Атом, элемент, молекула
Сравни четыре записи. Цвет обозначает элемент, линия — связь между атомами.
Схематическая модель: размеры частиц и расстояния условны.
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.
Из чего состоит атом
АТОМ
Размеры частей на схеме условны. Химическая реакция изменяет электронные связи, сохраняя 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.
Подробности: понятия и примеры
- 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.
Атомы — частицы вещества
Вещества построены из мельчайших частиц. Атом — частица химического элемента; атомы могут соединяться друг с другом или входить в протяжённые структуры. Их нельзя рассмотреть невооружённым глазом, поэтому для объяснений используют условные модели.
- До реакции
Атомы входят в исходные вещества
- Перегруппировка
Одни связи меняются, возникают другие
- После реакции
Те же атомы образуют продукты
В обычной химической реакции атомы не исчезают и не превращаются в атомы другого элемента. Меняются связи и сочетания атомов, вследствие чего образуются новые вещества. На рисунках цвет и размер шариков условны: они помогают различать элементы, а не передают их настоящий вид. Атомы могут образовывать отдельные молекулы, как в O₂ и H₂O, или протяжённые структуры, как в металлах и алмазе.
В химических реакциях атомы перегруппировываются. Их принадлежность к химическому элементу сохраняется.
Алмаз, графит и их структуры
Образцы и схемы строения двух простых веществ углерода: алмаза и графита. Состав одинаков, пространственные связи различны.
Itub; составная иллюстрация из работ, указанных на странице файла · Wikimedia Commons · CC BY-SA 3.0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Качественный и количественный состав
Качественный состав отвечает на вопрос «какие элементы?», количественный — «сколько атомов или в каком отношении?». Для H₂O качественный состав — H и O; количественный — два атома H на один атом O. Оба описания нужны одновременно.
| Формула | Какие элементы | Соотношение атомов |
|---|---|---|
| H₂O | H и O | 2 : 1 |
| H₂O₂ | H и O | 2 : 2 в молекуле |
| CO₂ | C и O | 1 : 2 |
| NaCl | Na и Cl | 1 : 1 в кристаллической структуре |
У воды H₂O и пероксида водорода H₂O₂ одинаковый набор элементов, но разное соотношение атомов и разные свойства. В немолекулярных соединениях, например NaCl, формула показывает простейшее соотношение частиц элементов в структуре, а не отдельную молекулу. В формулах кислот сначала записывают H, в формулах оснований — металл и группы OH, в формулах солей — металл и кислотный остаток.
Качественный состав называет элементы, количественный — их соотношение. Изменение соотношения может означать другое вещество.
Зачем вводят относительную массу
Масса отдельного атома чрезвычайно мала. Запись в килограммах требует длинной десятичной дроби или степени десяти. Для сравнения атомов удобнее общая маленькая единица — атомная единица массы, обозначаемая u.
- Эталон
- 1 u = 1/12 массы атома углерода-12
- В килограммах
- 1 u ≈ 1,66 · 10⁻²⁷ кг
- Сравнение
- Масса атома / выбранная единица
За 1 u принята одна двенадцатая массы атома углерода-12. Она приблизительно равна 1,66 · 10⁻²⁷ кг. Это выбранный эталон: с ним сопоставляют массы атомов любых элементов. Подобно тому как длину сравнивают с метром, массу атома можно сравнить с этой единицей. Разберём три масштаба: железный гвоздь — тело, железо — вещество, Fe — химический элемент. Один атом Fe имеет 26 протонов; при превращении железа в оксид атомы элемента не становятся атомами кислорода. Меняются связи и состав вещества. Слово «железо» поэтому читают по контексту: элемент может входить в соединение, не сохраняя металлических свойств простого вещества.
Атомная единица массы связана с атомом углерода-12. Она позволяет удобно сравнивать очень маленькие массы.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 1. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 01. Химия. Вещество, химический элемент, атом.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e