ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 10 класс · § 1
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 1. Строение атома

Почему электрон нельзя представить шариком, движущимся по известной орбите?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Почему электрон нельзя представить шариком, движущимся по известной орбите?

Исследуем вместе

Форма облака и заполнение орбитали

Переключай форму. Ползунок показывает, как на одной орбитали размещаются один или два электрона.

Два электрона на одной орбитали имеют противоположные спины.

Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.

01

Ядро и электронная оболочка

Атом имеет маленькое положительно заряженное ядро и окружающую его электронную оболочку. Почти вся масса сосредоточена в ядре. Размер области, занимаемой электронами, значительно больше размера ядра.

Опыт с рассеянием α-частиц показал: большинство проходило через тонкую фольгу, но немногие сильно отклонялись. Это согласуется с сосредоточением положительного заряда в малой области, а не с его равномерным распределением по атому.

Большинство α-частиц

Проходит через фольгу почти прямо.

Редкие сильные отклонения

Указывают на малую плотную заряженную область.

Вывод

В атоме есть компактное ядро.

Положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в ядре. Электронная оболочка занимает значительно большую область.

02

Массовое число считает нуклоны

Массовое число A равно сумме протонов и нейтронов ядра: A = Z + N. Это целое число частиц, а не точная масса атома в граммах. Протоны и нейтроны вместе называют нуклонами.

Электроны не входят в массовое число. Их масса мала по сравнению с массой ядра, но определение A основано именно на числе нуклонов. Для углерода-12: 6 протонов и 6 нейтронов дают A = 12. Для ядра с семью протонами и семью нейтронами A равно 14; это азот-14, потому что элемент задают семь протонов.

Число протонов

Z

Число нейтронов

N

Массовое число

A = Z + N

Массовое число равно числу нуклонов ядра. Оно является целым числом и не включает электроны.

Электронные уровни натрия

Натрий: распределение электронов 2, 8, 1. Круги условно обозначают уровни и не являются траекториями электронов.

Pumbaa; исходная работа Greg Robson · Wikimedia Commons · CC BY-SA 2.0 UK. Без изменений.

Периодическая система химических элементов

В периодической системе находят символы элементов и значения относительных атомных масс.

Cepheus · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

03

Электрон не движется по нарисованной дорожке

Круги вокруг ядра помогают считать электроны по уровням, но не являются реальными орбитами. В квантовом описании говорят о вероятности обнаружить электрон в определённой области пространства. Электронное облако изображает распределение этой вероятности.

Более плотная часть рисунка соответствует большей вероятности обнаружения. Это не облако из множества маленьких электронов: один электрон тоже описывается таким распределением. Размер и форма рисунка зависят от состояния электрона.

Круговая школьная схема

Удобна для счёта уровней и электронов.

Электронное облако

Передаёт пространственное распределение вероятности.

Электронное облако описывает вероятность обнаружения электрона. Его нельзя понимать как точную траекторию частицы.

04

Орбиталь и её граница

Атомная орбиталь — состояние электрона, связанное с определённым распределением в пространстве. На рисунке часто показывают область, внутри которой вероятность обнаружения составляет, например, 90 %. Это условная граница изображения.

За нарисованной поверхностью вероятность не обрывается мгновенно до нуля. Поэтому оболочка рисунка не является стенкой, удерживающей электрон. Процент относится к вероятности обнаружения, а не к доле объёма атома. Энергия электрона в связанном атоме принимает определённые значения. Переход на более высокий уровень требует поглощения энергии, на более низкий может сопровождаться испусканием фотона. s-орбиталь сферически симметрична, p-орбиталь имеет две области по разные стороны от ядра; две области относятся к одной орбитали, а не к двум электронам.

Распределение вероятности

Плавно меняется в пространстве.

Выбранная доля

Например, 90 % вероятности.

Поверхность рисунка

Условная граница выбранной области.

Граница орбитали на рисунке выбирается условно. За ней вероятность обнаружения электрона не обязана равняться нулю.

Соберём главное

Шесть выводов

01Положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в ядре. Электронная оболочка занимает значительно большую область.
02Массовое число равно числу нуклонов ядра. Оно является целым числом и не включает электроны.
03Электронное облако описывает вероятность обнаружения электрона. Его нельзя понимать как точную траекторию частицы.
04Граница орбитали на рисунке выбирается условно. За ней вероятность обнаружения электрона не обязана равняться нулю.
05Энергия электрона в атоме принимает определённые значения. Переход между ними сопровождается поглощением или испусканием энергии.
06Орбиталь описывает квантовое состояние электрона. Её рисунок показывает область вероятного обнаружения, а не траекторию.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Число протонов атома определяет…
2. В нейтральном атоме число электронов равно…
3. Для атома ¹³C число нейтронов равно…
4. Орбиталь описывает…
5. Форма s-орбитали…
6. Излучение атома при переходе на меньшую энергию связано с…
7. Массовое число A равно…
8. Ядро имеет заряд…
9. Изотопы одного элемента отличаются числом…
10. Большинство α-частиц в опыте Резерфорда…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 10 класс», § 1. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 10 класс. Химия — § 01. Строение атома.pdf. Учтены границы структурных моделей, влияние среды реакции и различия между составом и строением.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

OpenStax: Organic Chemistry · OpenStax: реакции моносахаридов
↑

Загрузка прогресса…