевская премия по физике, 1968 г.). Существование трех фундаментальных частиц материи казалось правдоподобным, но сотен? Все это напоминало мозаику, потому что предполагается, что природа устроена просто и элегантно, а не сложно и уродливо.

Пытаясь разгадать эту простоту природы, физики начали классифицировать все частицы в соответствии с их характеристиками (свойствами). Одной из таких характеристик был спин.

Спин – значение углового момента (момента импульса), которым обладают все частицы. Например, если волчок вращается, то он имеет определенный момент импульса. Чем быстрее вращается волчок, тем больше момент импульса. Физики обнаружили, что эта идея справедлива и для частиц, но спин частицы – ее внутренняя, неизменяемая характеристика. Например, электрон имеет и всегда будет иметь спин, равный 1/2 ħ.

В квантовых теориях момент импульса измеряется в единицах ħ = h/2π = 1,05×10-34 Дж·с (Макс Планк, Нобелевская премия по физике, 1918 г.).

(Дж·с произносится как Джоуль-секунда, а ħ = «аш с чертой»

 

6. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса

Спин – момент импульса, который является характеристикой частиц. Но момент импульса может быть связан и с вращением одного объекта относительно другого. Например, Земля вращается вокруг Солнца: она имеет момент импульса, обусловленный ее «собственным» вращением и имеет орбитальный момент импульса вследствие вращения вокруг Солнца.

Общий момент импульса, связанный со спином и вращательным движением, является полезной величиной, поскольку эта величина всегда остается постоянной. В ускорителе при соударении частиц возникают другие частицы. Но суммарный момент импульса остается постоянным до столкновения, во время столкновения и после столкновения. Значение углового момента всегда должно быть одни и тем же.

    Это утверждение называется законом сохранения момента импульса.

Одними из возможных продуктов столкновения и аннигиляции электрона (e—) и позитрона (e+) является пара пионов π— и π+.

 

Сохранение момента импульса

Две частицы (позитрон и электрон) с невероятно большой энергией сталкиваются друг с другом.При аннигиляции частиц возникают две новые частицыНа этом этапе можно предположить, что две частицы со спином 1/2 приведут к созданию частиц со спином, равным нулю.

Но куда делся момент импульса? Момент импульса не сохраняется?

Момент импульса тем не менее остается постоянным, но изменяет свою форму. Сначала он был в виде спина, а теперь в форме вращательного момента импульса.

Подобно тому, как Земля и Луна, эти частицы имеют момент импульса из-за движения относительно точки столкновения.

Таким образом, момент импульса сохраняется. Спиновый момент импульса преобразуется во вращательный момент импульса, но общая величина момента импульса остается неизменной.

 

7. Классификация частиц

В физических экспериментах столкновение частиц с известным спином используется для получения других частиц. Т.к. физики знали суммарный спин частиц, участвующих в столкновениях, то они использовали закон сохранения момента импульса для определения спина частиц, полученных при столкновении. Физики установили, что спин частиц может быть целым числом ħ  (0ħ, 1ħ, 2ħ, 3ħ, …)    или полуцелым числом ħ (1/2ħ, 3/2ħ, 5/2ħ,…).

Большинство вновь открытых частиц относится к известному классу частиц, которые называются адронами. Адроны были классифицированы либо как мезоны с полуцелым значением спина, либо как барионы с целым значением спина.

Мезоны

Барионы

 

8. Другая характеристика….

Странность

Мюррей Гелл-Манн, Нобелевская премия по физике, 1969 г.

Позже была открыта другая важная характеристика. При столкновениях частиц с высокими энергиями было обнаружено рождение большого количества частиц, которые получили название К-мезоны. Но обнаружилось нечто странное с этими частицами. Наблюдение показало, что имеют достаточно большое время жизни. Можно предположить существование некоторого закона, который запрещает К-мезонам распадаться на другие частицы.

Мюррей Гелл-Манн (Нобелевская премия по физике, 1969 г.) предположил, что К-мезоны и некоторые другие частицы имеют неизвестное ранее свойство (характеристику), которое получило название «странность». Затем он идентифицировал эти свойства и модели как часть некоторой математической классификационной схемы.

Однако, эта схема казалась не вполне работающей. Схема предсказывала существование еще не обнаруженной частицы – Ω— (омега-минус). Но это не остановило физиков. Вскоре они обнаружили частицу с массой, которая была предсказана Гелл-Манном. Это и подтвердило всю модель классификации частиц, которая была им создана.

 

9. Появляется кварк

Когда космические лучи (протоны) взаимодействуют с атмосферой, образуются пионы (пи-мезоны). π+ состоит из down-антикварка и up-кварка.

Несмотря на созданную Гелл-Манном модель и классификацию таких частиц либо как барионов, либо как мезонов, физики «застряли» с сотней «фундаментальных» частиц.

Для того чтобы избежать «зоопарка частиц», следующим шагом было выяснение того, могут ли эти модели объясняться, если постулировать, что барионы и мезоны состоят из других частиц. Эти частицы были названы кварками.

Мюррей Гелл-Манн и Георг Цвейг предположили, что барионы – это частицы, состоящие из трех кварков (qqq), а мезоны – частицы, состоящие из кварка и антикварка (q).

(up-кварк (верхний кварк) обозначается буквой u, down-кварк (нижний кварк) — буквой d. Слова up и down – просто имена кварков и никакого отношения к понятию «верх» или «низ» не имеют).

Протон состоит из двух up-кварков и одного down-кварка, нейтрон – из двух down-кварков и одного up-кварка.

 

10. Дробный заряд и ненаблюдаемость кварков

Однако кварки не казались вполне совершенным ответом. Гелл-Манн и Цвейг признали, что их идея имеет серьезные проблемы. Одна из них связана с необходимостью дробного заряда кварков, который должен быть связан с известными зарядами мезонов и барионов. Однако, частицы с таким дробным зарядом никогда ранее не наблюдались.

Перед Гелл-Манном и Цвейгом стояли две другие серьезные проблемы, которые нужно было разрешить до принятия их теории. Во-первых, кварки не наблюдались, и никто не мог объяснить этот факт. Во-вторых, можно было предположить различные комбинации кварков, но эти другие комбинации никогда не были обнаружены экспериментально.

 

11. Цветной заряд

Нужно было объяснить, например, почему наблюдаются только такие комбинации кварков и антикварков, которые имеют целый заряд, и почему нет, например, таких комбинаций, как q, qq, qq или неисчислимо много других комбинаций.

Гелл-Манн и другие исследователи полагали, что ответ лежит в природе сил, связывающих кварки. Эта сила называется «ядерной» и является мерой «сильного» взаимодействия, и новые заряды, которые чувствительны к ядерным силам, были названы «цветными» зарядами, хотя к обычному цвету это не имеют никакого отношения. Ученые предположили, что кварки имеют три цветовых заряда. Этот тип заряда был назван «цветом», т.к. некоторые комбинации цветов кварков будут «нейтральными» по аналогии с комбинацией обычных цветов, которые могут дать белый, т.е. нейтральный цвет.

Подобно тому, как комбинация красного и синего цвета дает пурпурный цвет, комбинация определенных цветов (красный, зеленый, синий) дает белый цвет.

Могут существовать только те частицы, которые имеют нейтральный цвет, т.е. только qqq и q.

 

12. Кварки удерживаются вместе или «кварки находятся в заключении»

Ядерная сила существенно отличается от гравитационных и электромагнитных сил. Гравитационные и электромагнитные силы по мере увеличения расстояния между объектами или зарядами ослабевают. Однако, для ядерных сил расстояние не имеет значения. Интенсивность сильного взаимодействия между кварками остается постоянной.

Почему возникают только частицы с нейтральным цветом?

Что произойдет, если кварк испытает сильное соударение и примет участие в ядерных реакциях, обусловленных ядерным взаимодействием.

Кварки удерживаются вместе

Что произойдет, если попытаться разделить два кварка?

Если кварк каким-либо образом сдвинуть от его соседа, то энергия поля ядерной силы будет увеличиваться.

Подобно тому, как при растяжении резиновой ленты, по мере удаления кварков друг от друга все большее количество энергии будет преобразовываться в энергию поля ядерного взаимодействия.

Если энергия поля достигнет определенного значения, произойдет преобразование энергии в новую пару кварк/антикварк – .

Энергия поля сохранится из-за преобразования энергии поля в массу новых кварков.

Кроме того, поле ядерной силы вернется в исходное состояние.

По этой причине кварки нельзя наблюдать в свободном виде по отдельности.

 

13. Масса, частицы и кварки

Взаимное удержание – конфайнмент кварков демонстрирует взаимозависимость массы и энергии, открытую Эйнштейном. Масса частицы, состоящей из кварков, определяется не только массой отдельных кварков, но и их кинетической энергией.

Для протона, только 1,3% его массы определяется массой трех кварков. Это сильно отличается от ядер, масса которого меньше массы составляющих его нуклонов.

Поскольку кварки в протоне или нейтроне имеют очень большую кинетическую энергию, то как они связаны вместе? Почему они не могут вылететь из протона? Так как ядерная сила (в отличие от гравитационной) остается постоянной, то для удаления кварка нужно совершить бесконечно большую работу (работа = сила  расстояние). Поэтому кварк никогда нельзя увидеть свободным.

Это была революционная идея.

Так как сила тяжести ослабевает с расстоянием, ракета может преодолеть ее, если у нее будет достаточно энергии. В то же время, сильное взаимодействие не меняется с  расстоянием. Таким образом, у кварка никогда не будет достаточно кинетической энергии, чтобы вырваться на свободу.

 

14. Носитель ядерной силы

Обмен пионами.

С открытием ядерной силы, наконец, стало возможным объяснить, ядро не разлетается.

Хидеки Юкава (Нобелевская премия по физике, 1949 г.) предположил, что ядерное взаимодействие между протонами и нейтронами в ядре возникает из-за обмена пи-мезонами (пи-мезон состоит из кварка и анти-кварка). Но, с более современной точки зрения остается проблема. Ядерная сила действует только между частицами с цветным зарядом, а протоны и нейтроны имеют нейтральный цветовой заряд.

Обмен глюонами

Физики предположили, что мезоны и барионы, такие как протоны и нейтроны в ядре могут перекрываться. Поэтому, хотя протоны и нейтроны с нейтральным цветом не взаимодействуют друг с другом, это делают их кварки. Ядерное взаимодействие возникает за счет обмена глюонами между кварками соседних протонов и нейтронов. Этот процесс «склеивает» («glues») ядро. Процесс очень похож на тот, который удерживает вместе нейтральные атомы в молекулах.

 

15. Можно ли увидеть кварки?

«Смотрим» внутрь протона.

Используя электроны, ускоренные до высоких энергий, физики смогли «увидеть» кварки внутри протона.

Хотя кварки и нельзя получить в свободном виде, физики нашли способ «увидеть» кварки внутри ядра. Эксперимент Джерома И. Фридмана (Jerome I. Friedman), Генри У. Кендалла (Henry W, Kendall) и Ричарда Е. Тейлора (Richard E. Taylor) (Нобелевская премия по физике, 1990 г.) очень похож на эксперимент Эрнста Резерфорда (Нобелевская премия по химии, 1908 г.). Однако, в их экспериментах мишенями были протоны и нейтроны, а пучок состоял из электронов с энергиями в тысячи раз больше, чем энергия альфа-частиц в пучках, использованных Резерфордом. И снова, изучая углы рассеяния частиц, удалось выйти на новый уровень понимания материи. Глубоко внутри протонов и нейтронов, они нашли экспериментально физическое доказательство существования кварков.

Если протон – фундаментальная частица без внутренней структуры, то электронный пучок должен рассеваться на небольшие углы.

Однако, т. к. протон имеет внутреннюю структуру (он состоит из кварков), электронный пучок будет рассеиваться на большие углы.

 

16. Что можно сказать о дробных зарядах?

Через несколько лет, другие физики-экспериментаторы изучали рассеяние нейтрино на протонах и нейтронах и изучали интенсивность столкновений. Нейтрино крайне легкие частицы, которые участвуют в слабых взаимодействиях, но не участвуют в электромагнитных взаимодействиях. Сравнение сечения столкновения нейтрино и электронов дало доказательство существования дробного заряда.
Рассеяние электронов
Рассеяние нейтрино

 

17.

Даже кварки распадаются
Развитие науки характеризуется тем, что старые представления и идеи достаточно редко полностью заменяются, при этом их область применения становится ограниченной. Именно так произошло и с теорией распада нейтрона.

Нейтрон распадается на протон, электрон и нейтрино. Но, как предположили физики, так как нейтрон состоит из кварков, одного верхнего и двух нижних кварков, то сам нейтрон распадаться не может. Физики предположили, что распадается один из кварков.

Итак кварки «пролили» свет на действительную природу взаимодействия частиц, которую раньше считалось невозможно объяснить.

При бета-распаде нейтрона (udd) образуются протон (uud), электрон и антинейтрино.Нейтрон не имеет заряда и состоит из одного верхнего кварка (u-кварк) и двух нижних кварков (d-кварк).Если нейтрон распадается, то один из нижних кварков преобразуется в верхний кварк. Так как нижний кварк имеет заряд -1/3, а верхний кварк имеет заряд +2/3, то необходимо выполнение закона сохранения заряда. Этот закон будет выполнен, если при распаде появится виртуальная частица – промежуточный векторный бозон W  заряд которого равен
-1 .		Теперь нейтрон становится протоном

Как только виртуальная W-частица отталкивается от протона, она преобразуется в электрон и антинейтрино.

Наконец, протон, электрон и антинейтрино удаляются друг от друга.

В действительности весь процесс длится миллиардную долю миллиардной доли секунды, т.е. 10-18 с.

 

18. Пропавшее очарование

Используя все открытые частицы Глэшоу, Салам и Вейнберг создали Стандартную модель, теорию, которая объяснила фундаментальные частицы и силы взаимодействия. В Стандартной модели имеется три кварка, верхний кварк, нижний кварк и странный кварк (u-, d- и s-кварки). Странный кварк (s-кварк) – частица, имеющая свойство странности.

Однако трех кварков оказалось недостаточно. Математическая теория, которая лежит в основе Стандартной модели, предсказывает существование четвертого кварка, получившего название очарованный кварк (charm). Однако, ни одной частицы, содержащий такой кварк, не было обнаружено.

Позже, в 1974 г., в экспериментах, проведенных Самуэлем Тингом (Samuel Ting) и Бэртоном Рихтером (Burton Richter) (Нобелевская премия по физике, 1976 г.) одновременно была найдена частица, которая содержала недостающий очарованный кварк. Один из исследователей назвал ее J-частицей, другой – Ψ. Теперь она известная как J/Ψ-частица.


Самуэлем Тинг
Бэртоном Рихтер

 

19.

Еще кварки?
С открытием очарованного кварка, физики задавали себе вопрос, а нет ли еще кварков, кроме этих четырех. Очень скоро на их вопрос появился ответ после того, как Леон Ледерман (Нобелевская премия по физике, 1988 г.) и его группа обнаружили пятый кварк. Он был назван bottom (основным) кварком – b-кварком и имел заряд -1/3.

Физики ожидали, что скоро будет найден недостающий кварк с зарядом +2/3. К сожалению, прошло почти 20 лет, прежде, чем был открыт подходящий кварк.


Леон Ледерман

 

20. Возможности Стандартной модели


Джерардус Хофт
Мартинус  Вельтман		Используя математический аппарат Стандартной модели и данные с невероятно большой точностью из многих перспективных экспериментов, оказалось возможным рассчитать массу недостающего кварка.

Используя методику расчета, разработанную Джерардусом Хофтом (Gerardus’t Hooft) и Мартинусом Дж. Г. Вельтманом (Martinus J. G. Veltman) (Нобелевская премия по физике, 1999 г.), физики смогли рассчитать косвенные эффекты влияния top-кварка (t-кварка) на их экспериментальные измерения. Они обнаружили, что t-кварк должен быть много массивней других кварков, примерно в 20-30 раз массивней самого из массивных известных кварков – b-кварка.

Эти методы были важны не только для оценок массы t-кварка, но они дали ключ к пониманию полной структуры и непротиворечивости Стандартной модели. До работы Хофта и Вельтмана в 1971 и 1972 гг. никто не знал, как можно проводить расчеты на основе Стандартной модели, получая не только приблизительные ответы.

 

21. Открытие топ-кварка

Только к началу 1990-х годов удалось добиться точности эксперимента, необходимой для расчета массы топ-кварка. В 1995 г. два эксперимента в Ферми-лаборатории подтвердили существование топ-кварка и показали, почему его было так трудно обнаружить. Топ-кварк имел необычно большую массу 175 ГэВ/с2, более, чем в 30 раз больше массы b-кварка! Такое большое время, потребовавшееся для его открытия по той причине, что для обнаружения такой частицы необходимо было иметь более мощные ускорители.

 

ОткрытиеНобелевская премияЛауреаты
Беватрон начал работать в 1954 г., и в 1955 г. был открыт антипротон.1959
Э. Сегре
О. Чемберлен
В 1969 г. была открыта внутренняя структура нуклонов (протонов и нейтронов) на ускорителе в Стенфорде – SLAC.1990
Дж. Фридман
Г. Кендалл
Р. Тейлор
Открытие J/Ψ-частицы, построенной из очарованных кварков, в Брук-Хэвене и SLAC в 1974 г.1976
В 1976 г. в SLAC был открыт тау-лептон.1995
М. Перл
В 1983 г. были открыты W и Z-частицы на ускорите на встречных пучках (протон-антипротонном коллайдере).1984
К. Руббиа
Ван дер Меер
В 1995 г. объявлено о первом прямом доказательстве на Теватроне в Ферми-лаборатории существования top-кварка.    

 

22.

Фундаментальны ли кварки?
На сегодняшнем поколении ускорителей мы не нашли доказательств того, что кварки имеют внутреннюю структуру или состоят из других частиц. Для того, чтобы исследовать кварки нужны ускорители встречных пучков протонов экстремальной высоких значений энергии. Если бы кварки имели внутри себя составляющие меньшего размера, то получившиеся в результате столкновения частицы разлетались бы под значительно большими углами.

Пока изучение этих столкновений устанавливает, что кварк является фундаментальной частицей до крошечного масштаба 10-19 м.

Но никто не знает, действительно ли кварки являются фундаментальными частицами. Только будущие исследования на новых ускорителях встречных пучков высокой энергии – коллайдерах помогут открыть этот секрет Природы.

        

Найден способ быстрого анализа количества электронов в молекуле

Авторы работы, слева направо: Валентин Новиков, Юлия Нелюбина и Игорь Никовский. Источник: Валентин Новиков

Обнаружение соединения кобальта с лигандами в ЯМР-спектрометре. Источник: Валентин Новиков

Принцип работы ЯМР-спектрометра по аналогии с горкой огурцов, из которой берут выделяющийся помидор. Источник: Валентин Новиков

«Использование метода позволяет за короткое время проанализировать целую библиотеку комплексов металлов, образованных различными органическими соединениями и их комбинациями. За счет этого можно существенно ускорить поиск новых соединений со спиновыми переходами, что открывает широчайшие возможности для их направленного дизайна в качестве молекулярных дисплеев, сенсоров или логических элементов», — прокомментировал Валентин Новиков, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова Российской академии наук.

Одной из основных задач современной науки стал поиск молекулярных материалов, свойства которых можно легко изменять. Это важно для самых разных областей: от медицинской диагностики до создания квантового компьютера. Сейчас в качестве таких материалов используются переходные металлы. В них появляются электроны на траекториях движения частиц (орбиталях) d- и f-подуровней, которые слегка удалены от ядра атома и обладают меньшей энергией, чем более приближенные s- и p-. Также они часто обладают переменной валентностью – способностью формировать определенное количество связей с атомами, – что позволяет им легко образовывать комплексные соединения.

Важная особенность существующих комплексов переходных металлов – это то, что их электроны способны менять свое спиновое состояние – физический показатель, который характеризует количество электронов в молекуле, не образующих пары. Среди веществ с такой особенностью наиболее распространены железо и кобальт. Спиновое состояние можно изменять с помощью внешних воздействий, таких как свет, температура и давление. Это позволяет настраивать характеристики вещества. Некоторые из них видны невооруженным глазом, например цвет. На основе соответствующих материалов можно создавать различные устройства, среди которых дисплеи и сенсоры. В последнее время такие соединения начали использовать также в составе средств для сверхплотного хранения и сверхбыстрой обработки информации.

Российские ученые из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова Российской академии наук (Москва) нашли способ быстрого определения спинового состояния ионов металла при помощи спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Это один из наиболее распространенных методов исследования новых химических веществ, который основан на изучении взаимодействия вещества с электромагнитной энергией. Спектроскопию ЯМР ученые используют для определения спинового состояния уже больше 50 лет. Суть метода Эванса, как называется этот подход, такова: изучаемое вещество добавляют в какой-либо растворитель, в результате магнитные характеристики растворителя меняются, что регистрируют при помощи ЯМР-спектрометра. Эти изменения зависят от концентрации вещества и количества в нем электронов без пары. Таким образом, ученые смотрят не на само изучаемое вещество, а на то, как оно изменяет свойства растворителя. У этого метода есть несколько серьезных недостатков. Во-первых, он требует от исследователей знать точную концентрацию изучаемого соединения. Во-вторых, при таком подходе невозможно изучать смеси. Новый метод, описанный в новой статье, позволяет избавиться от этих проблем.

Их подход отличается тем, что с помощью ЯМР-спектрометра они изучали непосредственно само вещество. Это сложнее, так как у него необходимо проанализировать большее количество сигналов, чем у раствора, у которого он может быть всего один. Но за счет этого можно получить много информации о целевом веществе. Для проверки метода на практике ученые использовали растворы комплексов металла. К ионам кобальта добавили лиганды — вещества, прикрепленные к комплексообразующему металлу. При помощи ЯМР ученые определили спиновое состояние ионов металла и обнаружили, что в некоторых из соединений кобальта с органическими частицами-лигандами оно меняется под действием температуры. Результаты подтвердили, что с помощью спектроскопии ЯМР можно легко и быстро определять спиновое состояние ионов металла сразу в нескольких соединениях. Знать точную концентрацию изучаемого вещества при этом не нужно. Благодаря этому оказывается возможным за несколько часов получить информацию о соединении, в том числе о том, возможно ли переключить спиновое состояние с помощью внешних воздействий и обратим ли этот процесс.

Теги

Президентская программа, Химия и материалы, Спецпроект, Молодежные группы

Mathway | Популярные задачи

1Найти число нейтроновH
2Найти массу одного моляH_2O
3БалансH_2(SO_4)+K(OH)→K_2(SO_4)+H(OH)
4Найти массу одного моляH
5Найти число нейтроновFe
6Найти число нейтроновTc
7Найти конфигурацию электроновH
8Найти число нейтроновCa
9БалансCH_4+O_2→H_2O+CO_2
10Найти число нейтроновC
11Найти число протоновH
12Найти число нейтроновO
13Найти массу одного моляCO_2
14БалансC_8H_18+O_2→CO_2+H_2O
15Найти атомную массуH
16Определить, растворима ли смесь в водеH_2O
17Найти конфигурацию электроновNa
18Найти массу одного атомаH
19Найти число нейтроновNb
20Найти число нейтроновAu
21Найти число нейтроновMn
22Найти число нейтроновRu
23Найти конфигурацию электроновO
24Найти массовую долюH_2O
25Определить, растворима ли смесь в водеNaCl
26Найти эмпирическую/простейшую формулуH_2O
27Найти степень окисленияH_2O
28Найти конфигурацию электроновK
29Найти конфигурацию электроновMg
30Найти конфигурацию электроновCa
31Найти число нейтроновRh
32Найти число нейтроновNa
33Найти число нейтроновPt
34Найти число нейтроновBeBe
35Найти число нейтроновCr
36Найти массу одного моляH_2SO_4
37Найти массу одного моляHCl
38Найти массу одного моляFe
39Найти массу одного моляC
40Найти число нейтроновCu
41Найти число нейтроновS
42Найти степень окисленияH
43БалансCH_4+O_2→CO_2+H_2O
44Найти атомную массуO
45Найти атомное числоH
46Найти число нейтроновMo
47Найти число нейтроновOs
48Найти массу одного моляNaOH
49Найти массу одного моляO
50Найти конфигурацию электроновFe
51Найти конфигурацию электроновC
52Найти массовую долюNaCl
53Найти массу одного моляK
54Найти массу одного атомаNa
55Найти число нейтроновN
56Найти число нейтроновLi
57Найти число нейтроновV
58Найти число протоновN
59УпроститьH^2O
60Упроститьh*2o
61Определить, растворима ли смесь в водеH
62Найти плотность при стандартной температуре и давленииH_2O
63Найти степень окисленияNaCl
64Найти атомную массуHeHe
65Найти атомную массуMg
66Найти число электроновH
67Найти число электроновO
68Найти число электроновS
69Найти число нейтроновPd
70Найти число нейтроновHg
71Найти число нейтроновB
72Найти массу одного атомаLi
73Найти эмпирическую формулуH=12% , C=54% , N=20 , ,
74Найти число протоновBeBe
75Найти массу одного моляNa
76Найти конфигурацию электроновCo
77Найти конфигурацию электроновS
78БалансC_2H_6+O_2→CO_2+H_2O
79БалансH_2+O_2→H_2O
80Найти конфигурацию электроновP
81Найти конфигурацию электроновPb
82Найти конфигурацию электроновAl
83Найти конфигурацию электроновAr
84Найти массу одного моляO_2
85Найти массу одного моляH_2
86Найти число нейтроновK
87Найти число нейтроновP
88Найти число нейтроновMg
89Найти число нейтроновW
90Найти массу одного атомаC
91Упроститьna+cl
92Определить, растворима ли смесь в водеH_2SO_4
93Найти плотность при стандартной температуре и давленииNaCl
94Найти степень окисленияC_6H_12O_6
95Найти степень окисленияNa
96Определить, растворима ли смесь в водеC_6H_12O_6
97Найти атомную массуCl
98Найти атомную массуFe
99Найти эмпирическую/простейшую формулуCO_2
100Найти число нейтроновMt

Нахождение числа нейтронов, протонов и электронов в атоме

Репетитор
по физике

916 478 1032


П
Р
О
Г
Р
А
М
М
И
Р
О
В
А
Н
И
Е
Репетитор
916 478 1032


Репетитор
по физике

916 478 1032


Репетитор
по алгебре

916 478 1032


Репетитор
по физике

916 478 1032


Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг ядра электронов.

Ядро состоит из протонов и нейтронов

  
Протон- положительно заряженная частица
масса протона равна единице, заряд протона равен единице

Нейтрон-нейтральная частица
масса нейтрона равна единице, заряд нейтрона равен нулю

Электрон- отрицательно заряженная частица
Заряд электрона равен -1, а масса электрона равна нулю

Порядковый номер элемента в таблице Менделеева указывает на число электронов в атоме

Количество протонов в атоме равно количеству электронов , так как атом электрически нейтрален

Масса атома складывается из числа протонов и числа нейтронов, масса электрона не учитывается

Рассмотрим фрагмент таблицы Менделеева и найдем количество протонов, нейтронов и электронов в атоме водорода
После чего начертим модель атома водорода
  

Порядковый номер атома водорода равен единице, значит атом имеет:
1 электрон
1 протон

Для нахождения количества нейтронов нужно из массы вычесть число протонов

Масса атома водорода равна единице

Количество нейтронов=1-1=0

В атоме водорода нет нейтронов

Модель атома водорода:

Рассмотрим фрагмент таблицы Менделеева и найдем количество протонов, нейтронов и электронов в атоме гелия
После чего начертим модель атома гелия
  

Порядковый номер атома гелия равен 2, значит атом имеет:
2 электрона
2 протона

Для нахождения количества нейтронов нужно из массы вычесть число протонов

Масса атома гелия равна 4

Количество нейтронов=4-2=2

В атоме гелия 2 нейтрона

Модель атома гелия:

Задача 1.

С помощью фрагмента таблицы Менделеева найти количество протонов, нейтронов и электронов в атоме лития
Массу атома округлить до 7.   

Показать ответ Показать решение Видеорешение

  

Ответ: 3 протона      3 электрона     4 нейтрона

Дано:

M=7

Z=3

Протонов 3

электронов 3

Нейтронов=M-Z=7-3=4

Ответ: 3 протона      3 электрона     4 нейтрона


Задача 2.

С помощью фрагмента таблицы Менделеева найти количество протонов, нейтронов и электронов в атоме углерода.
  

Показать ответ Показать решение Видеорешение

  

Ответ: 6 протонов      6 электронов     6 нейтронов

Дано:

M=12

Z=6

Протонов 6

электронов 6

Нейтронов=M-Z=12-6=6

Ответ: 6 протонов      6 электронов     6 нейтронов


Задача 3.

С помощью фрагмента таблицы Менделеева найти количество протонов, нейтронов и электронов в атоме азота.
  

Показать ответ Показать решение Видеорешение

  

Ответ: 7 протонов      7 электронов     7 нейтронов

Дано:

M=14

Z=7

Протонов 7

электронов 7

Нейтронов=M-Z=14-7=7

Ответ: 7 протонов      7 электронов     7 нейтронов


Задача 4.

С помощью фрагмента таблицы Менделеева найти количество протонов, нейтронов и электронов в атоме кислорода.
Атомную массу округлить до 16.   

Показать ответ Показать решение Видеорешение

  

Ответ: 8 протонов      8 электронов     8 нейтронов

Дано:

M=16

Z=8

Протонов 8

электронов 8

Нейтронов=M-Z=16-8=8

Ответ: 8 протонов      8 электронов     8 нейтронов


Как мы видим в таблице Менделеева выше стоит порядковый номер, то есть заряд, который равен числу протонов и электронов , а под ним расположена атомная масса. {18}\textrm{O} \)

Структура атома

Структура атома

Атом и электромагнитное излучение

Основные Субатомные частицы Электромагнитный Радиация
Свет и другие формы электромагнитного излучения

Фундаментальный субатомный Частицы

Частица Символ Оплата Масса
электрон и — -1 0,0005486 а. е.м.
протон р + +1 1,007276 а.е.м.
нейтрон нет или 0 1.008665 аму

Число протонов, нейтронов и электронов в атоме можно определить из набора простых правила.

  • Число протонов в ядре атома равно равно атомному номеру ( Z ).
  • Количество электронов в нейтральном атоме равно равно числу протонов.
  • Массовое число атома ( M ) равно сумма числа протонов и нейтронов в ядро.
  • Число нейтронов равно разности между массовым числом атома ( M ) и атомный номер ( Z ).

Примеры: Определим количество протонов, нейтронов, и электроны в следующих изотопах.

12 С   13 С   14 С   14 Н  

Различные изотопы элемента идентифицируют, записывая массовое число атома в верхний левый угол символа элемента. 12 С, 13 C и 14 C изотопы углерода ( Z = 6) и, следовательно, содержат шесть протонов. Если атомы нейтральны, они также должны содержать шесть электронов. Единственный разница между этими изотопами в количестве нейтронов в ядре.

12 C: 6 электронов, 6 протонов и 6 нейтронов

13 C: 6 электронов, 6 протонов и 7 нейтронов

14 С: 6 электронов, 6 протонов и 8 нейтронов

Электромагнитный Радиация

Многое из того, что известно о строении электронов в атоме было получено при изучении взаимодействия между материей и различными формами электромагнитных радиация . Электромагнитное излучение имеет некоторые свойства частицы и волны.

Частицы имеют определенную массу и занимают пространство. Волны не имеют массы, но несут энергию как они путешествуют по космосу. Помимо их способности несут энергию, волны имеют четыре другие характеристики свойства: скорость, частота, длина волны и амплитуда. Частота ( v ) количество волн (или циклов) на единицу время. Частота волны указывается в единицах циклов. в секунду (с -1 ) или герц (Гц).

Идеализированный рисунок волны на рисунке ниже иллюстрирует определения амплитуды и длины волны. Длина волны ( l ) — наименьшее расстояние между повторяющимися точками на волне. Амплитуда волны — это расстояние между самой высокой (или самой низкой) точкой волны и центр тяжести волны.

Если мы измерим частоту ( v ) волны в циклах в секунду и длина волны ( l ) в метрах, Произведение этих двух чисел выражается в метрах на второй. Произведение частоты ( v ), умноженной на длина волны ( l ) волны, следовательно, равна скорости ( с ) при котором волна распространяется в пространстве.

вл = с

Легкие и прочие Формы электромагнитного излучения

Свет — это волна с электрическими и магнитными . составные части. Следовательно, это форма электромагнитных радиация .

Видимый свет содержит узкую полосу частот и длины волн в части электромагнитного спектра которые наши глаза могут обнаружить. Он включает в себя излучение с длины волн от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (красный). Поскольку это волна, свет преломляется, когда попадает в стекло. призма. Когда белый свет фокусируется на призме, световые лучи с разной длиной волны изгибаются на разную величину и свет превращается в спектр цветов. Начиная со стороны спектра, где свет преломляется наименьший угол, цвета красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, и фиолетовый.

Как видно из следующей диаграммы, энергия переносимый светом, увеличивается по мере того, как мы переходим от красного к синему через видимый спектр.

Поскольку длина волны электромагнитного излучения может быть до 40 м или до 10 -5 нм, видимый спектр составляет лишь малую часть всего диапазона электромагнитного излучения.

Электромагнитный спектр включает радио- и телеволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи, g-лучи и космические лучи, как показано на рисунке выше. Эти различные формы излучения движутся со скоростью света ( с ). Однако они различаются по своей частоте и длины волн. Произведение частоты на длина волны электромагнитного излучения всегда равна скорость света.

вл = с

В результате электромагнитное излучение то, что имеет большую длину волны, имеет низкую частоту, а излучение с высокой частотой имеет короткую длину волны.

Как найти, сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в изотопах

Обновлено 10 мая 2018 г.

Автор: Karen G Blaettler

Материя бывает разных размеров, форм и цветов. Рассмотрим хлор, желтоватый газ, или свинец, серо-черное твердое вещество, или ртуть, серебристую жидкость. Три совершенно разных элемента, каждый из которых состоит из атомов только одного типа. Различия в материи сводятся к мельчайшим различиям в строении атомов.

TL;DR (слишком длинно, не читал)

Поймите, что изотопы элемента имеют разные массовые числа, но одинаковое количество протонов. Используя периодическую таблицу, найдите атомный номер элемента. Атомный номер равен количеству протонов. В сбалансированном атоме количество электронов равно количеству протонов. В несбалансированном атоме количество электронов равно количеству протонов плюс заряд, противоположный заряду иона. Рассчитайте количество нейтронов, вычитая атомный номер из массового числа. Если массовое число конкретного изотопа неизвестно, используйте атомную массу из Периодической таблицы, округленную до ближайшего целого числа, минус атомный номер, чтобы найти среднее число нейтронов для элемента.

Структура атомов

Каждый атом состоит из трех основных частиц. Протоны и нейтроны группируются в ядре в центре атома. Электроны образуют вращающееся облако вокруг ядра. Протоны и нейтроны составляют массу атомов. Электроны, крошечные по сравнению с протонами и нейтронами, вносят очень небольшой вклад в общую массу атомов.

Атомы и изотопы

Атомы одного и того же элемента имеют одинаковое количество протонов. Все атомы меди имеют 29 протонов. Все атомы гелия имеют 2 протона. Изотопы возникают, когда атомы одного и того же элемента имеют разные массы. Поскольку количество протонов элемента не меняется, разница в массе возникает из-за разного количества нейтронов. Медь, например, имеет два изотопа: медь-63 и медь-65. Медь-63 имеет 29протонов и массовое число 63. Медь-65 имеет 29 протонов и массовое число 65. Гелий имеет 2 протона и почти всегда имеет массовое число 4. Очень редко гелий образует изотоп гелий-3, который все еще имеет 2 протона, но имеет массовое число 3.

Один из способов записи формулы изотопа показывает название элемента или символ, за которым следует массовое число, например, гелий-4 или He-4. Другая сокращенная идентификация изотопов показывает массовое число в виде верхнего индекса и атомный номер в виде нижнего индекса, оба показаны перед атомным символом. Например, 4 2 Он указывает на изотоп гелия с массовым числом 4.

Периодическая таблица элементов

Расположение Периодической таблицы элементов дает важную информацию для определения количества протонов, нейтронов и электронов в атомах. В современной периодической таблице элементы располагаются в порядке их протонов. Первый элемент в таблице, водород, имеет один протон. Последний элемент (по крайней мере, на данный момент) в таблице, Оганессон или Унуноктий, имеет 118 протонов.

Сколько протонов?

Атомный номер в Периодической таблице определяет количество протонов в любом атоме этого элемента. Медь, атомный номер 29, имеет 29 протонов. Нахождение атомного номера элемента показывает количество протонов.

Сколько нейтронов?

Разница между изотопами элемента зависит от количества нейтронов. Чтобы найти число нейтронов в изотопе, найдите массовое число изотопа и атомный номер. Атомный номер или количество протонов находится в периодической таблице. Атомная масса, также указанная в Периодической таблице, представляет собой средневзвешенное значение всех изотопов элемента. Если изотоп не идентифицирован, атомную массу можно округлить до ближайшего целого числа и использовать для нахождения среднего числа нейтронов.

Например, атомная масса ртути равна 200,592. Ртуть имеет несколько изотопов с массовыми числами в диапазоне от 196 до 204. Используя среднюю атомную массу, рассчитайте среднее количество нейтронов, сначала округлив атомную массу от 200,592 до 201. Теперь вычтите количество протонов, 80, из атомной массы. , 201-80, чтобы найти среднее число нейтронов, 121.

Если известно массовое число изотопа, можно вычислить фактическое число нейтронов. Используйте ту же формулу, массовое число минус атомный номер, чтобы вычислить количество нейтронов. В случае ртути наиболее распространенным изотопом является ртуть-202. Используйте уравнение 202-80=122, чтобы найти, что ртуть-202 имеет 122 нейтрона.

Сколько электронов?

Нейтральный изотоп не имеет заряда, а это означает, что положительный и отрицательный заряды уравновешиваются в нейтральном изотопе. В нейтральном изотопе количество электронов равно количеству протонов. Как и для определения количества протонов, для определения количества электронов в нейтральном изотопе требуется найти атомный номер элемента.

В ионах, изотопах с положительным или отрицательным зарядом, количество протонов не равно количеству электронов. Если протонов больше, чем электронов, то изотоп имеет больше положительных зарядов, чем отрицательных. Другими словами, количество протонов превышает количество электронов на столько же, сколько и положительный заряд. Если количество электронов превышает количество протонов, заряд иона будет отрицательным. Чтобы найти количество электронов, прибавьте к количеству протонов противоположное дисбалансу зарядов.

Например, если изотоп имеет заряд -3, как у фосфора (атомный номер 15), то число электронов на три больше числа протонов. Расчет количества электронов тогда становится 15+(-1)(-3) или 15+3=18, или 18 электронов. Если изотоп имеет заряд +2, как у стронция (атомный номер 38), то число электронов на два меньше числа протонов. В этом случае вычисление становится 38+(-1)(+2)=38-2=36, поэтому ион имеет 36 электронов. Обычное сокращение для ионов показывает дисбаланс заряда в виде надстрочного индекса, следующего за символом атома. В примере с фосфором ион будет записан как P -3 .

Калькулятор атомов

Создано Анной Павлик, докторантом

Рассмотрение Богной Шик и Аденой Бенн

Последнее обновление: 16 июля 2022 г.

Содержание:
  • Что такое атом?
  • Атомный номер, атомная масса
  • Уравнения, используемые для расчета количества протонов, нейтронов, электронов, атомной массы и атомного заряда
  • Как вычислить атомный номер, массу и заряд расчет атомного номера и массового числа по количеству компонентов атома — протонов, нейтронов и электронов (или наоборот). Кроме того, вы можете определить заряд ионов с известными числами протонов и электронов. Эта статья предоставит вам:

    • Определения:
      • Атом;
      • Компоненты атома;
      • Атомный номер; и
      • Массовый номер.
    • Уравнения, используемые для расчета количества:
      • Протоны;
      • нейтронов;
      • электронов;
      • Атомный номер;
      • Атомная масса и
      • Атомный заряд.
    • Наконец, краткое пошаговое руководство по расчету:
      • Атомный номер;
      • Атомная масса; и
      • Плата.

    Что такое атом?

    🙋 Атом — наименьшая составная единица материи, сохраняющая свойства элемента.

    Типичный атом состоит из ядер и электронных облаков . Компоненты атома — это положительно заряженные протона и электрически нейтральные нейтрона в ядре с отрицательно заряженными электронами , вращающимися вокруг этого ядра. Протоны и нейтроны называются нуклонами.

    Атомы электрически нейтральны, потому что они содержат одинаковое количество электронов и протонов. Однако, когда атом имеет неравное количество протонов и электронов, он имеет электрический заряд и создает ионов .

    🙋 Если ион имеет больше протонов, чем электронов, то он положительно заряжен и называется катионом . И наоборот, если ион имеет больше электронов, чем протонов, он заряжен отрицательно и называется .0003 анион .

    Некоторые атомы могут разделяться на более мелкие части (более легкие ядра). Вы можете использовать наш калькулятор полураспада, чтобы рассчитать количество ядер, оставшихся после определенного времени.

    Атомный номер, атомная масса

    Атом однозначно идентифицируется атомным символом Z . Атомный номер – это количество протонов, присутствующих в ядре. В случае незаряженных атомов атомный номер равен числу электронов.

    Напротив, в ионах, количество электронов — это разница между атомным номером и зарядом ионов.

    В катионах электронов меньше, чем протонов, а в анионах электронов больше, чем протонов.

    Однако количество нейтронов в данном элементе может варьироваться. Варианты одного и того же химического элемента с разным числом нейтронов называются изотопами. Протоны и нейтроны определяют массу атома. Символ массового числа A — это сумма количества протонов и нейтронов.

    Очень важно знать число атомов, составляющих молекулу, так как оно служит основой для многих оценок, таких как степень ненасыщенности. Он предоставляет информацию о структуре молекулы.

    Уравнения, используемые для расчета числа протонов, нейтронов, электронов, атомной массы и атомного заряда

    • Если вы знаете атомный номер ( Z ), атомную массу ( A ) и заряд ( z ), вы можете рассчитать количество протонов ( p ), нейтронов ( n ) и электронов ( e ), используя данные математические уравнения 1-3:

      1. р = Z

      2. н = А - Я

      3. е = Z - Z

    • С другой стороны, если вы знаете количество протонов ( p ), нейтронов ( n ) и электронов ( e ), вы можете рассчитать атомный номер ( Z ), атомную массу ( A ) и заряд ( z ), используя уравнения 4-6:

      1. Z = р

      2. А = p + n

      3. г = р - е

    Как рассчитать атомный номер, массу и заряд

    1. Выберите свой элемент. Предположим, что это атом натрия ( № ). Стоимость 0 .

    2. Найдите атомный номер ( Z ) и массовое число ( A ). Они равны 11 и 23 соответственно.

    3. Рассчитайте количество протонов, нейтронов и электронов, используя математические выражения (1-3):
      p = 11 (1)

      n = 23 - 11 = 12 (2)

      е = 11 - 0 = 11 (3)

    4. Кроме того, вы также можете рассчитать атомный номер, атомную массу и заряд.

    5. Выберите свой элемент. Предположим, что это сульфид-анион.

    6. Найдите количество протонов, нейтронов и электронов. Они равны 16 , 16 и 18 соответственно.

    7. Рассчитайте атомный номер, атомную массу и заряд, используя математические выражения (4-6):

      Z = 16 (4)

      А = 16 + 16 = 32 (5)

      г = 16 - 18 = -2 (6)

    Конечно, вам не обязательно выполнять все эти расчеты вручную! Введите любые три значения в этот атомный калькулятор и посмотрите, как он сделает всю работу за вас.

    Полезен ли вам этот калькулятор? У нас также есть калькулятор массовых процентов, который может вас заинтересовать.

    Анна Павлик, кандидат технических наук

    Атомный номер

    Массовый номер

    Заряд

    Атомная состав

    Количество протонов

    Количество нейтронов

    Количество электронов

    Проверьте 38 аналогичные стехиометрии и растворы. Калькуляторы 🧪

    Фактический доход. Как рассчитать формальный заряд

    Чтобы рассчитать формальный заряд атома, мы начнем с:

    • оценивая число валентных электрона (VE) имеет нейтральных атомов (например, 3 для бора, 4 для углерода, 5 для азота и т. д.). (примечание: это также эквивалентно эффективному заряду ядра Z eff , количеству протонов, которые электрон на валентной орбитали «видит» из-за экранирования электронами внутренних оболочек.)
    • считая число несвязанные валентные электроны (NBE) на атоме. Каждая неподеленная пара считается как 2 , а каждый неспаренный электрон считается как 1.
    • подсчитав количество связей (B) в атоме, или, альтернативно, подсчитав количество электронов связи и , разделив это число на 2 .

    Формальный сбор FC затем рассчитывается путем вычитания NBE и B из VE .

    FC = VE – (NBE + B) 

    , что эквивалентно

    FC = VE – NBE – B

    Расчет довольно прост если вам предоставлена ​​вся информация. Однако, для краткости, есть много случаев, когда неподеленных пары и связи C-H являются явно не вытянутыми .

    Таким образом, часть трюка для вас будет состоять в том, чтобы рассчитать формальную плату в ситуациях, когда вы должны учитывать неявных одиночных пар и связей C-H.

    В статье ниже мы рассмотрим многие из этих ситуаций. Мы также предупредим вас о ситуациях, когда вычисленный формальный заряд атома не обязательно является хорошим ключом к его реактивность , что чрезвычайно важно в будущем.

    СОДЕРЖАНИЕ

    1. Формальный заряд
    2. Простые примеры для элементов первого ряда
    3. Формальные расчеты заряда. Стрелки
    4. Галогены
    5. Вывод
    6. Примечания
    7. Проверь себя!
    8. (дополнительно) Ссылки и дополнительная литература

    1. Формальное начисление

    Формальное начисление бухгалтерский учет формализм для присвоения заряда конкретному атому.

    Для получения формального заряда атома начнем с подсчета числа валентных электронов [Примечание 1] для нейтрального атома , а затем вычтем из него число электронов, которыми он « владеет » ( т. е. электроны в неподеленных парах или одиночно занятые орбитали ) и половина электронов, которые он разделяет ( половина числа связывающих электронов, что эквивалентно количеству связей )

    FC = VE – NBE – B

    где

    • VE соответствует числу электронов вокруг нейтрального атома (3 для кислорода, 6 для азота, 4 для азота , 7 для фтора)
    • NBE соответствует количеству несвязанных электронов вокруг атома (2 для неподеленной пары, 1 для одиночной занятой орбитали, 0 для пустой орбитали) связывает вокруг атома (эквивалентно половине числа связывающих электронов)

    Это называется « формальный » заряд, поскольку предполагается, что все связывающие электроны поровну . Он не учитывает различия в электроотрицательности (т. е. диполи).

    По этой причине формальный заряд не всегда является хорошим показателем того, где на самом деле или электронов в молекуле, и может быть ненадежным показателем реактивности. Мы еще поговорим об этом ниже.

    2. Простые примеры для элементов первого ряда

    Когда для вас вытянуты все неподеленные пары, вычислить формальную плату довольно просто.

    Давайте рассмотрим первый пример викторины ниже.

    • В ион гидроксония (H 3 O) центральный атом кислород , который имеет 6 валентных электронов в нейтральном атоме
    • Центральный атом имеет 2 неспаренных электронов и 3 связей
    • Формальный заряд кислорода 903 [6 – 9003 2 – 3 = +1 ] дает нам H 3 O +

    Посмотрите, можете ли вы заполнить остальные для примеров ниже.

    Если все прошло хорошо, вы можете попробовать заполнить формальные расходы для всех примеров в этой таблице.

    Потребуется некоторое время, чтобы привыкнуть к формальному заряду, но через некоторое время будет предполагается , что вы понимаете, как вычислять формальный заряд, и что вы можете распознавать структуры, в которых атомы будут иметь формальный заряд.

    Давайте рассмотрим более сложные случаи.

    3. Формальные расчеты расходов, когда вам не известны все детали

    Когда мы рисуем фигурку человека и не рисуем его пальцы, это не значит, что мы рисуем кого-то, у кого была плохой день работы с настольной пилой . Мы просто предполагаем , что вы могли бы вставить пальцы, если бы вам это действительно нужно, но вы пропускаете это, чтобы сэкономить время.

    Чертежи химических линий похожи на фигурки из палочек. Они опускают много деталей, но все же предполагают, что вы знаете, что там есть определенные вещи.

    • С углеродом мы часто опускаем рисование водорода . Вы по-прежнему должны знать, что они там есть, и добавлять столько водородов, сколько необходимо, чтобы получить полный октет (или секстет, если это карбокатион).
    • Если на углероде есть неподеленная пара или неспаренный электрон, он всегда рисуется в .

    Одно примечание. Если мы нарисуем фигурку, и мы делаем нарисуем пальцы, и потратим время только на то, чтобы нарисовать только 3 , то мы можем с уверенностью предположить, что у человека действительно только 3 пальца . Таким образом, в последних двух примерах этого теста нам пришлось рисовать водороды, чтобы вы знали, что это карбокатион, иначе вам пришлось бы предположить, что у него есть полный октет!

    Кислород и азот (и галогены) рассматриваются несколько иначе.

    • Связи с водородом всегда втягиваются.
    • неподеленные пары , которые часто опускаются.
    • Азот и кислород всегда имеют полные октеты. Всегда. [Примечание 2 – ОК, два исключения ]

    Таким образом, даже если одинокие пары не нарисованы, предполагает, что их достаточно для создания полного октета . А когда связей этих атомов с водородом отсутствует , это означает именно то, что кажется: водорода на самом деле нет!

    Попробуйте эти примеры:

    Теперь посмотрите, сможете ли вы собрать эти примеры вместе!

    (Обратите внимание, что некоторые из них не являются стабильными молекулами, а вместо этого представляют собой — это резонансных форм, с которыми вы столкнетесь в различные моменты курса!)

    точно такая же формула формального заряда, приведенная выше, вместе с правилами для неявных неподеленных пар и водородов, чтобы выяснить формальный заряд атомов в некоторых довольно экзотических молекулах.

    Вот несколько классических формальных задач начисления.

    Обратите внимание: хотя структура может выглядеть странно, формальная формула оплаты остается прежней.

    Формула формального начисления может быть применена даже к некоторым довольно экзотическим реакционноспособным промежуточным продуктам, с которыми мы познакомимся позже в этом семестре.

    Не пугайтесь. Просто посчитайте электроны и связи, и это приведет вас к правильному ответу.

    5. Формальные заряды и изогнутые стрелки

    Мы используем изогнутые стрелки, чтобы показать движение электронных пар в реакциях и в резонансных структурах. ( См. сообщение: Изогнутые стрелки для реакций )

    Например, вот изогнутая стрелка, которая показывает реакцию гидроксид-иона HO(-) с протоном (H+).

    Стрелка показывает перемещение двух электронов от кислорода с образованием новой связи O–H .

    Изогнутые стрелки также полезны для отслеживания изменений в официальном обвинении. Обратите внимание, что формальный заряд на начальном конце изогнутой стрелки (кислород) становится на более положительным (от -1 до 0), а формальный заряд в конце хвоста (H+) становится на более отрицательным (от +1 до 0).

    При добавлении кислоты к воде образуется ион гидроксония H 3 O + .

    Вот викторина. Посмотрите, сможете ли вы нарисовать изогнутую стрелку, идущую от иона гидроксида к H 3 O+.

    Если вам это удалось – поздравляем!

    Но я готов поспорить, что по крайней мере небольшой процент из вас нарисовал стрелку, идущую к положительно заряженный кислород .

    Что в этом не так?

    На кислороде нет пустой орбитали, которая могла бы принять неподеленную пару. Если вы будете следовать логике изогнутых стрелок, это приведет к новой связи O–O и 10 электронам на кислороде, что нарушит правило октета.

    Подождите минутку, скажете вы. « Я думал, что кислород заряжен положительно? I f он не реагирует на кислород, где он должен реагировать ?»

    На водороды! Н 3 O+ — это кислота Бренстеда, в конце концов. Верно?

    Это отличная иллюстрация того, почему это называется « формальный заряд », и почему формальный заряд не то же самое, что электростатический заряд (также известный как «частичные заряды» или «электронная плотность»).

    Формальное обвинение — это, в конечном счете, бухгалтерский формализм, немного похожий на присвоение «выигрыша» одному из 5 питчеров в бейсбольном матче. [Примечание 3] Не учитывается тот факт, что электроны в кислородно-водородной связи распределены неравномерно, с существенным диполем.

    Таким образом, хотя мы рисуем «формальный» заряд кислорода, все частичные положительные заряды принадлежат водороду. Несмотря на формальный положительный заряд , несет частично отрицательный электростатический заряд.

    Вот почему такие основания, как HO(-), реагируют на H, а не на кислород.

    Просто повторюсь:

    • Положительные заряды на кислорода и азота не представляют собой пустую орбиталь. Предположим, что кислород и азот имеют полные октеты! [Примечание 2]
    • Напротив, положительные заряды углерода с по представляют собой пустые орбитали.

    6. Галогены

    Положительные формальные обвинения в отношении галогенов делятся на две основные категории.

    Мы часто изображаем ионов галония  Cl+ , Br+ и I+ как вещества с шестью валентными электронами и пустой орбиталью ( , но никогда F+ – это хищный зверь )

    Можно думать об этих видах как несущий пустую орбиту , так как они большие и относительно поляризуемые . Они могут распределять положительный заряд по своему относительно большому объему.

    Эти виды могут принимать неподеленную пару электронов от основания Льюиса, что приводит к полному октету.

    Cl, Br и I также могут нести положительный формальный заряд в результате связи с двумя атомами.

    В этих случаях важно понимать, что галоген имеет полный октет , а не пустую орбиталь. Поэтому они не будут напрямую принимать пару электронов от оснований Льюиса; часто бывает так, что атом рядом с галогеном принимает электроны.

    7. Заключение

    Если вы дошли до конца и выполнили все тесты, вы должны быть хорошо подготовлены ко всем примерам формального обвинения, которые вы увидите в остальной части курса.

    • Формальный заряд можно рассчитать по формуле FC = VE – NBE – B
    • На чертежах часто не показаны неподеленные пары и связи C-H. Будьте внимательны к этим ситуациям при расчете формальных сборов.
    • Положительно заряженный углерод имеет пустую орбиталь, но предположим, что положительно заряженный азот и кислород имеют полные октеты.
    • Пример иона гидроксония H 3 O+ показывает опасность использования формального заряда для понимания реакционной способности. Обратите особое внимание на различия в электроотрицательности между атомами и вытяните диполи, чтобы получить истинное представление об их реакционной способности.

    Примечания

    Связанные статьи

    • Как использовать электроотрицательность для определения плотности электронов (и почему НЕ доверять формальному заряду)
    • Частичные заряды дают подсказки о потоке электронов
    • Как применять электроотрицательность и резонанс для понимания реакционной способности Формальные победы»?

    Примечание 1. Используя «валентные электроны», вы получите правильный ответ. Но если подумать, то это не совсем понятно. Откуда берутся положительные заряды? С положительно заряженных протона в ядре, конечно!

    Таким образом, «валентные электроны» в этом уравнении правильнее рассматривать как заменитель валентных протонов — это другой способ сказать « эффективный ядерный заряд» ; заряд, ощущаемый каждым валентным электроном от ядра, не считая заполненных внутренних оболочек.

    Примечание 2. Нитрены являются исключением. Другим исключением является случай, когда мы хотим нарисовать плохих резонансных форм.

    Примечание 3 . В бейсболе каждая игра заканчивается победой или поражением команды . Еще во времена Старого Хосса Рэдборна, когда полные игры были нормой, логичным продолжением этого было присуждение победы отдельным питчерам из . В сегодняшнюю эпоху, когда есть несколько запасных питчеров, существуют правила для определения того, какой питчер получит победу. Вполне возможно, что питчер полностью разлетится на насыпи, и все же, благодаря случайному стечению обстоятельств, ему все равно будет засчитана победа. См. публикацию: Может быть, они должны называть их «формальными победами»?

    Таким же образом кислороду присваивается индивидуальный заряд +1 на ионе гидроксония , H 3 O+, хотя фактический положительный электростатический заряд распределяется между атомами водорода.

    Примечание 4. Это изображение из предыдущего воплощения этого поста демонстрирует некоторые соотношения для геометрии различных соединений элементов первого ряда.

    Проверьте себя!

    (расширенный) Ссылки и дополнительная литература

    1. Валентность, число окисления и формальный заряд: три взаимосвязанных, но принципиально разных понятия
    Gerard Parkin
    Journal of Chemical Education

    7 90 , 791
    DOI : 10. 1021/ed083p791

    2. Структуры Льюиса, формальный заряд и степени окисления: более удобный подход
    Джон Э. Пакер и Шейла Д. Вудгейт
    Журнал химического образования 1991 68 (6), 456
    DOI : 10.1021/ED068P456

    : 10.1021/ED068P456

    how?

    Мельчайшими частицами веществ являются атомарные частицы. После эволюции научных исследований доказано, что мельчайшие частицы называются субатомными частицами. Существует три типа субатомных частиц. Это протоны, электроны и нейтроны. Их количество, реакционная способность и свойства определяют поведение вещества. Если вы хотите найти свойства элемента, вам нужно знать количество частиц, присутствующих в компоненте. Давайте выясним методы расчета количества субатомных частиц, присутствующих в веществе.

    Найти количество частиц не так уж и сложно. Иногда нужно заглянуть в периодическую таблицу. И ответ будет там. Не знаете, как найти их в таблице Менделеева? Позвольте мне показать вам шаги, чтобы узнать количество субатомных частиц.

    Сначала получите правильно структурированную периодическую таблицу. В таблице элементы изначально организованы по их атомарной структуре. На столе ищите свой компонент. Таблица в основном разделена на три группы: металлы, неметаллы и металлоиды (полуметаллы). Есть также элементы, которые являются щелочными металлами, галогенами и инертными газами.

    Найдя элемент, найдите его атомный номер. Вы можете найти его в верхнем левом углу квадрата, расположенного над символом элемента. Атомный номер говорит вам о количестве протонов, присутствующих в атоме. Например, возьмем случай бора (B). Ядерное число бора равно 5. Таким образом, количество протонов, присутствующих в атоме бора, равно 5.

    Теперь давайте перейдем к части электрона. Протоны несут положительный заряд, в то время как частицы двигаются больше отрицательного заряда. Таким образом, для нейтрального атома количество протонов равно количеству частиц. Если мы можем узнать количество протонов по атомному номеру, то число частиц будет таким же, как число протонов. В случае, если ядерно-ядерный заряд имеет высокий заряд (может быть положительным или отрицательным), считается, что он находится в ионном состоянии. В этом случае количество зарядов определяет количество протонов или электронов, присутствующих в атоме.

    Чтобы узнать количество нейтронов в атоме, вам нужно сначала узнать его атомную массу. Как видим масса электрона тока-тока в молекуле-молекуле ничтожно мала. Таким образом, масса атома полностью зависит от количества присутствующих протонов и нейтронов. Итак, если вы знаете число протонов частицы и ее атомную массу, то подставьте число протонов из атомной массы. Результат, который вы получили, — это количество нейтронов, присутствующих в молекуле-молекуле.

    Если у вас есть ион и вы хотите проверить количество электронов и протонов в нем, сначала определите суммарный заряд атома. Атом переходит в свою ионную форму только путем добавления или вычитания частиц. Помните, что количество протонов, присутствующих в молекуле, всегда постоянно. После того, как вы найдете свой ионный элемент, проверьте его атомный номер в стандартной форме. Число даст вам количество протонов, присутствующих в атоме. Теперь подставьте номер протона из общего заряда молекулы-молекулы. Результат, который вы получили, будет числом электронов.

    Надеюсь, у вас есть четкое представление о субатомных частицах (таких как протон, электрон и нейтрон) и о том, как их считать.

    Мельчайшими частицами веществ являются атомарные частицы. После эволюции научных исследований доказано, что мельчайшие частицы называются субатомными частицами. Существует три типа субатомных частиц. Это протоны, электроны и нейтроны. Их количество, реакционная способность и свойства определяют поведение вещества. Если вы хотите найти свойства элемента, вам нужно знать количество частиц, присутствующих в компоненте. Давайте выясним методы расчета количества субатомных частиц, присутствующих в веществе.

    Найти количество частиц не так уж и сложно. Иногда нужно заглянуть в периодическую таблицу. И ответ будет там. Не знаете, как найти их в таблице Менделеева? Позвольте мне показать вам шаги, чтобы узнать количество субатомных частиц.

    Сначала получите правильно структурированную периодическую таблицу. В таблице элементы изначально организованы по их атомарной структуре. На столе ищите свой компонент. Таблица в основном разделена на три группы: металлы, неметаллы и металлоиды (полуметаллы). Есть также элементы, которые являются щелочными металлами, галогенами и инертными газами.

    Найдя элемент, найдите его атомный номер. Вы можете найти его в верхнем левом углу квадрата, расположенного над символом элемента. Атомный номер говорит вам о количестве протонов, присутствующих в атоме. Например, возьмем случай бора (B). Ядерно-ядерное число бора равно 5. Таким образом, количество протонов, присутствующих в атоме бора, равно 5.

    Теперь давайте перейдем к части электрона. Протоны несут положительный заряд, тогда как частицы несут отрицательный заряд. Таким образом, для нейтрального атома количество протонов равно количеству электронов. Если мы можем узнать количество протонов по атомному номеру, то число частиц будет таким же, как число протонов. В случае, если у ядра высокий уровень любого заряда (может быть положительным или отрицательным), считается, что оно находится в ионном состоянии. В этом случае количество зарядов определяет количество протонов или электронов, присутствующих в атоме.

    Чтобы узнать количество нейтронов в атоме, вам нужно сначала узнать его атомную массу. Как видим, масса электрона тока в молекуле ничтожно мала. Таким образом, масса атома полностью зависит от количества присутствующих протонов и нейтронов. Итак, если вы знаете число протонов частицы и ее атомную массу, то подставьте число протонов из атомной массы. Результат, который вы получили, — это количество нейтронов, присутствующих в атоме.

    Если у вас есть ион и вы хотите проверить количество электронов и протонов в нем, сначала определите суммарный заряд атома. Атом переходит в свою ионную форму только путем добавления или вычитания частиц. Помните, что количество протонов, присутствующих в молекуле, всегда постоянно. После того, как вы найдете свой ионный элемент, проверьте его атомный номер в стандартной форме. Число даст вам количество протонов, присутствующих в атоме. Теперь подставим число протонов из общего заряда молекулы. Результат, который вы получили, будет числом электронов. Таблица в основном разделена на три группы, то есть металлы, неметаллы и металлоиды (полуметаллы). Есть также элементы, которые являются щелочными металлами, галогенами и инертными газами.

    Найдя элемент, найдите его атомный номер. Вы можете найти его в верхнем левом углу квадрата, расположенного над символом элемента. Атомный номер говорит вам о количестве протонов, присутствующих в атоме. Например, возьмем случай бора (B). Ядерно-ядерное число бора равно 5. Таким образом, количество протонов, присутствующих в атоме бора, равно 5.

    Теперь давайте перейдем к части электрона. Протоны несут положительный заряд, тогда как частицы несут отрицательный заряд. Таким образом, для нейтрального атома количество протонов равно количеству электронов. Если мы можем узнать количество протонов по атомному номеру, то число частиц будет таким же, как число протонов. В случае, если у ядра высокий уровень любого заряда (может быть положительным или отрицательным), считается, что оно находится в ионном состоянии. В этом случае количество зарядов определяет количество протонов или электронов, присутствующих в атоме.

    Чтобы узнать количество нейтронов в атоме, вам нужно сначала узнать его атомную массу. Как видим, масса электрона тока в молекуле ничтожно мала. Таким образом, масса атома полностью зависит от количества присутствующих протонов и нейтронов. Итак, если вы знаете число протонов частицы и ее атомную массу, то подставьте число протонов из атомной массы. Результат, который вы получили, — это количество нейтронов, присутствующих в атоме.

    Если у вас есть ион и вы хотите проверить количество электронов и протонов в нем, сначала определите суммарный заряд атома. Атом переходит в свою ионную форму только путем добавления или вычитания частиц. Помните, что количество протонов, присутствующих в молекуле, всегда постоянно. После того, как вы найдете свой ионный элемент, проверьте его атомный номер в стандартной форме. Число даст вам количество протонов, присутствующих в атоме. Теперь подставим число протонов из общего заряда молекулы. Результат, который вы получили, будет числом электронов.

    Конфигурации электронов: обязательный лайфхак

    Представьте себе… вы сдаете промежуточный экзамен по общей химии и решили сначала сдать экзамен и выполнить все сложные задания. Вы совершенно недооценили, сколько времени эти задачи отнимут у вас, и теперь у вас осталось три минуты, чтобы записать электронную конфигурацию 10 элементов. Без учета времени это было бы легко сделать. Это систематично и просто, но все же требует приличного количества размышлений, основанных на том, как вас учили это делать. Ваши ладони становятся потными. Это должны быть простые пункты, и есть вероятность, что вы не выполните их. Если вы закончите его, есть вероятность, что вы ошибетесь, потому что торопитесь. В этот момент ваше горло сжимается. Вы пытаетесь вспомнить, были ли вы уверены в других вопросах, которые вы уже задали, задаваясь вопросом, можете ли вы позволить себе потерять эти простые пункты перед вами. Ваш учитель объявляет, что до начала сбора экзаменов есть еще две минуты.

    Что, если я скажу вам, что существует более быстрый и безупречный способ определения электронных конфигураций?

    Как вы знаете, протоны и нейтроны находятся в ядре атома. Ядро находится в центре атома; поэтому протоны и нейтроны легко обнаружить.

    Поскольку электроны не находятся в ядре, они могут быть буквально где угодно, потому что ядро ​​занимает лишь небольшое пространство, которое кажется огромным пространством для покрытия. Таким образом, найти электрон может быть довольно сложно. Это как искать иголку в стоге сена. Зачем нам искать электроны? Потому что электроны — самый ценный игрок химии. Короче говоря, они являются причиной того, что атомы могут взаимодействовать с другими атомами.

    Электроны можно найти на орбиталях, в области пространства вокруг ядра, где существует высокая (90 %) вероятность обнаружения электрона. Орбитали — это не точное место, а скорее область, включающая это точное место.

    Электронная оболочка или энергетический уровень представляет собой совокупность орбиталей, находящихся на одинаковом вероятном расстоянии от ядра. В каждой оболочке есть одна или несколько подоболочек. Внутри каждой подоболочки находится одна или несколько орбиталей. Каждая орбиталь содержит два электрона.

    Таблица Менделеева состоит из элементов, все из которых являются многоэлектронными атомами (кроме водорода, конечно). Электронная конфигурация говорит нам, как эти электроны распределяются между различными атомными орбиталями. Они в обязательном порядке появляются на экзаменах по общей химии.  

    Обычный способ определения электронной конфигурации

    Как упоминалось ранее, электронная конфигурация представляет собой определенное распределение электронов среди доступных орбиталей. В нем последовательно перечислены орбитальные символы с надстрочным индексом, указывающим количество электронов, занимающих эту орбиталь. В нейтральном элементе количество протонов равно количеству электронов. Чем больше у элемента электронов, тем больше орбиталей он должен заполнить.

    При записи электронных конфигураций необходимо соблюдать несколько правил. Здесь они рассматриваться не будут. Я упоминаю их, чтобы подчеркнуть тот факт, что существует определенный порядок заполнения орбиталей:

    Это средство запоминания, которое видел каждый, кто когда-либо изучал общую химию. Следуйте по диагоналям последовательно, от хвоста к голове. Помните, что s получает два электрона, p получает шесть электронов, d получает 10 электронов, а f получает 14 электронов. Но я здесь не для того, чтобы научить вас пользоваться этим традиционным методом. Я здесь, чтобы сказать вам, что с этим не так:

    1. Вы должны запомнить эту память, диагонали и все такое.
    2. Вы должны вести точный подсчет электронов, которые вы использовали до сих пор, чтобы не превысить количество электронов в элементе, над которым вы работаете.
    3. Вы должны помнить, сколько электронов помещается в каждую подоболочку (s, p, d, f).
    4. Это занимает много времени, особенно когда у элемента больше 20 электронов.

    Лучший способ определения электронных конфигураций: блочный метод

    На картинке выше показано решение всех ваших проблем с электронной конфигурацией. Это периодическая таблица, размеченная блоками. Обратите внимание, что для блока d коэффициент или число впереди всегда на единицу меньше, чем в строке, в которой он находится. Для блока f коэффициент всегда на два меньше, чем в строке, в которой он находится. Вам нужно запомнить это. . Когда дело доходит до общей химии, всегда будут вещи, которые вам просто нужно запомнить. Даже хаки требуют некоторой работы мозга. Но помимо маркировки чистой периодической таблицы, когда вы получаете ее в день теста, как вы видите выше, это буквально все. Итак, как вы его используете?

    Шаг 1: Разметьте таблицу периодов блоками.

    Шаг 2: Определите интересующий элемент в периодической таблице и обведите его кружком

    Шаг 3: Найдите водород в качестве отправной точки
    Шаг 4: Скользите по каждой строке слева направо и сверху вниз, записывая электронную конфигурацию, пока не доберетесь до своего элемента.

    Ge: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2

    • Не переходите к следующему ряду, пока не закончите ряд над ним.
    • Подсчитайте количество элементов, которые вы проходите для каждого блока. Это ваш верхний индекс.
    • Когда блок d наконец будет включен, помните, что его коэффициент на единицу меньше, чем у строки, в которой он фактически находится. Если вы заранее пометили, это будет очевидно.
    Шаг 5: Проверьте свою работу, добавив все надстрочные индексы и посмотрев, соответствует ли это общее количество электронов в интересующем вас элементе.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *