Строение атома и изотопы — Лаборатория SABAQ

Что исследуем

Параметры

Протоны p1

Нейтроны n0

Электроны e1

Атом из таблицычастый изотоп

Элемент

Доля ³⁵Cl50 %

Вторая доля — остаток до 100 %. Двигайте ползунок и следите за точкой опоры весов: средняя масса ближе к тому изотопу, которого больше.

Исходное ядро

Тип распада в задаче задан условием: нажимайте α, β или γ. Уравнение и путь на карте нуклидов строятся сами.

Массовое число X — A0

Зарядовое число X — Z0

Опыты

0/4

Опыт засчитывается по вашим действиям и записям: соберите частицу или уравнение и нажмите «Записать».

Собери атом

атом

протон нейтрон электрон внешний уровень

ЭлементHZ = 1

Массовое число A1A = p + n

Нейтроны N0N = A − Z

Заряд частицы0p − e

Электроны по уровням

заполнено и вместимость

Что происходит

Записи

№	Запись	Итог
Пока нет записей. Соберите атом или уравнение и нажмите «Записать».

Журнал

Как менялась модель атома

Урок 4переключайте модели

Больше двух тысяч лет назад древнегреческий философ Демокрит предположил: всё, что мы видим, состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов. Приборов, чтобы увидеть атом, тогда не было, но догадка подтвердилась.

Модель	Автор	Главная идея
«Сливовый пудинг»	Дж. Дж. Томсон, 1897	положительно заряженный шар, в который, как сливы в пудинг, вкраплены электроны
Планетарная (ядерная)	Э. Резерфорд	в центре — ядро, вокруг него, как планеты вокруг Солнца, движутся электроны
Современная	—	атом состоит из ядра и электронной оболочки; электроны образуют облако

Модель Томсона не объяснила опыт с золотой фольгой: редкие α-частицы отскакивали назад. Значит, внутри атома есть маленькое тяжёлое положительное ядро, а остальной объём почти пуст.

ИграРасставьте представления об атоме по времени появления.

Из чего состоит атом

Урок 4наведите на частицы

Атом лития-7: 3 протона, 4 нейтрона, 3 электрона.

Атом состоит из ядра и электронной оболочки. В ядре — протоны и нейтроны, их общее название — нуклоны. Вокруг ядра движутся электроны.

Частица	Где	Заряд	Масса
Протон p	ядро	+1	1
Нейтрон n	ядро	0	1
Электрон e	оболочка	−1	≈ 1/1840

Вся масса атома сосредоточена в ядре. Протонов и электронов поровну, заряды +1 и −1 компенсируют друг друга — атом в целом нейтрален.

Проверь себяСначала ответьте сами, потом переверните карточку.

Ловушка ЕНТ

Иногда говорят, что электрон не имеет массы. Это неверно: масса есть, но она примерно в 1840 раз меньше массы протона, поэтому в расчётах её не учитывают. Правильно: вся масса атома сосредоточена в ядре.

Порядковый номер: Z = p = e, N = Ar − Z

Урок 4выберите элемент

Z = заряд ядра = p = eв нейтральном атоме N = Ar − Zпроверка: p + N = Ar

Порядковый номер показывает сразу три величины: заряд ядра, число протонов и число электронов в нейтральном атоме. У водорода Z = 1, у натрия — 11.

Число нейтронов в таблице не написано: из атомной массы, округлённой до целых, вычитают порядковый номер.

ПримерНатрий: Z = 11, Ar = 23 → 11 p, 11 e, N = 23 − 11 = 12. Бром: Z = 35, Ar = 80 → 35 p, 35 e, N = 80 − 35 = 45.

Ловушка ЕНТ

Нейтроны считают от атомной массы: N = Ar − Z. Электроны в эту проверку не входят: p + N = Ar, а не p + N + e.

Электронные уровни: 2, 8, 18, 32

Урок 4двигайте номер уровня

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

Номер уровня nn = 3

Электронная оболочка (энергетический уровень) — слой вокруг ядра, на котором находятся электроны. Каждый уровень вмещает ограниченное число электронов; чем дальше уровень от ядра, тем больше он вмещает.

Число электронных уровней равно номеру периода. Водород и гелий (1-й период) — один уровень, литий и бор — два, натрий и магний — три. Магний — 3 уровня, медь (4-й период) — 4, серебро (5-й период) — 5.

ИграРазложите элементы по числу электронных уровней: смотрите на номер периода.

Ловушка ЕНТ

Число уровней — это номер периода, а не номер группы. У серебра (5-й период, I группа) пять уровней, а не один.

Распределение электронов по уровням

Урок 4переключайте элементы

Нужны два числа из таблицы: порядковый номер (сколько всего электронов) и номер периода (на сколько уровней их раскладывать). Уровни заполняют по порядку: первый — до 2, второй — до 8, остаток — на внешний.

Электроны внешнего уровня связаны с ядром слабо — их атом отдаёт или принимает в реакциях. Внутренние электроны связаны крепко. У лития (2, 1) и натрия (2, 8, 1) на внешнем уровне по одному электрону, оба легко его отдают — поэтому они похожи и стоят в одной группе.

ИграРасставьте шаги алгоритма распределения электронов по порядку.

Ловушка ЕНТ

Вместимость уровня и число электронов на нём — разные вещи. Третий уровень вмещает 18, но у серы на нём 6, у хлора — 7: заполнение идёт по порядку, а не «до отказа».

Изотопы и запись нуклида

Урок 5переключайте изотопы

^A_ZXN = A − Z ³⁵₁₇Cl17 p, 18 n, 17 e

Изотопы — атомы одного и того же химического элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов, а значит и разной массой.

Элемент задаёт только число протонов. Добавили нейтрон — масса изменилась, а элемент тот же. Поэтому протий ¹H (0 нейтронов), дейтерий ²H (1 нейтрон) и тритий ³H (2 нейтрона) — это всё водород. Место в таблице и химические свойства у изотопов одинаковы.

ИграИзотопы или нет? Сравнивайте нижние числа — зарядовые.

Ловушка ЕНТ

⁴⁰₁₈Ar и ⁴⁰₂₀Ca — не изотопы: массовые числа равны, но заряды ядер разные, значит это разные элементы. Изотопы отличаются массой при одинаковом Z.

Стабильные и радиоактивные изотопы. Средняя атомная масса

Урок 5меняйте долю изотопа

Вид	Что с ядром	Примеры
Стабильные	ядро прочное, не распадается	¹H, ²H, ¹²C, ¹⁶O, ³⁵Cl
Радиоактивные	ядро самопроизвольно распадается и испускает излучение	¹⁴C — возраст костей и находок; ²³⁸U — атомная энергетика; ²²⁶Ra — раньше применяли в лучевой терапии; ³H — тритий

Почему в таблице массы дробные? Атомная масса — это средняя масса природных изотопов с учётом их долей. Хлор — смесь ³⁵Cl и ³⁷Cl, поэтому у него 35,5, хотя атома с массой 35,5 не существует.

Ar = A₁·ω₁ + A₂·ω₂ω — доля изотопа (75 % = 0,75)

Доля лёгкого изотопа75 %

Обратная задачаНеон — смесь ²⁰Ne и ²²Ne, Ar = 20,2. Пусть доля ²⁰Ne равна x: 20x + 22(1 − x) = 20,2 → 22 − 2x = 20,2 → x = 0,9. Ответ: 90 % ²⁰Ne и 10 % ²²Ne.

Ловушка ЕНТ

Среднюю массу нельзя считать как простое среднее: (35 + 37)/2 = 36 — неверно. Нужно учитывать доли: 35·0,75 + 37·0,25 = 35,5.

Открытие радиоактивности

Урок 5нажимайте на годы

Радиоактивность — способность ядер самопроизвольно распадаться, испуская частицы. Слово — от латинского radius, «луч».

Вид	Что это
Естественная	распад ядер, который происходит сам по себе, без участия человека
Искусственная	распад изотопов, полученных в ядерных реакциях

ИграРасставьте открытия по годам.

Ловушка ЕНТ

Рентген открыл X-лучи (1895), а естественную радиоактивность — Беккерель (1896). Полоний и радий открыли супруги Кюри (1898), им же принадлежит термин «радиоактивность».

α-, β- и γ-излучение

Урок 5выберите вид распада

Излучение	Что вылетает	Запись	Как меняется ядро	Что задерживает
α (альфа)	ядро гелия: 2 p + 2 n	⁴₂He	A − 4, Z − 2	лист бумаги
β (бета)	электрон	⁰₋₁e	A тот же, Z + 1	пластина алюминия
γ (гамма)	фотон — электромагнитное излучение	γ	A и Z не меняются	толстый слой свинца

Чем больше масса и заряд частицы, тем слабее она проникает через вещество: α < β < γ.

Ловушка ЕНТ

При β-распаде вылетает отрицательная частица, но заряд ядра увеличивается на 1: сумма должна сойтись, 82 = 83 + (−1). Иногда из Z вычитают единицу — так получают элемент не с той стороны таблицы.

Ядерные уравнения: ΣA и ΣZ

Урок 5впишите A и Z

ΣA слева = ΣA справаверхние числа ΣZ слева = ΣZ справанижние числа

Частицы наизустьНажмите на карточку: что это за частица?

Игра «Уравняй»Впишите массовое и зарядовое числа частицы X и нажмите «Проверить». Элемент находите по Z.

Ловушка ЕНТ

Элемент находят по зарядовому числу Z. В реакции ⁵⁶₂₆Fe + ²₁H → ¹₀n + X получается Z = 27 — это кобальт ⁵⁷₂₇Co. Иногда называют никель — это неверно: у никеля Z = 28.

Ловушка ЕНТ

Один α-распад и два β-распада возвращают заряд ядра: получается изотоп того же элемента, легче на 4. ²³⁹₉₂U → ²³⁵₉₂U.

Ядерная реакция и химическая реакция

Урок 5смотрите реакцию 1919 года

Ядерная реакция — процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей (протоном, нейтроном, электроном), при котором меняются состав и структура ядра, вылетают новые частицы и γ-кванты.

Признак	Химическая	Ядерная
Что меняется	связи между атомами, молекулы	состав самого ядра
Новый элемент	нет, элементы сохраняются	да
Что выделяется	тепло, свет, газ, осадок	частицы и излучение

Ядерные реакции нужны в медицине (лучевая терапия), энергетике (атомные электростанции) и науке (возраст находок по ¹⁴C, новые элементы).

1919 год, Э. Резерфорд: ядро азота поглотило α-частицу и выбросило протон — впервые человек превратил один элемент в другой. Это первая искусственная ядерная реакция.

ИграХимическая или ядерная? Разложите признаки и примеры.

Ловушка ЕНТ

В химической реакции ядра атомов не меняются — меняются только связи и электроны внешнего уровня. Новый элемент появляется только в ядерной реакции.

Разбор задач

открывайте по шагам

Модели и схемы упрощены для обучения: размеры ядер и атомов не в масштабе, в ядрах показаны не все нуклоны, доли изотопов и цепочки распадов — учебные.