Химические элементы
Химический элемент
Надо заметить, что на экзамене часто из карточки элемента скрывают распределение электронов и конфигурацию внешнего уровня. Тем не менее, если вы успешно освоили предыдущую тему, то для вас не составит труда написать электронную конфигурацию атома зная его порядковый номер в таблице Д.И. Менделеева (номер уж точно не тронут!))
Протоны, нейтроны и электроны
Вы уже знаете, что порядковый номер элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева равен числу протонов, а число протонов равно числу электронов.
Для того чтобы найти число нейтронов в атоме алюминия, необходимо вычесть из атомной массы число протонов:
Получается, что в атоме алюминия 14 нейтронов. Посчитайте число нейтронов, электронов и протонов самостоятельно для атомов бериллия, кислорода, меди. Решение вы найдете ниже.
Если вы поняли суть и научились считать протоны, нейтроны и электроны, самое время приступать к следующей теме.
Изотопы
Лучше всего объяснить, что такое изотопы наглядным примером. Широко известны три изотопа водорода: протий, дейтерий и тритий.
Рассмотрим пример с изотопами лития. Самостоятельно посчитайте количество нейтронов у каждого изотопа. Найдите тот, который включен в таблицу Д.И. Менделеева.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Число нуклонов (протонов и нейтронов) в атоме
Как определить число нуклонов в ядре атома?
Число нуклонов в ядре атома равно массовому числу атома (относительная атомная масса химического элемента) или сумме протонов и нейтронов.
Как определить число протонов в атоме?
Число протонов в атоме равно заряду его ядра (обозначается как Z) или порядковому номеру элемента в периодической таблице Менделеева.
Как определить число нейтронов в атоме?
Где N — число нейтронов, A — атомная масса элемента (в целых числах), Z — заряд ядра атома или порядковый номер атома в периодической таблице Менделеева.
Развернутый ответ
Масса атома складывается из двух величин: масса протонов + масса нейтронов. Дело в том, что масса электронов пренебрежимо мала.
Масса нейтрона = 1,674 927 498 04(95)⋅10⁻²⁷ кг= 1,008 664 915 60(57) а.е.м.
Масса протона = 1,672 621 923 69(51)⋅10⁻²⁷ кг = 1,007276466621(53) а.е.м.
Масса электрона = 9,109383 7015(28)⋅10⁻³¹ кг = 0,000548579909065 а.е.м.
То есть даже 100 электронов дадут в сумме всего 0,0548579909065 а.е.м.
Первоначально Д. И. Менделеев в построении своей периодической таблицы исходил из атомных весов элементов. Однако, дальнейшее развитие науки показало, что свойства химических элементов находятся в прямой зависимости не от атомной массы химического элемента, а от заряда ядра его атома. Таким образом, в периодической таблице химические элементы выстроены в порядке возрастания заряда ядра атома и номер элемента в таблице соответствует заряду его ядра. А заряд ядра равен сумме протонов. То есть № (элемента) = Z (заряд ядра или число протонов).
Остаток массы ядра приходится на нейтроны. Поэтому чтобы определить число нейтронов в атоме нужно всего лишь вычесть из атомной массы число протонов, которое равно заряду ядра или порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.
Примеры
Сколько протонов и нейтронов в атоме натрия?
Ar (Na) = 23 а.е.м.
Z (Na) = 11 (протонов)
N = Ar (Na) — Z (Na) = 23 — 11 = 12 (нейтронов)
Ответ: число протонов в атоме натрия равно 11, а число нейтронов в атоме натрия равно 12.
Сколько протонов и нейтронов в атоме фосфора?
Ar (P) = 31 а.е.м.
Z (P) = 15 (протонов)
N = Ar (P) — Z (P) = 31 — 15 = 16 (нейтронов)
Ответ: число протонов в атоме фосфора равно 15, а число нейтронов в атоме фосфора равно 16.
Сколько протонов и нейтронов в атоме золота?
Ar (Au) = 197 а.е.м.
Z (Au) = 79 (протонов)
N = Ar (Au) — Z (Au) = 197 — 79 = 118 (нейтронов)
Ответ: число протонов в атоме золота равно 79, а число нейтронов в атоме золота равно 118.
Сколько протонов и нейтронов в атоме кремния?
Ar (Si) = 28 а.е.м.
Z (Si) = 14 (протонов)
N = Ar (Si) — Z (Si) = 28 — 14 = 14 (нейтронов)
Ответ: число протонов и нейтронов в атоме кремния равно 14.
Сколько протонов и нейтронов в атоме углерода?
Ar (C) = 12 а.е.м.
Z (C) = 6 (протонов)
N = Ar (C) — Z (C) = 12 — 6 = 6 (нейтронов)
Ответ: число протонов и нейтронов в атоме углерода равно 6.
Сколько протонов и нейтронов в атоме калия?
Ar (K) = 39 а.е.м.
Z (K) = 19 (протонов)
N = Ar (K) — Z (K) = 39 — 19 = 20 (нейтронов)
Ответ: число протонов в атоме калия равно 19, а число нейтронов в атоме калия равно 20.
Сколько протонов и нейтронов в атоме железа?
Ar (Fe) = 39 а.е.м.
Z (Fe) = 19 (протонов)
N = Ar (Fe) — Z (Fe) = 56 — 26 = 30 (нейтронов)
Ответ: число протонов в атоме железа равно 19, а число нейтронов в атоме железа равно 30.
Сколько протонов и нейтронов в атоме алюминия?
Сколько протонов и нейтронов в атоме фтора?
Ar (F) = 19 а.е.м.
Z (F) = 9 (протонов)
N = Ar (F) — Z (F) = 19 — 9 = 10 (нейтронов)
Ответ: число протонов в атоме фтора равно 9, а число нейтронов в атоме фтора равно 10.
Сколько протонов и нейтронов в атоме хлора?
Ar (Cl) = 35 а.е.м.
Z (Cl) = 17 (протонов)
N = Ar (Cl) — Z (Cl) = 35 — 17 = 18 (нейтронов)
Ответ: число протонов в атоме хлора равно 17, а число нейтронов равно 18.
Сколько протонов и нейтронов в атоме кислорода?
Ar (O) = 16 а.е.м.
Z (O) = 8 (протонов)
N = Ar (O) — Z (O) = 16 — 8 = 8 (нейтронов)
Ответ: число протонов и нейтронов в атоме кислорода равно 8.
Сколько протонов и нейтронов в атоме серы?
Ar (S) = 32 а.е.м.
Z (S) = 16 (протонов)
N = Ar (S) — Z (S) = 32 — 16 = 16 (нейтронов)
Ответ: число протонов и нейтронов в атоме серы равно 16.
Сколько протонов и нейтронов в атоме магния?
Ar (Mg) = 32 а.е.м.
Z (Mg) = 16 (протонов)
N = Ar (Mg) — Z (Mg) = 24 — 12 = 12 (нейтронов)
Ответ: число протонов в атоме магния равно 16, а число нейтронов равно 12.
Сколько протонов и нейтронов в атоме цинка?
Ar (Zn) = 65 а.е.м.
Z (Zn) = 30 (протонов)
N = Ar (Zn) — Z (Zn) = 65 — 30 = 35 (нейтронов)
Ответ: число протонов в атоме цинка равно 30, а число нейтронов в атоме цинка равно 35.
Как узнать число протонов в ядре
Таким образом, атом представляет собой материальную систему, состоящую из ядра и электронной оболочки.
Атомы очень маленькие – так, по толщине бумажного листа укладываются сотни тысяч атомов. Размеры атомных ядер – еще в сто тысяч раз меньше размеров атомов.
Ядра атомов заряжены положительно, но состоят они не только из протонов. Ядра содержат еще и нейтральные частицы, открытые в 1932 году и названные нейтронами. Протоны и нейтроны вместе носят название нуклоны – то есть ядерные частицы.
Любой атом в целом электронейтрален, а это значит, что число электронов в электронной оболочке атома равно числу протонов в его ядре.
Нейтрон
1932
Джозеф Джон Томсон
Джеймс Чедвик
n o
значение
ЭЛЕКТРОН, ПРОТОН, НЕЙТРОН, НУКЛОН, ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА.
1.Определите, насколько масса протона меньше массы нейтрона. Какую часть от массы протона составляет эта разница (выразите ее в виде десятичной дроби и в процентах)?
2.Во сколько раз (приближенно) масса любого нуклона больше массы электрона?
3.Определите, какую часть от массы атома составит масса его электронов, если в состав атома входят 8 протонов и 8 нейтронов. 4.Как вы думаете, удобно ли использовать единицы международной системы единиц измерений (СИ) для измерений масс атомов?
Между всеми заряженными частицами атома действуют электрические (электростатические) силы: электроны атома притягиваются к ядру и вместе с тем отталкиваются друг от друга. Действие заряженных частиц друг на друга передается электрическим полем. 
Вам знакомо уже одно поле – гравитационное. Подробнее о том, что такое поля, и о некоторых их свойствах вы узнаете из курса физики.
Все протоны в ядре заряжены положительно и за счет электрических сил отталкиваются друг от друга. Но ядра же существуют! Следовательно, в ядре, кроме электростатических сил отталкивания, действует еще какое-то взаимодействие между нуклонами, за счет сил которого они притягиваются друг к другу, причем это взаимодействие – значительно сильнее электростатического. Эти силы называются ядерными силами, взаимодействие – сильным взаимодействием, а поле, передающее это взаимодействие – сильным полем.
В отличие от электростатического, сильное взаимодействие ощущается только на коротких расстояниях – порядка размеров ядер. Но силы притяжения, вызванные этим взаимодействием (Fя). во много раз больше электростатических (Fэ). Отсюда – » прочность» ядер во много раз больше » прочности» атомов. Поэтому в химических явлениях изменяется только электронная оболочка, а ядра атомов остаются неизменными.
Атомное ядро – сложная положительно заряженная частица, состоящая из нуклонов, связанных между собой ядерными силами.
Плотность вещества ядер огромна: она примерно равна 100 миллионам тонн на кубический сантиметр, что несоизмеримо с плотностью любого химического вещества.
ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА, АТОМНОЕ ЯДРО, МАССОВОЕ ЧИСЛО, ЧИСЛО ПРОТОНОВ, ЧИСЛО НЕЙТРОНОВ.
Для обозначения нуклидов используют символы элементов (вы помните, что они могут обозначать и один атом) с левыми индексами: верхний равен массовому числу, нижний – числу протонов. Примеры обозначения нуклидов:
в общем случае 
Так как заряд ядра определяется числом протонов, то химическим элементом можно назвать совокупность нуклидов с одинаковым числом протонов.Вспомнив сказанное в начале параграфа, мы можем уточнить один из важнейших химических законов.
При химических реакциях (и при физических взаимодействиях, не затрагивающих ядра) нуклиды не возникают, не исчезают и не превращаются друг в друга.
Итак, массовое число равно сумме числа протонов и числа нейтронов: А = Z + N. У нуклидов одного элемента заряд ядра одинаков (Z = const), а число нейтронов N? У нуклидов одного элемента число нейтронов в ядре может быть одинаковым, а может и отличаться. Поэтому и массовые числа нуклидов одного элемента могут быть разными. Примеры нуклидов одного элемента с разными массовыми числами – различные устойчивые нуклиды олова, характеристики которых приведены в табл. 12. У нуклидов с одинаковыми массовыми числами масса одинакова, а у нуклидов с разными массовыми числами – разная. Отсюда следует, что атомы одного элемента могут отличаться по массе.
Изотоп – совокупность нуклидов одного элемента с одинаковым массовым числом.
Следовательно, у нуклидов одного изотопа одинаковое число протонов (так как это один элемент), одинаковое число нейтронов (так как это один изотоп) и, естественно, одинаковая масса. Такие нуклиды совершенно одинаковы и потому принципиально неразличимы. (В физике под словом «изотоп» иногда подразумевают и одинт нуклид данного изотопа)
Нуклиды разных изотопов одного элемента отличаются массовыми числами, то есть числами
нейтронов, и массой.
 |  |  |
| Изотопы элемента водорода | Изотопы элемента кислорода | Изотопы элемента хлора |
Общее число известных ученым нуклидов приближается к 2000. Из них устойчивы, то есть существуют в природе, около 300. Элементов в настоящее время, включая искусственно полученные, известно 110.(Среди нуклидов физики выделяют изобары— нуклиды с одинаковой массой(независимо от заряда))
Многие элементы имеют по одному природному изотопу, например, Be, F, Nа, Al, P, Mn, Co, I, Au и некоторые другие. Но большинство элементов имеют по два, по три и более устойчивых изотопа.
Для описания состава атомных ядер иногда рассчитывают доли протонов или нейтронов в этих ядрах.
| Доля – отношение числа тех объектов, долю которых мы определяем, к общему числу объектов. |
где Di – доля интересующих нас объектов (например, седьмых),
N1 – число первых объектов,
N2 – число вторых объектов,
N3 – число третьих объектов,
Ni – число интересующих нас объектов (например, седьмых),
Nn – число последних по счету объектов.
Для сокращения записи формул в математике знаком 
обозначают сумму всех чисел Ni, от первого (i = 1) до последнего (i = n). В нашей формуле это означает, что суммируются числа всех объектов: от первого (N1) до последнего (Nn).
Пример. В коробке лежат 5 зеленых карандашей, 3 красных и 2 синих; требуется определить долю красных карандашей.
Доля может выражаться простой или десятичной дробью, а также в процентах, например:
Из количественных характеристик атома вам уже знакомы массовое число, число нейтронов в ядре, число протонов в ядре и заряд ядра.
Так как заряд протона равен элементарному положительному заряду, то число протонов в ядре (Z) и заряд этого ядра (qя), выраженный в элементарных электрических зарядах, численно равны. Поэтому, как и число протонов, заряд ядра обычно обозначают буквой Z.
Число протонов одинаково для всех нуклидов какого-либо элемента, поэтому оно может использоваться как характеристика этого элемента. В этом случае оно называется атомным номером.
| Атомный номер элемента – характеристика химического элемента, равная числу протонов в ядре любого нуклида этого элемента. |
Атомная единица массы с точностью, достаточной в химии, равна массе любого нуклона и близка к массе атома водорода, ядро которого состоит из одного протона. В 11-м классе из курса физики вы узнаете, почему она в действительности несколько меньше массы любой из этих частиц. Из соображений удобства измерений атомная единица массы определяется через массу нуклида самого распространенного изотопа углерода.
Обозначается атомная масса нуклида буквами Аr с указанием символа нуклида, например:
Аr( 16 O) – атомная масса нуклида 16 O,
Ar( 35 Cl) – атомная масса нуклида 35 Сl,
Ar( 27 Аl) – атомная масса нуклида 27 Аl.
Если у элемента есть несколько изотопов, то этот элемент состоит из нуклидов с разной массой. В природе изотопный состав элементов обычно постоянен, поэтому для каждого элемента можно посчитать среднюю массу атомов этого элемента (
):
Атомная масса элемента – средняя масса атомов элемента в природной смеси изотопов этого элемента, выраженная в атомных единицах массы (дальтонах).
Так как атомная масса элемента и средняя масса атома этого элемента – одна и та же физическая величина, выраженная в разных единицах измерений, то и формула для вычисления атомной массы элемента аналогична формуле для вычисления средней массы атомов этого элемента:
АТОМНЫЙ НОМЕР ЭЛЕМЕНТА, МАССА АТОМА (НУКЛИДА),АТОМНАЯ МАССА НУКЛИДА, АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ, АТОМНАЯ МАССА ЭЛЕМЕНТА 1)Определите число нейтронов N и число электронов N(е– ) в следующих атомах: 
.
Какова доля протонов в ядре каждого из этих атомов?
2)Изотопами каких элементов являются нуклиды, содержащие в ядре
4)Какова доля а) атомов кислорода в оксиде азота N2O5; б) атомов серы в серной кислоте? 5)Принимая атомную массу нуклида численно равной массовому числу, рассчитайте атомную массу бора, если природная смесь изотопов бора содержит 19% изотопа 10 В и 81% изотопа 11 В.
6)Принимая атомную массу нуклида численно равной массовому числу, рассчитайте атомные массы следующих элементов, если доли их изотопов в природной смеси (изотопный состав) составляют: а) 24 Mg – 0,796 25 Mg – 0,091 26 Mg – 0,113
б) 28 Si – 92,2 % 29 Si – 4,7 % 30 Si – 3,1 %
в) 63 Cu – 0,691 65 Cu – 0,309
7)Определите изотопный состав природного таллия (в долях соответствующих изотопов), если в природе встречаются изотопы таллий-207 и таллий-203, а атомная масса таллия равна 204,37 Дн.
8)Природный аргон состоит из трех изотопов. Доля нуклидов 36 Аr составляет 0,34%. Атомная масса аргона – 39,948 Дн. Определите, в каком соотношении встречаются в природе 38 Аr и 40 Аr.
9)Природный магний состоит из трех изотопов. Атомная масса магния – 24,305 Дн. Доля изотопа 25 Mg – 9,1%. Определите доли остальных двух изотопов магния с массовыми числами 24 и 26.
10)В земной коре (атмосфере, гидросфере и литосфере) атомы лития-7 встречаются примерно в 12,5 раз чаще, чем атомы лития-6. Определите атомную массу лития.
11)Атомная масса рубидия – 85,468 Дн. В природе встречаются 85 Rb и 87 Rb. Определите, во сколько раз легкого изотопа рубидия больше, чем тяжелого.
Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору
Как определить количество элементарных частиц в атоме?
Под элементарными частицами в данном контексте нужно понимать нейтроны, протоны и электроны. Т.е. количество элементарных частиц в атоме равно сумме нейтронов, протонов и электронов этого атома.
Таким образом, вопрос можно разделить на два других:
Но в данном случае нам даже не нужно вычислять число нейтронов и протонов в ядре атома — эта информация у нас уже есть! Массовое число (относительная атомная масса) химического элемента есть сумма числа протонов и нейтронов в ядре атома.
Также напомню, что в нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, которое, в свою очередь, равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева.
Таким образом можно составить простейшую формулу для вычисления числа элементарных частиц в атоме:
Где A — массовое число атома химического элемента, а Z — заряд ядра атома (порядковый номер элемента).
Если же вам нужно знать число отдельных элементарных частиц, то:
Примеры
Определить количество элементарных частиц в атоме 7 Li.
Порядковый номер элемента 3 поэтому в атоме содержится 3 электрона.
N (частиц) = 7 (массовое число) + 3 (порядковый номер) = 10
Определить количество элементарных частиц в атоме 59 Ni.
Порядковый номер элемента 28 поэтому в атоме содержится 28 электронов.
N (частиц) = 59 (массовое число) + 28 (порядковый номер) = 87
Определить количество элементарных частиц в атоме 96 Mo.
Порядковый номер элемента 42 поэтому в атоме содержится 42 электрона.
N (частиц) = 96 (массовое число) + 42 (порядковый номер) = 138
Определить количество элементарных частиц в атоме 207 Pb.
Порядковый номер элемента 82 поэтому в атоме содержится 82 электрона.
N (частиц) = 207 (массовое число) + 82 (порядковый номер) = 289
Как узнать число протонов в ядре
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
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
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
В атоме гелия 2 нейтрона
Модель атома гелия:
С помощью фрагмента таблицы Менделеева найти количество протонов, нейтронов и электронов в атоме лития
Массу атома округлить до 7.
