О строении вещества простым языком - страница 6

Состав атома

Массы атомов

Массы атомов и молекул имеют значения порядка 10^>-27 кг.

На практике использовать такие маленькие значения не удобно, поэтому используют относительные атомные массы измеряемые в атомных единицах массы, сокращенно а.е.м.

1 а.е.м. – ¹⁄₁₂ массы атома углерода.

1 а.е.м. = 1,66 × 10^>-2>4 г = 1,66 × 10^>-27 кг.

Найти массу того или иного атома можно в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Значения относительных атомных масс (A_>r) измеряются в а.е.м.

Чтобы узнать абсолютную массу атома в кг нужно его относительную атомную массу умножить на 1 а.е.м.

m_>a(элемента) = Ar(элемента) × 1,66 × 10^>-27

Рассчитаем массу атома железа.

m_>a (Fe) = 55,845 × 1,66 × 10^>-27 = 9,27 × 10^>-2>6 кг.

Ядра атомов

Виды ядер, с определенным числом протонов и нейтронов называют нуклидами.

Состав ядер часто выражают верхними и нижними индексами с левой стороны символа элемента. Верхний индекс – массовое число – обозначает массу ядра. Нижний индекс – зарядовое число – обозначает заряд ядра.

Обозначение состава ядра

Такая запись ядра атома углерода говорит, что масса его ядра 12, а заряд – 6.

Значения массовых и зарядовых чисел можно найти в Периодической системе химических элементов. Зарядовое число – это порядковый номер элемента.

Поскольку относительный заряд протона +1, то зарядовое число совпадает с количеством протонов:

.

Атом – электронейтральная частица. Электронейтральность возможна, если сумма отрицательных и сумма положительных зарядов равны между собой. Поскольку электрон и протон заряжены одинаково и отличаются только по знаку, то количество протонов равно количеству электронов:

.

Масса электрона настолько мала, что ею можно пренебречь. Относительная атомная масса примерно равна массе ядра. Массовое число – относительная атомная масса (). Поскольку масса протона и нейтрона примерно равны, количество нейтронов можно найти вычитанием зарядового числа из массового числа:

.

Заряд ядра – главная характеристика атома, отличающая его от других атомов. Планетарная модель атома позволяет рассчитать заряд ядра по формуле:

,

где, – зарядовое число;

– элементарный заряд, = 1,6022⋅10^>−19 Кл.

Благодаря разнообразию наборов элементарных частиц существуют всевозможные химические элементы: Н, О, N, S, P, Si, Fe, Au и другие. На данный момент открыто 118 химических элементов.

Дефект масс и энергия связи ядра

Ядро состоит из протонов и нейтронов. Оба вида частиц имеют массу. Если сложить массы протонов и нейтронов в ядре, мы должны получить массу ядра. Но нет. Масса ядра всегда меньше суммы масс протонов и нейтронов, входящих в его состав. Этот феномен называют дефектом масс.

Дефект масс – разница между реальной массой ядра атома и суммой масс протонов и нейтронов, входящих в состав этого ядра.

Дефект масс можно рассчитать с помощью формулы:

,

где – дефект масс;

– количество протонов;

– масса протона;

– количество нейтронов;

– масса нейтрона;

– реальная масса ядра.

и есть разница масс ядра атома и суммы образующих его частиц.

Куда исчезает недостающая масса? Никуда. Миром правят несколько фундаментальных законов. Два из них – закон сохранения массы и закон сохранения энергии.

Масса и энергия связаны соотношением:

,

где – энергия;

– масса;

– скорость света, 300 000 000 м/с.

Недостающая масса никуда не исчезает, а переходит в энергию. Протоны и нейтроны связаны между собой энергией связи ядра.

Энергия связи ядра