2. Строение атома

В этой главе мы поговорим о традиционно первой теме в изучении химии – строении атома. Почему это важно? Да ведь именно из этих маленьких частиц образуются молекулы веществ, поэтому нужно понимать их структуру!

Само слово «атом» происходит из Древней Греции и означает «неделимый». Это занятное слово придумал философ Демокрит ещё до нашей эры. Для справки: понятия «наука» тогда ещё не существовало. Так как же Демокрит понял, что атомы существуют и образуют всё вокруг нас?

Демокрит был мыслителем, а не учёным, которым нужно всё время доказывать свои безумные идеи. Поэтому он размышлял примерно так: лежит камень, его можно расколотить на камни поменьше, их на ещё более мелкие камни, потом получится песок, а затем пыль. Но ведь должен быть предел «раздроблению» и у нас получатся какие-то очень маленькие неделимые частицы. Так вот из этих частиц и состоит всё вокруг! Надо сказать, что Демокрит ещё и предполагал, что атомы различаются по форме, т.е. различаются в зависимости от того что образуют. Но мы можем простить ему некоторые фантазии за разработку концепции атомистики за 2 тысячи лет до доказательства существования атомов наукой!

К атомам человечество вернулось лишь спустя пару тысячелетий, когда уже учёные бились над вопросом: почему в химических реакциях проявляются некоторые интересные закономерности. Было доказано, что всё вокруг состоит из атомов, были выдвинуты модели атомов, которые менялись с развитием науки.

И спустя каких-то пару сотен лет мы знаем о существовании атомно-молекулярного учения:

Вещества состоят из молекул и молекула – это наименьшая часть вещества
Молекулы образуются при соединении атомов с помощью химических связей
Молекулы находятся в постоянном хаотичном движении

Атом – это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки (электронного облака)

Как устроен атом? В центре располагается ядро в состав которого входят протоны и нейтроны, а вокруг ядра находится область с частицами-электронами – электронная оболочка или же электронное облако.

Сам атом состоит из ещё более мелких субатомных частиц: протонов, электронов и нейтронов. Поэтому мы можем сказать Демокриту: ты был неправ, атом вполне себе делим! Сами субатомные частицы состоят из других частиц, но оставим кварки, лептоны и бозоны физикам.

Протоны и нейтроны: образуют ядро, масса равна 1 атомной единице массы или а.е.м. (особые единицы измерения для таких частиц), у протонов положительный заряд, а нейтроны нейтральны. Также протоны и нейтроны называют нуклонами – частицами ядра.

Электроны: находятся в электронной оболочке вокруг ядра, несут отрицательный заряд и имеют очень малую массу, почти нулевую (массой электронов пренебрегают).

А как так получается: электроны отрицательны, протоны положительны, а атом не имеет заряда? Запоминаем: в атоме количество протонов равно количеству электронов, поэтому в целом атом нейтрален. Если проще: сколько «плюсов», столько и «минусов»!

А что если количество протонов и электронов неравное? Тогда перед вами не атом, а ион – заряженная частица.

Ион – заряженная положительно или отрицательно частица с неравным количеством протонов и электронов, может быть простым или сложным

Катион – положительно заряженный ион, где протонов больше электронов

Анион – отрицательно заряженный ион, где электронов больше протонов

Запоминалка:

Катион (+) – как коты, которые дарят позитив

Анион (-) – как лук по английски onion, который дарит только слёзы и негатив

Атомы отличаются друг от друга по строению: количеству протонов, электронов и нейтронов. Рассмотрим молекулу воды:

Молекула воды имеет формулу H₂O (читается аш-два-о): это значит что молекула состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Если присмотреться, атомы водорода и кислорода отличаются друг от друга по строению, т.е. есть виды атомов и называются они химическими элементами. Все химические элементы мы можем найти в таблице Менделеева.

Химический элемент – это вид атомов с одинаковым строением: с одинаковым зарядом ядра (одно количество протонов и электронов)

Важнейшие химические элементы и их произношение:

Атомы любят соединяться между собой, образуя молекулы – частицы, из которых состоят вещества. По правде сказать есть и одноатомные молекулы для элементов VIIIA группы – благородных или инертных газов (они очень не любят вступать в реакции и соединяться с другими атомами): He, Ne, Ar, Kr, Xe.

Молекула – это электронейтральная частица, наименьшая часть вещества, состоящая из нескольких атомов, которые скреплены химическими связями

Помимо видов атомов есть и подвиды внутри химических элементов. Дело в том, что в атомах одного химического элемента может отличаться число нейтронов. И в таких подвидах, которые называются изотопами, отличается масса атома.

Изотопы – это подвиды атомов одного химического элемента, которые различаются по массе из-за разности в количестве нейтронов в ядре

У каждого элемента в таблице Менделеева есть свой «домик» с важной информацией о строении атома элемента:

По порядковому номеру элемента мы можем узнать количество протонов, электронов и заряд ядра. Также мы можем узнать атомную массу элемента в а.е.м., это средняя масса, учитывающая изотопы и их долю в элементе (обычно округляется до целых, кроме атомной массы хлора 35,5). Чтобы узнать среднее количество нейтронов, нужно вычесть из атомной массы порядковый номер.

Если более детально рассмотреть строение электронной оболочки, то окажется что она такая же слоёная, как торт или луковица. Эти слои, на которые делится электронная оболочка, называют энергетическими уровнями или электронными слоями.

Энергетический уровень (электронный слой) – это слой, на который делится электронная оболочка атома; количество электронных слоёв равно номеру периода – горизонтальной строки в Таблице Менделеева

На внешнем энергетическом уровне находятся внешние электроны или валентные электроны, образующие химические связи с другими атомами.

Внешние (валентные) электроны – это электроны, находящиеся на внешнем электронном уровне и образующие химические связи с другими атомами; их количество равно номеру группы – вертикального столбца в Таблице Менделеева

P.S. не всегда внешние электроны = валентные электроны, для элементов побочных подгрупп в таблице Менделеева валентными электронами будут являться внешние + предвнешние, но об этом позже

Практика 2 задания

Вся теория выше поможет вам без ошибок решать 2 задание из ОГЭ. Но в этой статье я бы также хотел дать теорию для 1 задания, в котором необходимо различить химический элемент и простое вещество в суждениях.

Скажу сразу: задание 1 не имеет волшебного алгоритма. Всё что от вас требуется – это анализировать суждения и размышлять над контекстом.

Химический элемент – это вид атомов, очень абстрактное понятие. Мы можем представить атомы химического элемента как “кирпичики”, которые не существуют самостоятельно и лишь входят в состав веществ.

Примеры суждений:

Для серы характерна степень окисления -2 (характеристика атома)
Сера содержится в минерале пирит (входит в состав чего-то)
Сера необходима для формирования антител в организме (биологическая роль)

Простое вещество – это “самостоятельное” вещество, образованное атомами одного вида, т.е. одним химическим элементом. Мы можем его “потрогать”, как-то использовать, у него есть физические и химические свойства вещества.

Примеры суждений:

Сера представляет собой жёлтые кристаллы (физические свойства)
Сера вступает в реакцию с натрием (химические свойства)
Из серы производят серную кислоту (производство)
Серу получают из жерл вулканов (получение)
Из крупного кристалла серы сделали красивый кулон-подвеску (можно сделать предмет)
Порошок серы смешали с железными опилками (содержится в смесях)

Ну а дальше только логика! Мой излюбленный пример: магний полезен для сердца. Вопрос: мне нужно приложить слиток магния к сердцу или погрызть его, чтобы была польза? Или речь про соединения химического элемента магния, которые помогают организму правильно работать? Или ещё: кальций содержится в молочных продуктах. То есть кусочки очень активного металла плавают в молоке? Или же речь опять про соединения химического элемента? Да, задание странноватое, но интересное!

Практика 1 задания

Читать следующую главу

2 июля, 2023