Atomas susideda iš branduolio ir elektronų apvalkalo: mažyčiame branduolyje yra protonai ir neutronai, o aplink jį skrieja elektronai. Žinant vos du skaičius iš Mendelejevo lentelės, galima „surinkti“ bet kurį atomą: suskaičiuoti visas jo daleles ir išdėstyti elektronus lygmenimis. Šiame puslapyje rasite vaizdų atomo modelį, Z ir A formules, izotopus, uždavinių sprendimus ir interaktyvią viktoriną treniruotėms.
Iš ko sudarytas atomas
Atomas — mažiausia cheminio elemento dalelė, išlaikanti jo savybes. Jis sudarytas paprasčiau, nei atrodo, — tik iš dviejų „detalių“:
- Branduolys — atomo centras. Jame gyvena dviejų rūšių dalelės: teigiami protonai ir neutralūs neutronai. Branduolys yra neįtikėtinai mažas — maždaug 100 000 kartų mažesnis už patį atomą, — tačiau būtent jame sutelkta daugiau nei 99,9% masės.
- Elektronų apvalkalas — visa likusi atomo erdvė, kurioje aplink branduolį skrieja lengvi neigiami elektronai.
Jei padidintume atomą iki stadiono dydžio, branduolys būtų žirnis lauko centre — visą kitą erdvę užima „beveik tuščias“ elektronų apvalkalas.
Protonai, neutronai ir elektronai: trys atomo dalelės
Visi Visatos atomai sudaryti tik iš trijų rūšių dalelių — skiriasi tik jų kiekis. Daleles patogu lyginti pagal tris požymius: krūvį, masę ir „gyvenamąją vietą“.
Protonas ir neutronas yra beveik vienodos masės — maždaug po 1 a.m.v. (atominį masės vienetą). Elektronas už juos lengvesnis maždaug 1836 kartus, todėl skaičiuojant jo masės nepaisoma. Tačiau protono ir elektrono krūviai yra vienodo dydžio, bet priešingo ženklo: kol atome protonų yra tiek pat, kiek elektronų, jis yra elektriškai neutralus.
Atomo formulės: Z, A ir neutronų skaičius
Bet kurio atomo sudėtį apibūdina du skaičiai:
- Atominis skaičius Z — protonų skaičius branduolyje. Tai yra elemento eilės numeris Mendelejevo lentelėje: Nr. 1 — vandenilis (1 protonas), Nr. 8 — deguonis (8 protonai), Nr. 79 — auksas (79 protonai). Todėl planetiniame atomo modelyje protonų skaičius branduolyje yra lygus elektronų skaičiui: atomas yra neutralus, ir kiekvienam protonui tenka lygiai vienas elektronas.
- Masės skaičius A — bendras dalelių skaičius branduolyje: \(A = Z + N\), kur N — neutronų skaičius. Iš čia pagrindinė mokyklinių uždavinių formulė: \(N = A - Z\).
Atomo sudėtis užrašoma taip: \(^{A}_{Z}\text{X}\). Pavyzdžiui, \(^{35}_{17}\text{Cl}\) — chloras, turintis 17 protonų ir 35 − 17 = 18 neutronų. Žemiau pateikta atmintinė — visas algoritmas trimis eilutėmis.
Elektronų apvalkalas: lygmenys 2, 8, 18
Elektronai aplink branduolį neskrieja bet kaip: jie išsidėsto energetiniuose lygmenyse (apvalkaluose). Kuo toliau lygmuo nuo branduolio, tuo daugiau elektronų jis talpina — maksimumas skaičiuojamas pagal formulę \(2n^2\):
- 1-as lygmuo — ne daugiau 2 elektronų;
- 2-as lygmuo — ne daugiau 8;
- 3-ias lygmuo — ne daugiau 18;
- 4-as lygmuo — ne daugiau 32.
Lygmenys užpildomi tvarka, nuo artimiausio branduoliui. Pavyzdžiui, deguonies (Z = 8) elektronai išsidėsto 2, 6; natrio (Z = 11) — 2, 8, 1; chloro (Z = 17) — 2, 8, 7. Išorinio lygmens elektronai vadinami valentiniais — būtent jie dalyvauja cheminėse reakcijose ir lemia elemento savybes.
Lygmenų skaičių taip pat nurodo Mendelejevo lentelė: jis lygus periodo, kuriame yra elementas, numeriui. Vyresnėse klasėse lygmenys papildomai skirstomi į s, p, d, f polilygmenis ir užrašomos elektronų konfigūracijos — pavyzdžiui, deguonies 1s²2s²2p⁴.
Izotopai: vienas elementas — skirtingi atomai
Protonų skaičiaus elemente pakeisti negalima: pridėk į branduolį protoną — ir gausi jau kitą elementą. O štai neutronų gali būti įvairiai. Izotopai — tai to paties elemento atomai su vienodu Z, bet skirtingu neutronų skaičiumi, o vadinasi, ir skirtingu masės skaičiumi A.
Klasikinis pavyzdys — vandenilis ir jo trys izotopai: protis \(^{1}_{1}\text{H}\) (neutronų visai nėra), deuteris \(^{2}_{1}\text{H}\) (1 neutronas) ir tritis \(^{3}_{1}\text{H}\) (2 neutronai). Chemiškai izotopai beveik neatskiriami: reakcijose pagrindinį vaidmenį vaidina elektronai, o jų izotopai turi po lygiai.
Būtent dėl izotopų atominės masės Mendelejevo lentelėje yra trupmeninės: tai svertinis vidurkis pagal visus natūralius elemento izotopus. Chloro, pavyzdžiui, 35,45 — nes natūralus chloras susideda iš chloro-35 ir chloro-37 mišinio.
Atomo modeliai: nuo „nedalomos dalelės“ iki planetinio
Žodis „atomas“ kilęs iš graikų kalbos atomos — „nedalomas“: taip jį įsivaizdavo dar Demokritas, o XIX a. pradžioje Dž. Daltonas sukūrė pirmąją mokslinę teoriją apie nedalomą atomą. Tačiau XIX–XX a. sandūros atradimai parodė: atomas turi vidinę sandarą.
- 1897 — Tomsono modelis („pudingas su razinomis“). Dž. Tomsonas atrado elektroną ir iškėlė hipotezę, kad elektronai įterpti į teigiamai įkrautą „terpę“, kaip razinos pudinge.
- 1911 — Rezerfordo planetinis modelis. Apšaudydamas aukso foliją α-dalelėmis, E. Rezerfordas aptiko, kad beveik visa masė ir visas teigiamas krūvis sutelkti mažyčiame branduolyje, o elektronai skrieja aplink jį, kaip planetos aplink Saulę.
- 1913 — Boro modelis. Nylsas Boras patikslino: elektronai skrieja ne bet kokiomis, o griežtai apibrėžtomis orbitomis su fiksuota energija — taip atsirado energetiniai lygmenys.
- 1920-ieji — kvantinės mechanikos modelis. Šiuolaikinė fizika aprašo elektroną ne kaip rutuliuką orbitoje, o kaip elektronų debesį — erdvės sritį, kurioje elektroną galima aptikti su tam tikra tikimybe.
Planetinį modelį su lygmenimis (kaip schemoje aukščiau) mokyklinė chemija naudoja iki šiol: dalelių skaičiavimui ir elektronų išdėstymui jo tikslumo visiškai pakanka.
Pavyzdžiai: nagrinėjame atomą pagal Mendelejevo lentelę
1 pavyzdys. Išsami chloro atomo analizė
Užduotis. Nustatyk chloro atomo sudėtį ir išdėstyk elektronus lygmenimis. Mendelejevo lentelėje: chloras Cl — elementas Nr. 17, atominė masė 35,45.
1 žingsnis. Eilės numeris Z = 17 → branduolyje 17 protonų.
2 žingsnis. Atomas neutralus → elektronų tiek pat: 17 elektronų.
3 žingsnis. Masės skaičius — suapvaliname atominę masę: A = 35. Neutronai: \(N = A - Z = 35 - 17 = 18\).
4 žingsnis. Išdėstome 17 elektronų lygmenimis nuo artimiausio: 2, tada 8, likutis 7 → 2, 8, 7. Išoriniame lygmenyje yra 7 valentiniai elektronai — jie ir lemia chloro chemines savybes.
Atsakymas: 17 p⁺, 18 n⁰, 17 e⁻; elektronų lygmenys: 2, 8, 7.
2 pavyzdys. Kiek neutronų turi uranas-235
Užduotis. Kiek neutronų yra izotopo \(^{235}_{92}\text{U}\) branduolyje?
1 žingsnis. Skaitome įrašą: apatinis skaičius — atominis, Z = 92 (protonai); viršutinis — masės, A = 235.
2 žingsnis. Skaičiuojame: \(N = A - Z = 235 - 92 = 143\).
Atsakymas: 143 neutronai. Atkreipk dėmesį: natūralus uranas turi ir izotopą \(^{238}_{92}\text{U}\) — tie patys 92 protonai, bet jau 146 neutronai.
3 pavyzdys. Atpažįstame elementą pagal elektronus
Užduotis. Atomo elektronai išsidėstę lygmenimis taip: 2, 8, 1. Kas tai per elementas?
1 žingsnis. Skaičiuojame elektronus: 2 + 8 + 1 = 11.
2 žingsnis. Neutraliame atome elektronų tiek pat, kiek protonų → Z = 11.
3 žingsnis. Žiūrime į Mendelejevo lentelę: elementas Nr. 11 — natris Na.
Atsakymas: natris. Kartu matyti, kodėl jis toks aktyvus: išoriniame lygmenyje tik vienas elektronas, ir natris lengvai jį atiduoda.
Dažnos klaidos sprendžiant atomo sandaros uždavinius
-
Painioja atominę masę ir masės skaičių: į formulę N = A − Z įstato trupmeninę masę iš lentelės (pvz., 35,45 chloro atveju).
Masės skaičius A — visada sveikasis: tai dalelių (protonų ir neutronų) kiekis konkrečiame atome. Uždaviniams atominė masė iš lentelės suapvalinama iki sveikojo skaičiaus: chloro A = 35, vadinasi N = 35 − 17 = 18.
-
Mano, kad elemento eilės numeris — tai bendras visų atomo dalelių skaičius.
Elemento numeris Z — tai tik protonų skaičius (ir elektronų neutraliame atome). Neutronai į Z neįeina: jie randami atskirai, pagal formulę N = A − Z.
-
Talpina elektronus į branduolį: „atomas susideda iš protonų, neutronų ir elektronų, kurie yra branduolyje“.
Branduolyje yra tik protonai ir neutronai. Elektronai skrieja aplink branduolį elektronų apvalkale — atstumais, dešimtis tūkstančių kartų viršijančiais paties branduolio dydį.
-
Jonui skaičiuoja elektronus pagal elemento numerį: Na⁺ turi „11 elektronų“.
Z nurodo elektronų skaičių tik neutraliam atomui. Jonas yra įkrautas: Na⁺ atidavė vieną elektroną — liko 10; Cl⁻ priėmė vieną — tapo 18. Protonų skaičius tuo metu nesikeičia.
-
Užpildo lygmenis po lygiai arba bet kaip: chloro atveju rašo, pvz., 8, 8, 1.
Lygmenys užpildomi griežtai nuo branduolio į išorę: pirmiausia pirmas (maksimum 2 elektronai), tada antras (8), tada trečias. Chloro atveju su jo 17 elektronų teisingai yra taip: 2, 8, 7.
Klausimai ir atsakymai
Iš ko sudarytas atomas? Trumpai
Atomas susideda iš branduolio ir elektronų apvalkalo. Branduolys — iš protonų (krūvis +1) ir neutronų (krūvio nėra), apvalkalas — iš elektronų (krūvis −1). Protonų skaičius lygus elemento eilės numeriui Mendelejevo lentelėje.
Kodėl atomas vadinamas nedaloma dalele, jei jis dalijasi?
Pavadinimas liko nuo senovės graikų atomos — „nedalomas“: iki XIX a. pabaigos atomas buvo laikomas paprasčiausiu medžiagos „plytelių“ vienetu. Vėliau atrado elektroną ir branduolį. Tačiau cheminėse reakcijose atomas iš tikrųjų nesidalija — persitvarko tik elektronų apvalkalai, todėl chemijai jis vis dar yra mažiausia elemento dalelė.
Ar tiesa, kad atomas susideda iš protonų ir neutronų?
Tik iš dalies: protonai ir neutronai — tai branduolio sudėtis. Visa atomo sudėtis — branduolys (protonai + neutronai) plius elektronai, kurie skrieja aplink branduolį ir sudaro elektronų apvalkalą.
Kodėl planetiniame atomo modelyje protonų skaičius branduolyje lygus elektronų skaičiui?
Todėl, kad atomas apskritai yra elektriškai neutralus: teigiamas branduolio krūvis (+Z nuo protonų) turi būti visiškai kompensuojamas neigiamu elektronų krūviu (−Z). Jei atomas praranda arba prisijungia elektroną, lygybė pažeidžiama — gaunama įkrauta dalelė, jonas.
Kaip sužinoti protonų, neutronų ir elektronų skaičių pagal Mendelejevo lentelę?
Protonai — tai elemento eilės numeris Z. Elektronų neutraliame atome tiek pat. Neutronai — suapvalinkite atominę masę iki sveikojo skaičiaus (tai masės skaičius A) ir atimkite numerį: N = A − Z. Pavyzdžiui, geležis Nr. 26 su mase 56: 26 protonai, 26 elektronai, 56 − 26 = 30 neutronų.
Kodėl atominė masė Mendelejevo lentelėje trupmeninė?
Todėl, kad tai vidurkis pagal visus natūralius elemento izotopus, atsižvelgiant į jų paplitimą. Kiekvieno atskiro atomo masės skaičius yra sveikasis (35 arba 37 chloro atveju), o vidurkis pagal izotopų mišinį gaunamas trupmeninis — 35,45.
