если в атоме электронов стало больше по количеству чем протонов то какой заряд имеет атом
Атом. Ион
Текст является частью пособия по химии.
Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна. https://vk.com/bch_5
Авторские права защищены. При копировании и передаче текста указание автора и ссылка на ВК обязательны.
Распространение и изучение текста приветствуется. – Давайте станем более информированными.
Курсивом набран текст пояснений, напоминаний или фактов на будущее. При первом чтении или спешке его можно не читать.
Справа расположены рекомендации.
Параграф 1: Элементарные частицы
Параграф 2: Атом
Параграф 3: Ионы
Параграф 1: Элементарные частицы
В природе есть вещицы, которые называют:
протонами, электронами и нейтронами.
Эти частицы относятся к элементарным частицам.
Эти три – основные, но есть и множество других.
Элементарные частицы очень маленькие по размерам, он не видны в микроскопы.
Масса элементарных частиц
Кратко: масса протона и нейтрона – по 1, масса электрона почти ноль.
Масса протона равна условной единице.
(См. определение атомной единицы массы).
Масса нейтрона почти равна массе протона, то есть тоже единице.
Масса электрона не ноль, но в 1836 раз меньше протона, и часто не учитывается.
Оформим эти сведения в виде маленькой таблицы для упрощения усвоения:
Протон Нейтрон Электрон
Масса 1 1 Почти 0
Заряды элементарных частиц (электрические заряды)
Кратко: заряд нейтрона – ноль, протона – плюс 1, электрона – минус 1.
Что такое электрический заряд?
Существует такое свойство тел, которое называют электрическим зарядом.
Наличие электрического заряда проявляется в способности реагировать на другие предметы, имеющие электрический заряд.
Реакция (заряженного тела на заряд другого) проявляется в том, что предмет, имеющий электрический заряд,
— или притягивается к другому заряженному предмету,
— или отталкивается от него.
Типы эл. зарядов.
Заряд бывает двух типов – один тип эл. заряда назван положительным, а другой тип – отрицательным.
Принято говорить, что положительный и отрицательный – разноимённые.
Положительный заряд притягивается к отрицательному (то есть разноимённые заряды притягиваются). Точнее, тела с такими зарядами.
Положительный от положительного отталкивается, отрицательный от отрицательного тоже отталкивается.
(То есть одноимённые отталкиваются – точнее, тела с одноимёнными зарядами).
Заряд нейтрона
У нейтрона нет электрического заряда, то есть он электронейтрален (отсюда и его название – нейтрон). То есть нейтрон не реагирует на частицы с эл. зарядом.
Заряды протона и нейтрона
У протона и электрона есть электрические заряды –
равные по величине, но противоположные по «знаку». –
Заряд протона считается положительным,
а заряд электрона считается отрицательным.
Величина заряда
Величина заряда протона или электрона принята за условную единицу.
Суммарный заряд протона и электрона равен нулю. (Сумма электро-нейтральна).
(Плюс один и минус один в сумме дают ноль.)
Когда число протонов равно числу электронов, то суммарный заряд равен нулю.
Если число протонов больше или меньше числа электронов – заряд не нулевой.
Таблицы «Заряды элементарных частиц»:
Протон Электрон Нейтрон
Заряд Плюс 1 Минус 1 0
Обобщение по свойствам элементарных частиц.
Таким образом, у нейтрона нет заряда, а у электрона почти нет массы.
Массы протона и нейтрона – по единице.
Заряды протона и электрона – по единице.
Свойства протона: масса 1 и заряд +1.
Свойства нейтрона: масса 1 и заряд 0.
Свойства электрона: масса 0 и заряд –1.
Обобщим сведения об основных свойствах элементарных частиц в таблице:
«Свойства элементарных частиц»
Протон Электрон Нейтрон
Масса 1 0 1
Заряд Плюс 1 Минус 1 Ноль
(нет заряда)
Это очень простые сведения.
Но из них есть множество важных выводов.
Из них выводится множество фактов. Так что эту таблицу – знать.
Элементарные частицы в природе
Потоки протонов и электронов распространяются от Солнца по всей Солнечной системе!
В каком виде существуют элементарные частицы в природе?
В «свободном виде» протоны и электроны есть в Солнце и многих других звёздах.
От Солнца протоны и электроны распространяются прочь от Солнца – по Солнечной системе. Этот поток заряженных частиц называют солнечным ветром.
Солнечный ветер оказывает влияние на жизнь людей:
он может приводить к сбоям техники, электроники, связи!
А если бы не атмосфера (воздушная оболочка Земли), то солнечный ветер мог бы погубить живые организмы Земли!
Но на Земле протоны, электроны и нейтроны обычно объединяются,
образуя системы: а-то-мы. (См. также ионы).
В космосе атомы тоже есть – в молекулярных облаках между звёздами.
Параграф 2: Атом
Протоны, электроны и нейтроны существуют в природе обычно не по отдельности,
а объединяются в единые системы.
Часто система из элементарных частиц содержит одинаковое число протонов и электронов.
Такая система из равного числа протонов и электронов называется атомом.
Атом тоже считается частицей, но уже не элементарной.
Атом – ключевое понятие в науках о веществах.
Часто в атоме есть и нейтроны. –
Иногда нейтронов в атоме столько же, сколько и протонов, иногда меньше (у протия), а иногда нейтронов намного больше, чем протонов; чем больше в атоме протонов – тем больше и нейтронов на долю протонов.
Протоны и электроны могут входить в состав единой системы,
которая называется атомом.
(Если протонов и электронов поровну).
Как уже сказано, число протонов и электронов в атоме всегда равное.
Из-за этого суммарный заряд протонов (он равен числу протонов со знаком плюс)
и суммарный заряд электронов (он равен числу электронов со знаком минус)
в сумме дают ноль – нейтральный заряд атома как целого или просто отсутствие заряда у атома.
Параграф 3: И-о-ны
Некоторые атомы могут присоединять к себе «лишние» электроны.
Некоторые атомы могут терять свои электроны (обычно от 1 до 7).
После потери электрона или присоединения электронов заряд атома перестаёт быть нулевым, и атом уже не атом!
Если атом теряет электрон или присоединяет к себе электрон, то он:
перестаёт быть нейтральным, перестаёт считаться атомом,
и получает название ИОН.
Ион не является нейтральной частицей.
Ион всегда имеет заряд, в отличие от атома.
Ион – это бывший атом; зарядившийся атом.
Атом плюс или минус электрон(ы) = ион
Но. Зарядившиеся молекулы тоже называют ионами – см. далее!
Какие бывают ионы…
Если атом теряет электроны (а вместе с ними и отрицательные заряды),
то в возникшем ионе:
имеется дефицит отрицательных зарядов (по сравнению с бывшим атомом),
что даёт иону положительный заряд.
Кратко: потеря электронов атомом превращает его в положительный ион (катион).
Атом минус электрон(ы) = ион с положительным зарядом (катион)
Если атом присоединяет к себе электроны (и отрицательный заряд вместе с ними),
то в возникшем ионе имеется избыток отрицательных зарядов.
Кратко: приобретение электронов атомом превращает его в отрицательный ион (анион).
Атом плюс электрон(ы) = ион с отрицательным зарядом (анион)
Явление превращения атома в ион (в результате присоединения электрона или потери электрона) называется ионизацией.
Где встречаются ионы
Ионы есть везде – на Земле, в воле, почве, воздухе, организме.
В Солнце в основном ионы, а атомов мало или нет, то есть вещество в ионизированном состоянии.
Типы атомов
Сколько бывает протонов в атомах?
Об этом – в файле «Типы атомов. Химические элементы».
15 самых интригующих фактов об атомах
Все во Вселенной — от ядра Земли до самых дальних галактик — состоит из атомов. Это фундаментальная единица элемента.
К настоящему времени было идентифицировано 118 элементов (все они перечислены в периодической таблице).
Слово «атом», означающее «неделимый», происходит от древнегреческого слова «ἄτομος». Древнегреческие философы считали, что атом невозможно разделить на что-то меньшее. Однако ученые доказали этот факт неправильно в начале 20 века, когда они открыли субатомные частицы (электроны, протоны, нейтроны).
Ниже мы перечислили некоторые из наиболее интригующих фактов об атомах, которые только сделают вас умнее. Так что давайте начнем с самого короткого и простого.
1. Состав атомов
Каждый атом содержит одно ядро [в центре] и один или несколько электронов. Ядро обычно состоит из равного числа протонов и нейтронов, вместе называемых нуклонами.
2. Ядро содержит почти всю массу
Ядро, расположенное в центре атома, составляет более 99,9 % его массы, но занимает лишь одну триллионную его общего объема. Таким образом, большая часть пространства внутри атома пуста.
3. Электроны чрезвычайно малы
Электрон является наиболее активным компонентом атома, но он почти ничего не вносит в массу атома. Например, в атоме водорода масса электрона составляет всего 0,0005 массы ядра.
4. Атом может иметь электрический заряд
Электроны несут отрицательный заряд, протоны несут положительный заряд, а нейтроны не имеют электрического заряда. Атом электрически нейтрален, если он имеет одинаковое количество электронов и протонов.
Однако, если атом имеет меньше или больше протонов, чем электронов, он имеет общий положительный или отрицательный заряд (известный как Ион).
5. Что удерживает протоны и нейтроны вместе?
Ядерная сила удерживает протоны и нейтроны вместе в ядре атома. Электроны притягиваются к протонам другой силой, называемой электромагнитной силой, которая слабее ядерной силы.
6. 94 Атома естественного происхождения на Земле
Из 118 известных атомов 94 встречаются в природе, хотя некоторые встречаются в незначительных количествах. Остальные 24 были синтезированы только в лабораториях или ядерных реакторах.
7. Каждый атом уникален
Каждый атом содержит определенное количество протонов в ядре. Например, все атомы натрия содержат 11 протонов, а все атомы серебра содержат 47 протонов.
Изотоп элемента определяется числом нейтронов, а магнитные характеристики зависят от количества электронов в атоме.
8. Самый большой и самый маленький атом
Самым большим элементом (по размеру) является Франций, но поскольку он крайне нестабилен, предпочтение отдается Цезию. У него большая валентная оболочка и относительно менее эффективный заряд ядра.
Иллюстрация атома гелия | Предоставлено: Викимедиа.
9. Самый тяжелый и легкий атом
Оганессон, однако, является самым тяжелым синтетическим химическим элементом. Самым тяжелым природным элементом является Уран с атомным весом 238,029.
Элемент, который имеет самый легкий атом-это водород. У него есть только один протон, обращающийся вокруг одного электрона. Его самый распространенный изотоп, известный как Протий, состоит из одного протона и нулевых нейтронов.
10. Возможно ли преобразовать один элемент в другой?
В некоторых экстремальных условиях электромагнитная сила (которая отталкивает электроны и протоны) преодолевает сильную ядерную силу, выбрасывая нуклоны из атомного ядра и оставляя после себя совершенно другой элемент. Это именно то, что происходит при делении ядер.
Однако этот процесс [распада] является дорогостоящим и опасным. Ученые пока не смогли безопасно генерировать энергию с помощью ядерного деления.
11. Атомы в человеческом теле
Тело человека весом 70 кг состоит из 7 × 10 27 атомов. Три атома (водород, кислород и углерод) составляют до 99 процентов от общего количества.
12. Сколько атомов существует во Вселенной?
Наблюдаемая вселенная огромна: она охватывает приблизительно 93 миллиарда световых лет. Согласно теоретической оценке, в нашей вселенной насчитывается от 10 78 до 10 82 атомов.
Это не какой-то выдуманный номер. Расчеты основаны на достоверных данных (что мы знаем о вселенной). Однако между этими оценками существует огромная разница, что говорит о значительной степени ошибки. Более точные цифры будут доступны, когда мы узнаем больше о космосе.
13. Радиоактивные атомы
В нестабильном атоме силы неуравновешенны. В этом случае атомное ядро содержит избыток либо протонов, либо нейтронов. Атом пытается достичь стабильного состояния, выбрасывая свои дополнительные частицы или высвобождая энергию в других формах. Элементы, содержащие такие нестабильные ядра, называются радиоактивными.
Фермий, например, является радиоактивным элементом: его самый стабильный изотоп (Fm-257) имеет период полураспада 100,5 суток.
14. Видя атомы
Поскольку атомы невероятно малы по сравнению с длиной волны видимого света, их нельзя наблюдать даже с самым мощным в мире оптическим микроскопом.
Сканирующий туннельный микроскоп захватывает атомы кремния на поверхности кристаллического карбида кремния
Вот почему ученые используют микроскоп другого типа, известный как сканирующий туннельный микроскоп. Он может обеспечить боковое разрешение 0,1 нм и разрешение по глубине 0,01 нм, что достаточно для изображения отдельных атомов в материалах.
15. Квантовая природа атомных свойств
Поскольку атомы чрезвычайно малы по размеру, они проявляют квантовые свойства, поэтому предсказание их поведения с применением классической физики всегда приведет к неверным результатам.
Когда электрон прыгает с одного энергетического уровня (орбиты) на другой, он не перемещается в пространстве между ними. Вместо этого он исчезает с одной орбиты, а затем сразу же появляется на другой орбите.
Чтобы лучше описать и оценить их поведение, несколько атомных моделей включили в себя законы квантовой физики.
Атом: характеристики, важные для биологии. Урок 3
С древних времён люди задавались вопросом: «Из чего состоит жизнь?». Философы Древней Греции и Индии предполагали, что мельчайшей частицей всякого вещества в мире, является атом, который, по их мнению, неделим. Истинная природа атома приоткрылась намного позже.
Чтобы понять, как организованы живые системы, мы должны узнать о природе атома, его устройстве, о том, как атомы собираются в молекулы и о способах, которыми эти молекулы соединяются в вещества. Только после этого можно будет говорить о структуре клеток, а затем и организмов. Поэтому знакомство с жизнью на Земле мы начинаем с вопросов биофизики и биохимии.
Во Вселенной любая субстанция, имеющая массу и занимающая место в пространстве, определяется как материя, существующая в форме вещества (физические тела) или в форме поля (свет, гравитация и т.д.). Вещество состоит из очень мелких частиц, называемых атомами. Атом – мельчайшая единица, на уровне которой совершаются основные химические реакции. Из-за их размеров атомы долгое время не могли изучать. Только в начале XVII века учёные смогли осуществить первые эксперименты, раскрывающие физическую природу атомов.
Строение поваренной соли
Автор: OpenStax College, CC BY 3.0
Как устроен атом?
Объекты размером с атом можно «увидеть» только косвенно, используя сложную технологию, такую как туннельная микроскопия. Наглядно показав наличие электронов, Джозеф Джон Томсон впервые доказал, что атом состоит из субатомных частиц. В беседе он назвал модель атома «пудингом с изюмом», где роль изюминок выполняют электроны.
Схема работы сканирующего туннельного микроскопа: control voltages of piezotube; piezoelectric tube with electrodes — трубка с электродами; tunneling current amplifier — амперметр для измерения величины туннельного тока; distance control and scanning unit — модуль для перемещения иглы и контроля расстояния игла-образец; tip — игла; sample — образец, карту рельефа которого требуется построить; tunneling voltage; data processing and display — модуль для обработки результатов измерений и вывода карты рельефа
Автор: Michael Schmid, CC BY-SA 2.0 at
Но эта точка зрения была опровергнута. Гипотеза, выдвинутая в 1913 году датским физиком Нильсом Бором, обеспечила хорошую отправную точку для понимания современной атомной теории.
Опираясь на модель Эрнеста Резерфорда, Бор предположил, что каждый атом обладает орбитальным облаком крошечных субатомных частиц, называемых электронами, вращающимися вокруг центра, как в миниатюрной Солнечной системе, и что они излучают и поглощают энергию, переходя с одного облака орбиты на другое.
Электронная конфигурация атома углерода
Автор: Alejandro Porto, CC BY-SA 3.0
В центре каждого атома – маленькое очень плотное ядро, сформированное из двух других видов субатомных частиц: протонов и нейтронов. Современные исследования доказали, что и протоны и нейтроны также не являются неделимыми. Они состоят из кварков.
Обзор физики элементарных частиц
Автор: Headbomb, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Атом и его заряд
Атомы различаются числом протонов в ядре, количество которых определяет атомный заряд, химические свойства и место элемента в периодической таблице Д. И. Менделеева. Внутри ядра скопление протонов и нейтронов удерживается силой, которая работает только на коротких субатомных расстояниях.
Каждый протон несёт положительный (+) заряд, а электрон – отрицательный (-), нейтрон же потому так и называется, что он нейтрален. Если количество электронов в атоме совпадает с количеством протонов, то атом в целом является электрически нейтральным. Химическое поведение атома обусловлено количеством и конфигурацией его электронов.
Атомная масса
Термины «масса» и «вес» часто используются как синонимы, но они имеют несколько разное значение. Масса относится к количеству вещества, а вес описывает силу тяжести, влияющую на субпозицию вещества. Объекты, имеющие одинаковую массу, находясь на Земле будут весить больше, чем если бы они были расположены на Луне, потому что гравитационная сила Земли больше, чем у Луны. Атомная масса равна сумме масс его протонов и нейтронов. Атомы, встречающиеся в природе Земли, содержат от 1до 92 протонов и до 46 нейтронов.
Масса атомов и субатомных частиц измеряется в единицах, называемых дальтонами (Да), или атомных единицах массы (а.е.м.), в химии – «моль». Они очень малы, 1 грамм содержит 602 миллиона миллионов миллиардов а.е.м. (6.02 × 10 23). Протон весит 1,007 Да, нейтрон – 1,009 Да. Электроны весят 1/1840 Да, поэтому они почти не влияют на массу атома.
Сравнительный размер атома гелия и его ядра
Автор: User:Murkt, CC BY-SA 3.0
Электроны
Положительные заряды ядра атома нейтрализуются или уравновешиваются отрицательно заряженными электронами, расположенными в облаках (орбиталях), лежащих на разном расстоянии вокруг ядра. Атомы с одинаковым числом протонов и электронов электрически нейтральны, то есть у них нет чистого заряда. Порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева говорит о количестве электронов у его атома.
Электроны удерживаются на своих орбиталях притяжением положительно заряженного ядра. Иногда другие силы преодолевают это притяжение, и атом теряет один или несколько электронов. В других случаях атомы получают дополнительные электроны. Атомы, в которых число протонов не равно числу электронов, называются ионами – это заряженные частицы.
Природа атома – изотопы
Хотя все атомы одного элемента имеют одинаковое количество протонов, они не могут иметь одинаковое количество нейтронов. Атомы одного элемента, которые обладают разным числом нейтронов, называют изотопами этого элемента.
Большинство элементов в природе существует в виде смеси различных изотопов. Например, углерод (C) имеет 3 изотопа, каждый из которых содержит 6 протонов. Более 99% углерода в природе существует как изотоп, содержащий 6 нейтронов. Общая масса этого изотопа составляет 12 Да (6 от протонов и 6 от нейтронов). Он называется углеродом-12 и обозначается 12 C.
Большая часть из оставшихся изотопов углерода естественного происхождения составляет углерод-13 – изотоп с 7 нейтронами. Редчайший изотоп углерода – углерод-14, с 8 нейтронами. В отличие от двух других изотопов углерод-14 нестабилен – это означает, что его ядро имеет тенденцию к распаду на элементы с более низкими атомными номерами.
Ядерный распад излучает значительное количество энергии и называется радиоактивным распадом, а изотопы, которые распадаются, называются радиоактивными изотопами. Некоторые радиоактивные изотопы более нестабильны, чем другие, они разлагаются легче. Однако любой изотоп распадается с постоянной скоростью. Обычно время распада выражается как период полураспада – время, необходимое для распада половины атомов в образце.
Углерод-14 часто используется для датировки ископаемых и других материалов, он имеет период полураспада в 5730 лет. Образец, содержащий 1 грамм углерода-14 сегодня, будет содержать 0,5 г углерода-14 через 5730 лет, 0,25 г через 11 460 лет, 0,125 г через 17 190 лет м и т. д.
1: образование углерода-14 2: распад углерода-14 3: «равное» уравнение для живых организмов, а неравное-для мертвых организмов, в которых с-14 затем распадается
Автор: NikNaks, условия просмотра CC BY-SA 3.0
Соотнося различные изотопы углерода и другие элементы в биологических образцах и горных породах, учёные имеют возможность точно определять, когда эти материалы появились.
В современной биологии радиоактивность имеет широкое применение. Радиоактивные изотопы являются одним из способов метки или маркировки конкретной молекулы, чтобы исследовать её изменения, химические реакции в живых клетках и тканях. Недостаток этого метода в том, что энергетические субатомные частицы, испускаемые радиоактивными веществами, могут серьёзно повредить живой клетке, например, стать причиной её мутации, а в больших дозах и гибели. Поэтому доза безопасной радиации обязательно контролируется и регулируется.
Электроны определяют химическое поведение атомов
Ключ к химическому поведению атома лежит в числе и расположении на орбиталях его электронов. В модели Бора-Резерфорда показано, что отдельные электроны вращаются вокруг центрального ядра, но она не отражает реальности. Современная физика доказывает, что мы не можем точно определить положение любого отдельного электрона в заданное время.
Форма и расположение в пространстве s-, p-, d- и f-орбиталей.
Автор: haade, CC BY-SA 3.0
На самом деле электрон может быть где угодно, как рядом с ядром, так и далеко от него. Но конкретный электрон вероятнее всего можно найти в определённой зоне атома. Орбиталь – это та область, где скорее всего содержится данный электрон. Некоторые электронные орбитали вблизи ядра сферические (S-орбитали), другие – в виде гантели (p-орбитали). Орбитали, более удалённые от ядра, могут иметь различную форму. Независимо от расположения, орбиталь не может содержать более 2 электронов.
Большая часть атома – пустое пространство. Если представить, что ядро размером с мяч для гольфа, то первый ближайший к нему электрон расположится не ближе чем 1,6 км. По этой причине ядра двух атомов никогда не подходят близко друг к другу. И электроны атома, а не его протоны и нейтроны определяют его химические свойства. Это объясняет, почему все изотопы элемента, имеющие одинаковое расположение электронов, химически ведут себя идентично.
Атом содержит дискретные энергетические уровни
Если мы отпустим яблоко, оно упадёт, так как уменьшится потенциал его энергии. Но если бы мы внесли яблоко на вершину здания, то увеличили бы потенциал энергии. Электроны тоже имеют потенциал собственной энергии, связанной с их положением. Противостоять притяжению ядра и переместить электрон на более отдалённую орбиту можно, только получив энергию от внешнего источника. В молекулах хлорофилла этим источником является энергия Солнца, она возбуждает электроны, и они отрываются от атома. Чем ближе электрон расположен к ядру, тем большая энергия ему понадобится для преодоления его силы тяжести.
Перемещение электрона в обратном направлении – ближе к ядру – имеет обратный эффект: энергия не поглощается, а выделяется в виде лучистой энергии (тепла и света), и электрону остаётся меньше потенциальной энергии.
Испускание света
Автор: Volobuev Ilya, CC BY-SA 4.0
Таким образом, электроны в атоме имеют дискретные энергетические уровни. Эти уровни называют квантами (сингулярные, квантовые), означающими наличие определённого количества энергии. Если использовать аналогию с яблоком снова, то представьте, что оно может быть поднято только до определённого уровня этажей здания. Каждый атом демонстрирует лестницу потенциала – дискретный набор орбиталей с разным запасом энергии, зависящим от расстояния от ядра.
Диаграмма атома фтора, показывающая степень эффективного ядерного заряда.
Автор: Effective_Nuclear_Charge.svg, CC0
Электроны, которые расположены на одинаковом расстоянии от ядра, имеют одинаковую энергию, даже если они занимают разные орбитали. Говорят, что они занимают тот же энергетический уровень. Энергетические уровни обозначаются буквами К, L, М и т.д.
Когда электроны передаются от одного атома другому, они сохраняют свой потенциал энергии. В организмах химическая энергия хранится в высокоэнергетических электронах, которые передаются от одного атома к другому в реакциях, включающих окисление и восстановление. Чаще эти процессы соединены в комбинацию окислительно-восстановительной реакции.
Вам будет интересно
Изучать природу – сложная задача. С давних времён люди говорили о «научном методе», используемом ими…
Вспомните! Как доказать, что Земля шарообразна? Как развивались знания о форме Земли в процессе её…
Почему Солнце встаёт на востоке, а садится на западе? В древности египтяне думали, что бог…
Концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе описывается терминами кислотность и щёлочность среды. При температуре…
Слова «Дарвин» и «эволюция» стали почти синонимами.Теория эволюции Дарвина объясняет, каким образом в течение времени…