Атом құрылысы және изотоптар

Нені зерттейміз

Параметрлер

Протондар p1

Нейтрондар n0

Электрондар e1

Кестедегі атомжиі кездесетін изотоп

Элемент

³⁵Cl үлесі50 %

Екінші үлес — 100 %-ға дейінгі қалдық. Жүгірткіні жылжытып, таразының тірек нүктесін бақылаңыз: орташа масса саны көп изотопқа жақын тұрады.

Бастапқы ядро

Ыдырау түрі есептің шартында беріледі: α, β немесе γ батырмасын басыңыз. Теңдеу мен нуклидтер картасындағы жол өздігінен құрылады.

X-тің массалық саны — A0

X-тің зарядтық саны — Z0

Тәжірибелер

0/4

Тәжірибе сіздің әрекеттеріңіз бен жазбаларыңыз бойынша есептеледі: бөлшекті немесе теңдеуді құрастырып, «Жазу» батырмасын басыңыз.

Атомды құрастыр

атом

протон нейтрон электрон сыртқы қабат

ЭлементHZ = 1

Массалық сан A1A = p + n

Нейтрондар N0N = A − Z

Бөлшектің заряды0p − e

Деңгейлердегі электрондар

толғаны және сыйымдылығы

Не болып жатыр

Жазбалар

№	Жазба	Нәтиже
Әзірге жазба жоқ. Атомды немесе теңдеуді құрастырып, «Жазу» батырмасын басыңыз.

Журнал

Атом моделі қалай өзгерді

4-сабақмодельдерді ауыстырыңыз

Ежелгі Грецияда адамдар бүкіл дүниені құдайлар басқарады деп сенген. Демокрит бұл ойға қосылмай, құм түйіршіктеріне қарап, заттардың бәрі көзге көрінбейтін өте ұсақ бөлшектерден құралған деген қорытындыға келді. Ол бөлшектерді «бөлінбейтін» — атом деп атады.

Модель	Авторы	Негізгі ой
«Жүзімді пудинг»	Дж. Дж. Томсон, 1897	атом — оң зарядты «пудинг», оның ішінде «жүзім» тәрізді теріс зарядты электрондар орналасқан
Планетарлық (ядролық)	Э. Резерфорд	ортасында ядро — «күн», электрондар оны «планеталар» сияқты айнала қозғалады
Заманауи	—	атом ядродан және электрондық қабықшадан тұрады; электрондар ядроны бұлт сияқты қоршайды

Томсонның моделінде әлі ядро жоқ. Алтын фольгамен жасалған тәжірибеде α-бөлшектердің аздаған бөлігі кері серпілді: демек атомның ішінде кішкентай, ауыр, оң зарядты ядро бар, ал қалған көлемі бос дерлік.

ОйынАтом туралы түсініктерді пайда болу ретімен орналастырыңыз.

Атом неден тұрады

4-сабақбөлшектерге меңзерді апарыңыз

Литий-7 атомы: 3 протон, 4 нейтрон, 3 электрон.

Атом — ядродан және оны қоршаған электрондардан тұратын бөлшек. Ядро — атомның орталық бөлігі, онда протондар мен нейтрондар шоғырланған; олардың ортақ атауы — нуклондар.

Бөлшек	Қайда	Заряды	Массасы
Протон p	ядрода	+1	1
Нейтрон n	ядрода	0	1
Электрон e	электрондық қабықшада	−1	≈ 0

Атом массасының негізгі бөлігі ядрода жинақталған. Ядрода теріс зарядты бөлшек жоқ, сондықтан ядроның заряды әрқашан оң және протон санына тең. Протондар мен электрондар саны бірдей, +1 және −1 зарядтар бірін-бірі теңестіреді — атом бейтарап.

Өзіңді тексерАлдымен өзіңіз жауап беріңіз, сосын карточканы аударыңыз.

ҰБТ тұзағы

Кейде электронның массасын атом массасына қосады — бұл қате: электронның массасы нөлге жуық, ол протоннан шамамен 1840 есе жеңіл. Атом массасын тек протондар мен нейтрондар береді. Нейтронның заряды — 0, атауы да осыдан шыққан.

Реттік нөмір: Z = p = e, N = Ar − Z

4-сабақэлементті таңдаңыз

Z = ядро заряды = p = eбейтарап атомда N = Ar − Zтексеру: p + N = Ar

Ядро заряды, ядродағы протондар саны және атомдағы электрондар саны элементтің реттік нөміріне тең. Сутекте Z = 1, натрийде — 11.

Нейтрондар саны кестеде жазылмайды, оны әрқашан есептейміз: бүтін санға дөңгелектенген атомдық массадан реттік нөмірді азайтамыз.

МысалНатрий: Z = 11, Ar = 23 → 11 p, 11 e, N = 23 − 11 = 12. Бром: Z = 35, Ar = 79,904 ≈ 80 → 35 p, 35 e, N = 80 − 35 = 45. Кальций: Z = 20 → 20 электрон, N = 40 − 20 = 20.

ҰБТ тұзағы

Кейде реттік нөмір мен атомдық массаны шатастырады — бұл қате: торшадағы кіші сан — реттік нөмір (протон саны), үлкен сан — атомдық масса. Оларды алмастырса, натрийде 23 протон шығып кетеді. Нейтронды табу үшін азайтамыз: N = Ar − Z.

Энергетикалық деңгейлер: 2, 8, 18, 32

4-сабақдеңгей нөмірін жылжытыңыз

N_max = 2n²1-деңгей — 2, 2-деңгей — 8, 3-деңгей — 18, 4-деңгей — 32

Деңгей нөмірі nn = 3

Электрондық қабықша — ядроны қоршаған, электрондар орналасқан қабат. Электрондар белгілі бір энергетикалық деңгейлерде орналасады; деңгей нөмірі өскен сайын оның сыйымдылығы артады, ал электрондар алдымен ядроға жақын деңгейді толтырады.

Электрондық қабаттар саны период нөміріне тең. Қабат санын есептеп жатудың қажеті жоқ: элемент қай периодта тұрса, қабаты сонша. Сутек пен гелий (1-период) — бір қабат, магний (3-период) — 3, мыс (4-период) — 4, күміс (5-период) — 5 қабат.

ОйынЭлементтерді электрондық қабат саны бойынша бөліңіз: период нөміріне қараңыз.

ҰБТ тұзағы

Кейде қабат санын топ нөмірі бойынша табады — бұл қате: қабат саны — период нөмірі. Күміс 5-периодта, I топта тұр, сондықтан оның қабаты біреу емес, бесеу.

Электрондардың деңгейлер бойынша орналасуы

4-сабақэлементтерді ауыстырыңыз

Кестеден екі сан керек: реттік нөмір (барлық электрон саны) және период нөмірі (қабат саны). Қабаттар ретімен толтырылады: біріншісіне 2 электрон, екіншісіне 8-ге дейін, қалғаны сыртқы қабатқа жазылады. Мысалы, оттек — 2, 6; натрий — 2, 8, 1; күкірт — 2, 8, 6.

Сыртқы қабаттағы электрондар ядродан алыс, әлсіз байланысқан — оларды валенттік электрондар дейді, заттың химиялық қасиетін солар анықтайды. Ішкі қабаттардағы электрондар берік байланысқан. Литийде (2, 1) және натрийде (2, 8, 1) сыртқы қабатта бір электроннан бар, екеуі де оны оңай береді — сондықтан олар ұқсас және бір топта тұр.

ОйынЭлектрондарды орналастыру алгоритмінің қадамдарын ретімен қойыңыз.

ҰБТ тұзағы

Кейде үшінші қабатты бірден 18 электронмен толтырады — бұл қате: 18 — деңгейдің ең үлкен сыйымдылығы, ал электрондар бар болғанын ғана орналастырамыз. Натрийде үшінші қабатта 1, күкіртте 6, хлорда 7 электрон. Сыртқы қабат — ядродан ең алыс, соңғы қабат.

Изотоптар және нуклидтің жазылуы

5-сабақизотоптарды ауыстырыңыз

^A_ZXN = A − Z ³⁵₁₇Cl17 p, 18 n, 17 e

Изотоптар — протон сандары бірдей, ал нейтрон сандары әртүрлі бір химиялық элементтің атомдары.

Элементті тек протон саны анықтайды. Нейтрон қосылса, масса өзгереді, ал элемент сол күйінде қалады. Сондықтан протий ¹H (0 нейтрон), дейтерий ²H (1 нейтрон) және тритий ³H (2 нейтрон) — үшеуі де сутек. Изотоптардың кестедегі орны да, химиялық қасиеттері де бірдей, айырмашылық тек ядроның массасында. Уран-238: N = 238 − 92 = 146.

ОйынИзотоптар ма, жоқ па? Төменгі сандарды — зарядтық сандарды салыстырыңыз.

ҰБТ тұзағы

Кейде ⁴⁰₁₈Ar мен ⁴⁰₂₀Ca-ды изотоптар дейді — бұл қате: массалық сандары тең, бірақ ядро зарядтары әртүрлі, демек бұлар әртүрлі элементтер. Изотоптардың Z-і бірдей, массасы әртүрлі.

Тұрақты және радиоактивті изотоптар. Орташа атомдық масса

5-сабақизотоп үлесін өзгертіңіз

Түрі	Ядросы	Мысалдары
Тұрақты	берік, өздігінен ыдырамайды	¹H (протий), ¹²C, ¹⁶O — табиғаттағы заттардың негізгі бөлігі
Радиоактивті	тұрақсыз, уақыт өте ыдырап сәуле шығарады	¹⁴C — ежелгі жәдігерлердің жасын анықтау; ²³⁸U — атом энергетикасы; ²²⁶Ra — бұрын сәулелік терапияда қолданылған; ³H — тритий

Кестедегі массалар неге бөлшек сан? Атомдық масса — табиғи изотоптардың үлестері ескерілген орташа массасы. Хлор — ³⁵Cl мен ³⁷Cl қоспасы, сондықтан оның массасы 35,5, бірақ массасы 35,5 болатын жеке атом жоқ.

Ar = A₁·ω₁ + A₂·ω₂ω — изотоптың үлесі (75 % = 0,75)

Жеңіл изотоптың үлесі75 %

Кері есепБордың орташа атомдық массасы 10,8, изотоптары ¹⁰B және ¹¹B. Жеңіл изотоптың үлесін x деп аламыз: 10x + 11(1 − x) = 10,8 → 11 − x = 10,8 → x = 0,2. Жауабы: 20 % ¹⁰B және 80 % ¹¹B.

ҰБТ тұзағы

Кейде орташа массаны қарапайым орта мән ретінде есептейді: (35 + 37) : 2 = 36 — бұл қате. Үлестерді ескеру керек: 35·0,75 + 37·0,25 = 35,5.

Радиоактивтіліктің ашылуы

5-сабақжылдарды басыңыз

Радиоактивтілік — ядролардың өздігінен ыдырап, бөлшектер шығару қабілеті. Атауы латынның radius — «сәуле» сөзінен шыққан.

Радиоактивтілік — ядроның қасиеті, атомның электрондық қабатының емес. Сондықтан оған температура да, қысым да, зат қандай қосылыста тұрғаны да әсер етпейді: уран металы мен уран оксидіндегі уран бірдей жылдамдықпен ыдырайды.

Түрі	Анықтамасы
Табиғи	атом ядроларының өздігінен ыдырау құбылысы: уран, радий, тритий табиғатта өздігінен ыдырайды
Жасанды	атом ядроларының сыртқы әсерден (мысалы, бөлшектермен атқылаудан) радиоактивті қасиетке ие болуы

ОйынАшылуларды жылдары бойынша ретімен қойыңыз.

ҰБТ тұзағы

Кейде радиоактивтілікті Рентген ашты дейді — бұл қате: Рентген 1895 жылы X-сәулелерді ашқан, ол сәулелер аспаптан алынған. Табиғи радиоактивтілікті 1896 жылы Анри Беккерель ашты. 1898 жылы Кюрилер полоний мен радийді тапты, 1911 жылы Резерфорд атом ядросын ашты.

α-, β- және γ-сәулелену

5-сабақыдырау түрін таңдаңыз

Сәуле	Не шығады	Белгісі	Ядро қалай өзгереді	Нені тоқтатады
α (альфа)	гелий ядросы: 2 p + 2 n, заряды +2	⁴₂He	A 4-ке, Z 2-ге кемиді	қағаз парағы
β (бета)	электрон, заряды −1	⁰₋₁e	A өзгермейді, Z 1-ге артады	алюминий, 3–5 мм
γ (гамма)	фотон түріндегі сәулелену, заряды 0	γ	A да, Z де өзгермейді	қалың қорғасын қабаты

Ыдырау кезінде ядродан бөлшек ұшып шығады, ядроның заряды өзгереді — ол басқа элементтің ядросына айналады. Химиялық реакцияда мұндай ешқашан болмайды. Өтімділігі α-дан γ-ға қарай артады: α < β < γ.

ҰБТ тұзағы

Кейде β-ыдырауда реттік нөмірді кемітеді — бұл қате: ядродан теріс зарядты электрон шыққандықтан ядроның оң заряды артады: Z + 1, мысалы 82 = 83 + (−1). Есте сақтау тәсілі: «минус кетті — плюс қалды». γ-сәулеленуде тек энергия шығады, A да, Z де өзгермейді, элемент сол күйінде қалады.

Жартылай ыдырау периоды

5-сабақуақытты жылжытыңыз

m = m₀ : 2^kk = t : T m_ыд. = m₀ − mыдыраған масса

Өткен уақыт t

Жартылай ыдырау периоды (T) — радиоактивті изотоп ядроларының жартысы ыдырауға кететін уақыт.

Әр период өткен сайын заттың жартысы қалады: 100 % → 50 % → 25 % → 12,5 % → 6,25 %. Зат ешқашан толық жоғалмайды, тек екі, төрт, сегіз есе азая береді.

Изотоп	T	Қайда қолданылады
уран-238	≈ 4,5 млрд жыл	жер қыртысының жасын анықтау
көміртек-14	5730 жыл	ежелгі жәдігерлер мен сүйектердің жасы
йод-131	8 тәулік	қалқанша безді емдеу және зерттеу
радон-222	3,8 тәулік	тұрғын үйдегі табиғи радиациялық фон

ОйынҚанша зат қалғанын табу алгоритмінің қадамдарын ретімен қойыңыз.

ҰБТ тұзағы

Кейде екі период өткенде зат толық ыдырайды дейді: «жартысы + жартысы = бәрі» — бұл қате. Әр периодта қалғанының жартысы ыдырайды: 100 % → 50 % → 25 %. Сондықтан 2ᵏ-ге бөлеміз, азайтпаймыз.

Ядролық теңдеулер: ΣA және ΣZ

5-сабақA мен Z-ті жазыңыз

ΣA сол жақта = ΣA оң жақтажоғарғы сандар ΣZ сол жақта = ΣZ оң жақтатөменгі сандар

Бөлшектерді жатқа білКарточканы басыңыз: бұл қандай бөлшек?

«Теңестір» ойыныX бөлшегінің массалық және зарядтық санын жазып, «Тексеру» батырмасын басыңыз. Элементті Z бойынша табыңыз.

ҰБТ тұзағы

Элементті зарядтық сан Z бойынша кестеден табамыз. ⁵⁶₂₆Fe + ²₁H → ¹₀n + X реакциясында Z = 27 — бұл кобальт ⁵⁷₂₇Co. Кейде никель дейді — бұл қате: никельдің реттік нөмірі 28. Есеп дұрыс шыққанымен, таңбаны шатастырсаң, жауап қате болып саналады.

ҰБТ тұзағы

Бір α-ыдырау мен екі β-ыдырау ядро зарядын қайтарады: сол элементтің изотопы шығады, массасы 4-ке кем. ²³⁹₉₂U → ²³⁵₉₂U.

Ядролық реакция және химиялық реакция

5-сабақ1919 жылғы реакцияны қараңыз

Ядролық реакция — атом ядросының басқа ядромен немесе элементар бөлшекпен әрекеттесуі. Нәтижесінде ядроның құрамы өзгеріп, жаңа элемент немесе сәулелену пайда болады.

Белгісі	Химиялық	Ядролық
Не өзгереді	молекулалар қайта құрылады, атомдар орын ауыстырады	ядроның құрамы
Элемент	сол күйінде қалады	жаңа элемент түзіледі
Бөлшектер	сыртқы қабаттың электрондары	протондар, нейтрондар, α- және β-бөлшектер
Энергиясы	ондаған-жүздеген кДж/моль	миллиондаған есе көп
Температура, қысым, катализатор	әсер етеді	әсер етпейді

Нейтрон уран-235 ядросына тигенде ядро екі жеңіл ядроға бөлініп, 3 жаңа нейтрон және орасан энергия шығарады; жаңа нейтрондар келесі ядроларды бөледі — тізбекті реакция жүреді. Ядролық реакциялар энергетикада (атом электр станциялары), медицинада (диагностика, сәулелік терапия) және ғылымда (жаңа элементтер алу, жасты ¹⁴C бойынша анықтау) қажет.

1919 жыл, Э. Резерфорд азотты α-бөлшектермен атқылады: азот ядросы оттек ядросына айналып, одан протон — сутек ядросы — ұшып шықты. Бұл — адам қолымен жүргізілген алғашқы жасанды ядролық реакция.

ОйынХимиялық па, ядролық па? Белгілер мен мысалдарды бөліңіз.

ҰБТ тұзағы

Кейде ядролық реакцияны катализатормен жылдамдатуға болады дейді — бұл қате: катализатор электрондық қабатқа әсер етеді, ал ядролық реакция ядроның ішінде жүреді. Химиялық реакцияда ядролар өзгермейді, жаңа элемент тек ядролық реакцияда пайда болады.

Есептерді талдау

қадам бойынша ашыңыз

Модельдер мен сызбалар жеңілдетілген: ядро мен атомның өлшемдері масштабта емес, ядроларда нуклондардың бәрі көрсетілмеген, изотоп үлестері мен ыдырау тізбектері — оқу үшін алынған мәндер.