Атом состоит из ядра и электронной оболочки.
Электронная оболочка атома – это совокупность элементарных частиц – электронов, каждому из которых присущ корпускулярно-волновой характер.
Электрон (обозначается e–) как частица обладает массой покоя me = 9.1095·10-31 кг и несет отрицательный электрический заряд равный 1.6022·10-19 Кл. Абсолютное (т.е. без учета знака заряда) значение этого заряда является наименьшим и называется элементарный заряд.
Атом в целом не заряжен – электрически нейтрален.
Это обусловлено тем, что в каждом атоме число элементарных отрицательных зарядов в оболочке равно числу элементарных положительных зарядов в ядре
Между положительно заряженным ядром атома и отрицательно заряженными электронами его оболочки действуют электростатические (кулоновские) силы притяжения, т.е. в атоме проявляется единство противоположностей – разных по знаку зарядов.
Геометрический размер атома, условно описываемый диаметром его электронной оболочки, имеет порядок 10-10 м, а диаметр атомного ядра – порядок 10-14 м, т.е. по размеру ядро в 10000 раз меньше, чем атом.
масса атома сосредоточена в его ядре
Например, в легчайшем атоме водорода (протия) обладает массой 1.6726-27 кг; электрон легче ядра в 1836 раз.
Строения ядра атома можно выяснить основываясь на данных получаемых при наблюдении за радиоактивным распадом атомов тяжелых элементов. В результате радиоактивного распада, образуются атомы более легких элементов, что свидетельствует о сложном строении ядра, которые состоят из еще более мелких частиц – нуклонов.
Существует два вида нуклонов: протон (обозначается p+) – имеет положительный электрический заряд 1.6022·10-19 Кл, и обладает массой покоя mp= 1.6726·10-27 кг; нейтрон – (обозначается n0) – не имеет электрического заряда (электрически нейтрален) и обладает массой покоя mn = 1.6750·10-27 кг.
масса атомных ядер элементов определяется числом протонов и нейтронов, а их заряд – только числом электронов
Положительный заряд протона и отрицательный заряд электрона совпадают по абсолютному значению и равны элементарному заряду. В нейтральном атоме, число электронов всегда равно числу протонов в ядре. Таким образом, известный заряд ядра определяет число электронов в оболочке нейтрального атома. Химические свойства элементов, в основном зависят от числа электронов, содержащихся в наиболее удаленной от ядра оболочке, поэтому общий заряд ядра – важнейший признак индивидуальности химических элементов.
Все атомы одного и того же элемента имеют одинаковый заряд ядра, а атомы разных элементов – разный заряд их ядер.
Атомные частицы – протоны, нейтроны и электроны, называют – элементарные частицы вещества. Однако, и элементарные частицы имеют строение. Протоны и нейтроны состоят из трех более мелких, гипотетических материальных объектов – кварки (кварковая гипотеза строения материальных частиц). Развитие знаний об элементарных частица, свидетельствует о том, что познание материи бесконечно, материя неисчерпаема. В атомной физике известно более 350 субъядерных частиц – специфических форм существования материи, не ассоциированной в ядра и атомы.
В последнее время широкое распространение получила так называемая Теория струн, которая сочетает в себе идеи квантовой механики и теории относительности. Теория струн основана на гипотезе, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струнна масштабах порядка планковской длины 10-35 м.
Число нуклонов в ядре атома элемента равно относительной атомной массе элемента, округленной до целого числа.
Число нейтронов в ядре атома элемента равно разности числа нуклонов, и числа протонов (порядкового номера).
Пример:
В атоме водорода (протий) нет нейтронов (Ar = 1; Z = 1). Атом углерода содержит 6 нейтронов (Ar = 12, Z = 6). Атом фтора – 10 нейтронов (Ar = 19, Z = 9).
Полная масса атома приблизительно равна сумме масс всех протонов, нейтронов и электронов, входящих в состав атома. Когда из протонов, нейтронов и электронов образуется атом, часть их массы превращается в энергию, которая выделяется в окружающую среду – получается своеобразный дефект массы. Поскольку атом невозможно разделить на составляющие его элементарные частицы, не подводя к нему извне энергию, которая эквивалентна исчезнувшей массе – эта энергия называется энергией связи атомного ядра.
относительная масса протона: mp = 1.007276 а.е.м.
относительная масса нейтрона: mn = 1.008665 а.е.м.
относительная масса электрона me = 5.4849·10-4 а.е.м.
Зная точную атомную массу атома, количество протонов, нейтронов и электронов, можно расчитать значение дефекта массы атома.