Субатомные частицы (протоны, нейтроны, электроны)

В 10 классе по химии изучение атомной структуры является фундаментальной темой. В центре этого изучения находятся субатомные частицы: протоны, нейтроны и электроны. Эти три вида частиц составляют атомы, которые, в свою очередь, образуют все элементы в периодической таблице. Понимание этих частиц и их взаимодействий необходимо для понимания более сложных химических концепций.

Атом

Атом — это наименьшая единица вещества, которая сохраняет все химические свойства элемента. Атом состоит из центрального ядра, окруженного одним или несколькими электронами. Давайте поближе рассмотрим каждый из этих компонентов.

Атом
,
+-- Ядро
,
| +-- протон (+ заряд)
| +-- нейтрон (0 заряд)
,
+-- электрон (- заряд)
    

Центр

Ядро — это плотный центр атома. Оно состоит из протонов и нейтронов, которые вместе называются нуклонами.

Протон

Протоны — это субатомные частицы с положительным электрическим зарядом. Количество протонов в ядре атома называется атомным номером и определяет, к какому элементу принадлежит атом. Например, атом с одним протоном — это водород, а атом с шестью протонами — это углерод. Это представлено в химических символах как атомный номер (Z).

элемент | Атомный номер (Z)
,
Водород | H | 1
Углерод | C | 6
    

Протоны относительно тяжелы по сравнению с электронами. Они существенно вносят вклад в атомную массу атома. Например, масса протона составляет примерно 1.6726 x 10^-27 кг.

Нейтрон

Нейтроны — это нейтральные частицы, без заряда. Однако они важны, поскольку они вносят вклад в массу атома и могут влиять на его стабильность. Добавляя нейтроны, вы можете изменить изотоп элемента. Изотопы — это версии элемента с одним и тем же числом протонов, но с разными числами нейтронов.

Сумма протонов и нейтронов атома дает массовое число (A).

Массовое число (A) = Число протонов (Z) + Число нейтронов (N)
    

Например, углерод-12 и углерод-14 — это изотопы углерода, где:

• Углерод-12 имеет 6 протонов и 6 нейтронов.
• Углерод-14 имеет 6 протонов и 8 нейтронов.

Электроны

Электроны — это отрицательно заряженные субатомные частицы, которые вращаются вокруг ядра атома. Несмотря на небольшую массу (около 9.109 x 10^-31 кг), электроны играют важную роль в определении того, как атом взаимодействует и связывается с другими атомами.

Электроны занимают разные энергетические уровни или электронные оболочки вокруг ядра. Распределение электронов важно для определения химических свойств элемента. По мере продвижения по периодической таблице, каждый элемент добавляет один электрон и один протон больше, чем предыдущий элемент. Эти электронные оболочки расположены следующим образом:

Электронная оболочка | максимальное число электронов
, ,
     1 | 2
     2 | 8
     3 | 18
    

На рисунке показана упрощенная атомная структура, с ядром в центре и электронами, вращающимися вокруг него по орбитам.

Взаимодействие между протоном, нейтроном и электроном

Расположение и взаимодействие протонов, нейтронов и электронов определяет стабильность и реактивность атома.

Ядерные силы

В пределах ядра протоны и нейтроны удерживаются вместе сильным ядерным взаимодействием, одной из четырех фундаментальных сил природы. Эта сила преодолевает электростатическое отталкивание между положительно заряженными протонами.

Электростатическая сила

Электростатическая сила за пределами ядра играет важную роль. Это притяжение между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными протонами, которое удерживает электроны на орбите вокруг ядра. Баланс между этими силами определяет размер и форму атома.

Баланс и стабильность

Атомы стремятся к более низким энергетическим состояниям, которые являются более устойчивыми. Стабильность атома зависит от его электронной конфигурации, в особенности от заполнения электронных оболочек. Полное или частичное заполнение оболочки может сделать атом очень реакционноспособным или стабильным.

Заключение

Подводя итог, понимание субатомных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны, дает представление о мире химии и структуре материи. Каждая из этих частиц играет жизненно важную роль в идентичности, поведении и взаимодействии атомов, формируя все от простейших элементов до сложнейших химических соединений.

Комментарии