Зміст:

1 Як знайти кількість нейтронів, протонів та електронів для атомів, іонів та ізотопів
2 Склад ядра атома. Розрахунок протонів і нейтронів

Як знайти кількість нейтронів, протонів та електронів для атомів, іонів та ізотопів

Матерія, ну, має значення. Атоми, окремо як елементи, або в групах молекул, складають всю матерію. Дії, взаємодії та реакції атомів викликають і створюють фізичний світ. Отже, світ залежить від балансу і дисбалансу протонів, нейтронів та електронів в атомах, ізотопах та іонах.

TL; DR (занадто довго; не читав)

Кількість протонів в атомах, ізотопах та іонах дорівнює атомному номеру елемента. Кількість нейтронів дорівнює масовій кількості атома мінус атомне число. Атомне число та середня атомна маса (середньозважене масове число всіх ізотопів) можна знайти в Періодичній таблиці. Кількість електронів у нейтральних атомах та ізотопах дорівнює кількості протонів. В іонах кількість електронів дорівнює кількості протонів плюс або мінус протилежно заряду на іон. Іон із зарядом плюс два (+2) має два менше електрона, ніж протони. Іон з мінус одним (-1) зарядом має ще один електрон, ніж протони.

Атомна структура

Усі атоми складаються з безлічі крихітних частинок, три основні частинки – протони, нейтрони та електрони. Ядро, центр атома, містить протони та нейтрони атома. Електрони кружляють навколо ядра. Протони несуть позитивні заряди. Нейтрони не мають заряду. Електрони мають негативні заряди. У нейтральному атомі, атомі без будь-якого позитивного чи негативного заряду, кількість протонів дорівнює кількості електронів. Однак кількість нейтронів у ядрі може змінюватися.

Замовлення атомів

Періодична таблиця елементів розміщує елементи в порядку за атомним номером. Спираючись на роботи багатьох вчених, Дмитро Менделєєв організував Періодичну таблицю на основі атомної маси. З розширеним розумінням структури атомів невелика організаційна зміна Періодичної таблиці призвела до порядку, який сьогодні бачите, з елементами впорядкованості за кількістю протонів. Так, водень, номер один на Періодичній таблиці, містить один протон у своєму ядрі. Гелій, номер два на Періодичній таблиці, має в своєму ядрі два протони. Платина, номер 78, має 78 протонів.

Атоми, ізотопи та іони

Усі атоми елемента містять однакову кількість протонів. Всі атоми вуглецю мають 6 протонів. Всі атоми свинцю мають 82 протони. Але не всі атоми елемента мають однакову масу. Атоми вуглецю зазвичай мають масове число 12, але можуть мати масове число 13 або 14. Свинець зазвичай має масове число 208, але може мати масове число 207, 206 або 204. Атоми з тим же атомним числом, але різною масою числа називають ізотопами. Отже, насправді атоми та ізотопи – це синонімічні терміни. Різні ізотопи елемента залишаються варіаціями одного атома.

Скорочене позначення ізотопів показує назву або символ елемента, за яким слід номер маси ізотопів. Наприклад, вуглець з масовим числом 12 буде записаний вуглець-12 або С-12. Свинець з масовим числом 208 буде записаний свинцем-208 або Pb-208. Інакше ізотоп може бути записаний так: 208 ₈₂ Pb.

Іони виникають, коли атом набирає або втрачає електрони. Елементи набирають або втрачають електрони з різним ступенем легкості. Деякі атоми легко набирають електрони, а інші легко втрачають електрони. За кількома винятками, атоми або отримують, або втрачають електрони, але вони не роблять обох. Вуглець, один з винятків, може отримати або втратити чотири валентні (зовнішній шар або оболонку) електрони. Скорочення хімії для іонів показує хімічний символ із дисбалансом заряду, записаним у вигляді надриву. Наприклад, іон літію буде записаний як Li +1 .

Розрахунок протонів

Пошук кількості протонів вимагає читання Періодичної таблиці, а не проведення будь-яких обчислень. Будь атом, ізотоп чи іон, атомне число дорівнює кількості протонів. Якщо атомне число 18 (аргон), число протонів дорівнює 18. Атомне число 3 (літій) означає, що елемент має 3 протони. Знайдіть атомний номер елемента на Періодичній таблиці, щоб знайти кількість протонів.

Розрахунок нейтронів

Масове число атома дорівнює кількості протонів плюс кількості нейтронів. Переставляючи рівняння, кількість нейтронів дорівнює масовому числу мінус атомне число. Пам’ятайте, атомне число дорівнює кількості протонів. Отже, масове число свинцю, 208, мінус атомне число, 82, дорівнює 126. Математично кажучи, 208-82 = 126, або 126 нейтронів у найпоширенішому ізотопі свинцю. Ізотопний свинець-204 має 122 нейтрони, тому що 204-82 = 122. Швидкий застереження: атомна маса, показана в Періодичній таблиці, як правило, показує середньозважену масу всіх ізотопів елемента.

Обчислення електронів

В атомах та ізотопах для обчислення кількості електронів потрібно пам’ятати, що в нейтральному атомі або нейтральному ізотопі позитивні та негативні заряди будуть рівні. Іншими словами, кількість електронів дорівнює кількості протонів. Знаходження атомного числа на Періодичній таблиці дає не тільки кількість протонів, а й кількість електронів у нейтральному атомі чи ізотопі.

У незбалансованому атомі чи ізотопі кількість протонів не дорівнює кількості електронів. Різниця між цими двома частинками є наслідком дисбалансу позитивних і негативних зарядів. Отже, атом з іонним зарядом +2 має ще два протони, ніж електрони. Наприклад, елемент кальцій має атомне число 20, тому атом має 20 протонів. Іон кальцію з позитивним зарядом +2 має ще два протони, ніж електрони. Обчислення кількості електронів стає 20-2 = 18, або 18 електронів. З іншого боку Періодичної таблиці фтор, атомний номер 9, має 9 протонів і часто утворює іон із -1 зарядом, додаючи додатковий електрон до своєї зовнішньої оболонки. У цьому випадку атом має ще один негативний електрон, ніж позитивні протони. Математично обчисліть загальну кількість електронів, додавши один електрон до числа протонів, 9 + 1 = 10. Тому іон фтору має 9 протонів та 10 електронів.

Які заряди протонів, нейтронів та електронів?

Атоми складаються з трьох різно заряджених частинок: позитивно зарядженого протона, негативно зарядженого електрона і нейтрального нейтрона.

Розташування протонів, нейтронів та електронів у структурі атома

Можна порівняти будову атома із Сонячною системою, де електрони обходять ядро приблизно так, як планети, що обертаються навколо Сонця. Сонце – найважча річ у Сонячній системі, а ядро утримує більшу частину маси атома. У Сонячній системі гравітація тримає планети у своїх .

Як знайти скільки протонів, нейтронів та електронів знаходиться в ізотопах

Використовуйте Періодичну таблицю та число мас для оцінки структури атома. Атомне число дорівнює протонам. Масове число мінус атомне число дорівнює нейтронам. У нейтральних атомах електрони дорівнюють протонам. У незбалансованих атомах знайдіть електрони, додавши протони протилежний заряд іона.

Склад ядра атома. Розрахунок протонів і нейтронів

Згідно з сучасними уявленнями, атом складається з ядра і розташованих навколо нього електронів. Ядро атома, у свою чергу, складається з менших елементарних частинок ‒ з певної кількості протонів та нейтронів (загальноприйнята назва для яких – нуклони), що пов’язані між собою ядерними силами.

Кількість протонів в ядрі визначає будову електронної оболонки атома. А електронна оболонка визначає фізико-хімічні властивості речовини. Число протонів відповідає порядковому номеру атома в періодичній системі хімічних елементів Менделєєва, іменується також зарядове число, атомний номер, атомне число. Наприклад, число протонів у атома Гелія – 2. У періодичній таблиці він стоїть під номером 2 і позначається як He₂ Символом для позначення кількості протонів служить латинська літера Z. При запису формул часто цифра, яка вказує на кількість протонів, розташовується знизу від символу елемента або праворуч, або ліворуч: He₂ / ₂He.

Кількість нейтронів відповідає певному ізотопу того чи іншого елемента. Ізотопи – це елементи з однаковим атомним номером (однаковою кількістю протонів і електронів), але з різним масовим числом. Масове число – загальна кількість нейтронів і протонів в ядрі атома (позначається латинською буквою А). При запису формул масове число вказується вгорі символу елемента з однієї зі сторін: He 4 ₂/ 4 ₂He (Ізотоп Гелія – Гелій – 4)

Таким чином, щоб дізнатися число нейтронів в тому чи іншому ізотопі, слід від загального масового числа відняти число протонів. Наприклад, нам відомо, що в атомі Гелія-4 He 4 ₂ іститься 4 елементарні частинки, оскільки масове число ізотопу – 4. При цьому нам відомо, що He 4 ₂ має 2 протони. Віднявши від 4 (загальне масове число) 2 (кількість протонів) отримуємо 2 – кількість нейтронів в ядрі Гелія-4.

ПРОЦЕС РОЗРАХУНКУ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО В ЯДРІ АТОМА. Як приклад ми не випадково розглянули Гелій-4 (He 4 ₂), ядро якого складається з двох протонів і двох нейтронів. Оскільки ядро Гелія-4, іменоване альфа-частинкою (α-частинка) володіє найбільшою ефективністю в ядерних реакціях, його часто використовують для експериментів у цьому напрямку. Варто відзначити, що в формулах ядерних реакцій часто замість He 4 ₂ використовується символ α.

Саме за участю альфа-частинок була проведена Е. Резерфордом перша в офіційній історії фізики реакція ядерного перетворення. В ході реакції α-частинками (He 4 ₂) «бомбардувалися» ядра ізотопу азоту (N 14 ₇), внаслідок чого утворився ізотоп оксигена (O 17 ₈) і один протон (p 1 ₁)

Ця ядерна реакція виглядає таким чином:

Здійснимо розрахунок кількості фантомних частинок По до і після цього перетворення.

ДЛЯ РОЗРАХУНКУ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО НЕОБХІДНО:
Крок 1. Порахувати кількість нейтронів і протонів у кожному ядрі:
– кількість протонів зазначено в нижньому показнику;
– кількість нейтронів дізнаємося, віднявши від загального масового числа (верхній показник) кількість протонів (нижній показник).

Крок 2. Порахувати кількість фантомних частинок По в атомному ядрі:
– помножити кількість протонів на кількість фантомних частинок По, що містяться в 1 протоні;
– помножити кількість нейтронів на кількість фантомних частинок По, що містяться в 1 нейтроні;

Крок 3. Скласти кількість фантомних частинок По:
– скласти отриману кількість фантомних частинок По в протонах з отриманою кількістю в нейтронах в ядрах до реакції;
– скласти отриману кількість фантомних частинок По в протонах з отриманою кількістю в нейтронах в ядрах після реакції;
– порівняти кількість фантомних частинок По до реакції з кількістю фантомних частинок По після реакції.

ПРИКЛАД РОЗГОРНУТОГО ОБЧИСЛЕННЯ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО В ЯДРАХ АТОМІВ.
(Ядерна реакція за участю α-частинки (He 4 ₂), що проведена Е. Резерфордом у 1919 році)

ДО РЕАКЦІЇ (N 14 ₇ + He 4 ₂)
N 14 ₇

Кількість протонів: 7
Кількість нейтронів: 14-7 = 7
Кількість фантомних частинок По:
в 1 протоні – 12 По, таким чином у 7 протонах: (12 х 7) = 84;
в 1 нейтроні – 33 По, таким чином у 7 нейтронах: (33 х 7) = 231;
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 84+231 = 315

He 4 ₂
Кількість протонів – 2
Кількість нейтронів 4-2 = 2
Кількість фантомних частинок По:
в 1 протоні – 12 По, таким чином у 2 протонах: (12 х 2) = 24
в 1 нейтроні – 33 По, таким чином у 2 нейтронах: (33 х 2) = 66
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 24+66 = 90

Разом кількість фантомних частинок По до реакції

N 14 ₇ + He 4 ₂
315 + 90 = 405

ПІСЛЯ РЕАКЦІЇ (O 17 ₈) и один протон (p 1 ₁):
O 17 ₈
Кількість протонів: 8
Кількість нейтронів: 17-8 = 9
Кількість фантомних частинок По:
в 1 протоні – 12 По, таким чином у 8 протонах: (12 х 8) = 96
в 1 нейтроні – 33 По, таким чином у 9 нейтронах: (9 х 33) = 297
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 96+297 = 393

p 1 ₁
Кількість протонів: 1
Кількість нейтронів: 1-1=0
Кількість фантомних частинок По:
в 1 протоні – 12 По
Нейтроны отсутствуют.
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 12

Разом кількість фантомних частинок По після реакції
(O 17 ₈ + p 1 ₁):
393 + 12 = 405

Порівняємо кількість фантомних частинок По до і після реакції:

Кількості фантомних частинок По до і після реакції рівні.

ПРИКЛАД СКОРОЧЕНОЇ ФОРМИ ОБЧИСЛЕННЯ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО В ЯДЕРНІЙ РЕАКЦІЇ

Тут і далі розрахунки кількості фантомних частинок По приведені в скороченій формі, в якій відображена загальна кількість фантомних частинок По в кожному ядрі, а також їхня сума до і після реакції.

Відомою ядерної реакцією є реакція взаємодії α-частинок з ізотопом берилію, при якій вперше був виявлений нейтрон, який виявив себе як самостійна частинка в результаті ядерного перетворення. Ця реакція була здійснена в 1932 році англійським фізиком Джеймсом Чедвіком. Формула реакції:

213 + 90 → 270 + 33 – кількість фантомних частинок По в кожному з ядер

303 = 303 – загальна сума фантомних частинок По до і після реакції