Страница 106 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Опишите планетарную модель атома на примере атома гелия.

1. Планетарная модель атома, предложенная Эрнестом Резерфордом в 1911 году, описывает строение атома по аналогии с Солнечной системой. Согласно этой модели:

• В центре атома находится очень маленькое, но массивное положительно заряженное ядро. В ядре сосредоточена практически вся масса атома.
• Вокруг ядра по замкнутым орбитам, подобно планетам вокруг Солнца, движутся отрицательно заряженные электроны.
• Суммарный отрицательный заряд всех электронов равен по модулю положительному заряду ядра, поэтому атом в целом является электрически нейтральным.
• Большая часть объема атома представляет собой пустое пространство.

Рассмотрим эту модель на примере атома гелия ($He$).

Атом гелия имеет порядковый номер 2 в периодической системе Менделеева. Это означает, что заряд его ядра равен $Z = +2$ элементарным зарядам. Ядро атома гелия (которое также называют альфа-частицей) состоит из двух протонов (которые и создают положительный заряд) и, как правило, двух нейтронов (которые не имеют заряда, но вносят вклад в массу). Таким образом, заряд ядра гелия составляет $q_{ядра} = +2e$, где $e$ – элементарный заряд.

Поскольку атом гелия электронейтрален, вокруг его ядра должны вращаться два электрона, так как суммарный заряд двух электронов равен $q_{электронов} = -2e$.

Таким образом, в рамках планетарной модели атом гелия представляет собой систему, состоящую из тяжелого ядра с зарядом $+2e$ в центре, и двух легких электронов, движущихся вокруг него по своим орбитам под действием кулоновской силы притяжения.

Ответ: В соответствии с планетарной моделью, атом гелия состоит из положительно заряженного ядра, содержащего два протона и два нейтрона, вокруг которого по орбитам движутся два отрицательно заряженных электрона. Ядро несет практически всю массу атома, а сам атом является электронейтральным, так как положительный заряд ядра ($+2e$) компенсируется суммарным отрицательным зарядом электронов ($-2e$).

2. Какие частицы входят в состав ядра?

2. Какие частицы входят в состав ядра?

Атомное ядро — это центральная, положительно заряженная часть атома, в которой сосредоточена почти вся его масса. Согласно протон-нейтронной модели строения ядра, предложенной в 1932 году Дмитрием Иваненко и Вернером Гейзенбергом, ядро состоит из двух типов частиц, которые носят общее название нуклоны.

Этими частицами являются:

1. Протоны ($p$ или $p^+$). Это стабильные, положительно заряженные частицы. Заряд протона равен по абсолютной величине заряду электрона и составляет элементарный положительный заряд $+e \approx 1.602 \times 10^{-19}$ Кл. Количество протонов в ядре (обозначается как $Z$) называется зарядовым числом или атомным номером. Именно оно определяет, к какому химическому элементу принадлежит атом.

2. Нейтроны ($n$ или $n^0$). Это частицы, не имеющие электрического заряда (электрически нейтральные). Масса нейтрона очень близка к массе протона, но немного её превышает. Число нейтронов в ядре обозначается буквой $N$. Атомы одного и того же химического элемента (с одинаковым $Z$) могут иметь разное число нейтронов $N$; такие атомы называются изотопами.

Общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре называется массовым числом и обозначается буквой $A$, причём $A = Z + N$.

Нуклоны в ядре удерживаются вместе благодаря сильному ядерному взаимодействию. Это взаимодействие является самым мощным из всех известных в природе, но действует только на очень малых расстояниях (порядка размеров самого ядра). Оно преодолевает силу электростатического отталкивания между положительно заряженными протонами, обеспечивая стабильность ядра.

Ответ: В состав ядра входят протоны и нейтроны.

3. Каково строение атомов водорода, гелия и лития?

2. Какие частицы входят в состав ядра?

Атомное ядро, являющееся центральной, массивной частью атома, состоит из частиц двух типов, которые собирательно называют нуклонами (от лат. nucleus — ядро). Эти частицы удерживаются вместе в ядре благодаря сильному ядерному взаимодействию.

• Протоны ($p^+$) — это стабильные, положительно заряженные элементарные частицы. Заряд протона положителен и по абсолютной величине равен элементарному заряду. Количество протонов в ядре (так называемое зарядовое число $Z$) уникально для каждого химического элемента и определяет его порядковый номер в периодической системе Менделеева.
• Нейтроны ($n^0$) — это электрически нейтральные частицы, не имеющие заряда. Количество нейтронов ($N$) в ядрах атомов одного и того же химического элемента может быть различным. Такие разновидности атомов называются изотопами.

Сумма числа протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом ($A$), и вычисляется по формуле $A = Z + N$.

Ответ: В состав атомного ядра входят положительно заряженные частицы — протоны, и нейтральные (не имеющие заряда) частицы — нейтроны.

3. Каково строение атомов водорода, гелия и лития?

Строение любого атома описывается планетарной моделью: в центре находится положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг него по орбиталям движутся отрицательно заряженные электроны. В нейтральном атоме количество электронов равно количеству протонов.

• Атом водорода ($H$): Это первый элемент в периодической системе ($Z=1$). Ядро наиболее распространенного изотопа, протия ($^{1}_{1}H$), состоит из одного протона и не содержит нейтронов. Вокруг этого ядра движется один электрон ($e^-$).
• Атом гелия ($He$): Это второй элемент в периодической системе ($Z=2$). Ядро его основного изотопа ($^{4}_{2}He$) состоит из двух протонов и двух нейтронов. Вокруг ядра по одной электронной оболочке движутся два электрона.
• Атом лития ($Li$): Это третий элемент в периодической системе ($Z=3$). Ядро его основного изотопа ($^{7}_{3}Li$) состоит из трех протонов и четырех нейтронов. Вокруг ядра движутся три электрона, которые располагаются на двух электронных оболочках: два электрона на внутренней, близкой к ядру, и один электрон на внешней (валентной) оболочке.

Ответ:

Атом водорода ($^{1}_{1}H$): ядро состоит из 1 протона; вокруг него движется 1 электрон.

Атом гелия ($^{4}_{2}He$): ядро состоит из 2 протонов и 2 нейтронов; вокруг него движутся 2 электрона.

Атом лития ($^{7}_{3}Li$): ядро состоит из 3 протонов и 4 нейтронов; вокруг него движутся 3 электрона.

4. Как образуются положительные и отрицательные ионы?

Ионы — это заряженные частицы, которые образуются из электронейтральных атомов или молекул в результате процесса, называемого ионизацией. Ионизация заключается в потере или приобретении электронов.

• Положительные ионы (катионы) образуются в том случае, когда нейтральный атом теряет (отдает) один или несколько электронов со своей внешней электронной оболочки. В результате в атоме число протонов (положительных зарядов) становится больше числа электронов (отрицательных зарядов), и он приобретает суммарный положительный электрический заряд. Пример: $Na - e^- \rightarrow Na^+$.
• Отрицательные ионы (анионы) образуются, когда нейтральный атом присоединяет (захватывает) один или несколько дополнительных электронов на свою внешнюю электронную оболочку. В этом случае число электронов становится больше числа протонов, и атом приобретает суммарный отрицательный электрический заряд. Пример: $Cl + e^- \rightarrow Cl^-$.

Способность атома терять или приобретать электроны зависит от его электронного строения, в частности, от количества электронов на внешней оболочке.

Ответ: Положительные ионы образуются, когда атом теряет один или несколько электронов. Отрицательные ионы образуются, когда атом присоединяет один или несколько электронов.

4. Как образуются положительные и отрицательные ионы?

4. Ионы — это атомы или молекулы, которые имеют электрический заряд из-за потери или приобретения одного или нескольких электронов. Атом в своем нормальном состоянии электрически нейтрален, поскольку число положительно заряженных протонов в его ядре равно числу отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра.

Образование положительных ионов (катионов)

Положительный ион образуется, когда нейтральный атом теряет один или несколько электронов со своей внешней электронной оболочки. В результате в атоме становится протонов больше, чем электронов, что приводит к возникновению избыточного положительного заряда. Например, атом натрия ($Na$), имеющий 11 протонов и 11 электронов, легко отдает один электрон, превращаясь в положительный ион натрия ($Na^+$) с 11 протонами и 10 электронами.

Образование отрицательных ионов (анионов)

Отрицательный ион образуется, когда нейтральный атом присоединяет один или несколько дополнительных электронов. В результате в атоме становится электронов больше, чем протонов, что создает избыточный отрицательный заряд. Например, атом хлора ($Cl$), имеющий 17 протонов и 17 электронов, может присоединить один электрон, превращаясь в отрицательный ион хлора ($Cl^−$) с 17 протонами и 18 электронами.

Ответ: Положительные ионы (катионы) образуются, когда атом теряет электроны, а отрицательные ионы (анионы) — когда атом присоединяет электроны.

5. Главной, фундаментальной характеристикой данного химического элемента является заряд ядра его атома. Этот заряд определяется количеством протонов в ядре и называется атомным номером (или зарядовым числом), который обозначается символом $Z$.

Именно количество протонов уникально идентифицирует химический элемент. Все атомы с одинаковым числом протонов в ядре принадлежат одному и тому же элементу, независимо от количества других частиц.

• Атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов. Такие разновидности называются изотопами (например, водород-1, дейтерий и тритий — все они имеют по одному протону, но разное число нейтронов).
• Атомы могут терять или приобретать электроны, превращаясь в ионы (например, атом натрия $Na$ и ион натрия $Na^+$). Однако, поскольку число протонов в ядре (11) остается неизменным, и атом, и ион являются формами одного и того же элемента — натрия.

Таким образом, количество протонов в ядре определяет химические свойства элемента и его положение в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Ответ: Главной характеристикой данного химического элемента является количество протонов в ядре его атома (атомный номер).

5. Что является главной характеристикой данного химического элемента?

5. Главной, фундаментальной характеристикой химического элемента является заряд ядра его атомов. Этот заряд определяется количеством протонов в ядре и является уникальным для каждого элемента.

Именно число протонов, также известное как атомный номер (или зарядовое число, обозначается как $Z$), определяет все химические свойства элемента и его положение в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Например, все без исключения атомы, в ядре которых находится 1 протон, являются атомами водорода ($Z=1$). Все атомы с 8 протонами — это атомы кислорода ($Z=8$), а с 92 протонами — атомы урана ($Z=92$).

Другие характеристики атома могут изменяться, но при этом атом останется атомом того же элемента. Например, изменение числа нейтронов в ядре приводит к образованию различных изотопов (например, водород-1, или протий, и водород-2, или дейтерий, оба имеют по одному протону). Изменение числа электронов на электронных оболочках превращает нейтральный атом в ион (например, атом натрия Na и катион натрия Na⁺), но и в том, и в другом случае это частицы элемента натрия, так как в их ядрах по 11 протонов.

Таким образом, именно количество протонов в ядре является неизменной и главной характеристикой, отличающей один химический элемент от другого.

Ответ: Главной характеристикой химического элемента является заряд ядра его атома (или количество протонов в ядре).

Чем отрицательный ион отличается от электрона?

Отрицательный ион и электрон — это принципиально разные физические объекты, хотя оба обладают отрицательным электрическим зарядом. Их главные отличия касаются состава, массы, заряда и размера.

1. Состав и строение

Электрон — это фундаментальная, элементарная частица, то есть он не состоит из других, более мелких частиц. В атомах электроны образуют электронную оболочку вокруг ядра.

Отрицательный ион (или анион) — это, напротив, составная частица. Он образуется, когда нейтральный атом или молекула захватывает один или несколько дополнительных электронов. Таким образом, ион состоит из массивного ядра (содержащего протоны и нейтроны) и электронной оболочки, в которой электронов больше, чем протонов в ядре. Например, ион фтора $F^-$ образуется из атома фтора (9 протонов, 9 электронов) путем присоединения одного электрона.

2. Масса

Масса электрона является одной из фундаментальных физических констант и составляет $m_e \approx 9.11 \times 10^{-31}$ кг.

Масса отрицательного иона практически полностью определяется массой его атомного ядра и почти равна массе соответствующего атома, поскольку масса присоединенных электронов пренебрежимо мала. Масса протона ($m_p \approx 1.672 \times 10^{-27}$ кг) примерно в 1836 раз больше массы электрона. Следовательно, любой ион в тысячи раз массивнее электрона.

3. Электрический заряд

Электрон обладает наименьшим (элементарным) отрицательным зарядом, равным $-e \approx -1.602 \times 10^{-19}$ Кл.

Отрицательный ион также несет отрицательный заряд, но его величина кратна заряду электрона. Заряд иона равен $-ne$, где $n$ — это целое число (1, 2, 3...), показывающее, сколько лишних электронов присоединил атом. Например, сульфид-ион $S^{2-}$ имеет заряд, равный $-2e$.

4. Размер

Электрон в рамках классической физики часто рассматривается как точечная частица. Его «размер» в квантовом мире описывается более сложными понятиями, такими как волновая функция.

Отрицательный ион имеет вполне определенные размеры, сопоставимые с размерами атомов — порядка $10^{-10}$ м. Как правило, радиус аниона больше радиуса соответствующего ему нейтрального атома из-за усиления межэлектронного отталкивания.

Ответ: Отрицательный ион отличается от электрона тем, что ион — это сложная частица (атом или молекула с избытком электронов), тогда как электрон — элементарная частица. Из этого следуют и другие различия: ион в тысячи раз массивнее электрона; его заряд ($-ne$) кратен заряду электрона ($-e$); ион имеет атомные размеры, в то время как электрон считается точечной частицей.

УПРАЖНЕНИЕ 22

1. Нарисуйте схематически строение атома бериллия, в ядре которого 4 протона и 5 нейтронов.

1. Дано:

Атом химического элемента: бериллий (Be)

Количество протонов ($p^+$) в ядре: 4

Количество нейтронов ($n^0$) в ядре: 5

Найти:

Нарисовать схему строения атома.

Решение:

Строение атома можно описать с помощью планетарной модели, согласно которой атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него по орбитам (энергетическим уровням) отрицательно заряженных электронов. В целом атом является электронейтральной частицей.

1. Состав и заряд ядра.

Ядро атома состоит из протонов ($p^+$) и нейтронов ($n^0$). Общее название для этих частиц — нуклоны.

Число протонов ($Z$) определяет порядковый номер элемента в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. По условию, в ядре содержится 4 протона, следовательно, это элемент с порядковым номером 4 — бериллий (Be).

Заряд ядра определяется числом протонов и является положительным. Для бериллия заряд ядра равен $+4$.

Число нейтронов ($N$) в ядре задано и равно 5.

Массовое число ($A$) атома представляет собой общее число нуклонов в ядре и рассчитывается как сумма числа протонов и нейтронов: $A = Z + N = 4 + 5 = 9$.

Таким образом, речь идет об изотопе бериллия-9, который обозначается как $^{9}_{4}\text{Be}$.

2. Электронная оболочка.

Поскольку атом электронейтрален, число электронов ($e^−$) в его электронной оболочке равно числу протонов в ядре. Следовательно, в атоме бериллия 4 электрона.

Электроны в атоме распределяются по энергетическим уровням (электронным слоям).

Первый энергетический уровень, ближайший к ядру, может вместить максимум 2 электрона.

Оставшиеся электроны ($4 - 2 = 2$) переходят на следующий, второй энергетический уровень.

Таким образом, электронная конфигурация атома бериллия записывается как $1s^22s^2$, а схема распределения электронов по слоям: 2, 2.

3. Схематическое изображение.

На схеме строения атома в центре изображают ядро с указанием его заряда. Вокруг ядра рисуют дуги, символизирующие энергетические уровни, и на них располагают электроны.

Ответ:

Схематическое строение атома бериллия ($^{9}_{4}\text{Be}$): ядро с зарядом $+4$ (содержит 4 протона и 5 нейтронов), вокруг которого на двух энергетических уровнях движутся 4 электрона (2 на первом уровне и 2 на втором). Графическая схема строения атома представлена ниже.

Электронная формула: $_{4}\text{Be } 1s^22s^2$.

Краткая схема распределения электронов по слоям: Be $+4$) )_{2e^-} )_{2e^-}$.

2. Диаметр ядра атома водорода $10^{-15}$ м, а диаметр атома $10^{-10}$ м. Во сколько раз атом водорода больше своего ядра?

2. Дано:

Диаметр ядра атома водорода: $d_{ядра} = 10^{-15}$ м

Диаметр атома водорода: $d_{атома} = 10^{-10}$ м

Все данные уже представлены в системе СИ (метры).

Найти:

Отношение диаметра атома к диаметру ядра: $\frac{d_{атома}}{d_{ядра}}$

Решение:

Чтобы определить, во сколько раз атом водорода больше своего ядра, нужно разделить диаметр атома на диаметр ядра.

Выполним деление:

$\frac{d_{атома}}{d_{ядра}} = \frac{10^{-10} \text{ м}}{10^{-15} \text{ м}}$

При делении степеней с одинаковым основанием их показатели вычитаются. Таким образом, получаем:

$\frac{10^{-10}}{10^{-15}} = 10^{-10 - (-15)} = 10^{-10 + 15} = 10^5$

$10^5 = 100\;000$

Следовательно, диаметр атома водорода в 100 000 раз больше диаметра его ядра.

Ответ: атом водорода больше своего ядра в 100 000 раз.

3. Притягиваются или отталкиваются два электрона?

Два электрона — это фундаментальные частицы, обладающие как массой, так и электрическим зарядом. Поэтому между ними существуют два типа фундаментальных взаимодействий: гравитационное и электромагнитное (в данном случае электростатическое). Чтобы определить, притягиваются они или отталкиваются, необходимо сравнить эти два взаимодействия.

Дано:

Масса электрона: $m_e \approx 9.11 \times 10^{-31}$ кг

Заряд электрона: $q_e = -e \approx -1.602 \times 10^{-19}$ Кл

Гравитационная постоянная: $G \approx 6.674 \times 10^{-11} \frac{\text{Н} \cdot \text{м}^2}{\text{кг}^2}$

Электрическая постоянная (коэффициент в законе Кулона): $k = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \approx 8.987 \times 10^9 \frac{\text{Н} \cdot \text{м}^2}{\text{Кл}^2}$

Найти:

Определить характер взаимодействия двух электронов (притяжение или отталкивание), сравнив силы, действующие между ними.

Решение:

1. Гравитационное взаимодействие. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, любые два тела, обладающие массой, притягиваются друг к другу. Сила гравитационного притяжения между двумя электронами, находящимися на расстоянии $r$ друг от друга, равна: $F_g = G \frac{m_e \cdot m_e}{r^2} = G \frac{m_e^2}{r^2}$ Эта сила всегда является силой притяжения.

2. Электростатическое взаимодействие. Согласно закону Кулона, между двумя заряженными частицами существует сила электростатического взаимодействия. Электрон несет отрицательный элементарный заряд. Так как оба электрона имеют одинаковый (отрицательный) знак заряда, они будут отталкиваться друг от друга. Модуль силы электростатического отталкивания равен: $F_e = k \frac{|q_e \cdot q_e|}{r^2} = k \frac{e^2}{r^2}$

3. Сравнение сил. Чтобы понять, какая сила преобладает, найдем отношение их модулей. Расстояние $r$ между электронами сократится: $\frac{F_e}{F_g} = \frac{k \frac{e^2}{r^2}}{G \frac{m_e^2}{r^2}} = \frac{k e^2}{G m_e^2}$ Подставим значения констант: $\frac{F_e}{F_g} = \frac{(8.987 \times 10^9 \frac{\text{Н} \cdot \text{м}^2}{\text{Кл}^2}) \cdot (1.602 \times 10^{-19} \text{ Кл})^2}{(6.674 \times 10^{-11} \frac{\text{Н} \cdot \text{м}^2}{\text{кг}^2}) \cdot (9.11 \times 10^{-31} \text{ кг})^2}$ $\frac{F_e}{F_g} \approx \frac{2.307 \times 10^{-28}}{5.537 \times 10^{-71}} \approx 4.167 \times 10^{42}$

Таким образом, сила электростатического отталкивания между двумя электронами примерно в $10^{42}$ раз больше, чем сила их гравитационного притяжения. Гравитационным взаимодействием в данном случае можно полностью пренебречь.

Ответ: Два электрона отталкиваются. Сила электростатического отталкивания между ними неизмеримо больше силы их взаимного гравитационного притяжения.

4. Может ли какая-либо частица иметь заряд, превышающий заряд электрона в 2,5 раза?

Дано:

Предполагается существование частицы с зарядом $q_{ч}$, для которого выполняется условие:

где $|e|$ - элементарный заряд (модуль заряда электрона).

Найти:

Может ли существовать такая частица в свободном состоянии?

Решение:

В основе ответа лежит фундаментальный физический принцип — принцип дискретности (квантования) электрического заряда. Этот принцип гласит, что заряд любого макроскопического тела или свободно существующей элементарной частицы всегда кратен элементарному электрическому заряду $e$.

Математически это выражается формулой:

В этой формуле $q$ — это заряд объекта, $e$ — элементарный заряд (по модулю равный заряду электрона, $|e| \approx 1.6 \times 10^{-19}$ Кл), а $N$ — это обязательно целое число ($N = 0, \pm1, \pm2, \ldots$).

Рассмотрим условие задачи. Нам дана гипотетическая частица с зарядом $q_{ч} = 2.5 \cdot |e|$. Если бы такая частица существовала, то для нее коэффициент кратности $N$ был бы равен 2,5.

Однако число 2,5 не является целым. Это прямо противоречит принципу квантования заряда, который является одним из наиболее строго установленных законов природы. Невозможно отделить или добавить к телу дробную часть элементарного заряда.

Стоит упомянуть, что в Стандартной модели физики элементарных частиц существуют кварки, которые имеют дробные заряды (например, u-кварк с зарядом $+{2 \over 3}e$ и d-кварк с зарядом $-{1 \over 3}e$). Однако кварки не могут существовать в свободном состоянии из-за явления, называемого цветовым удержанием (конфайнментом). Они всегда объединяются в составные частицы (адроны, такие как протоны и нейтроны) таким образом, что суммарный заряд адрона всегда является целым кратным $e$. Например, протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, и его заряд равен $(+{2 \over 3} + {2 \over 3} - {1 \over 3})e = +1e$.

Таким образом, свободно существующая частица с зарядом, в 2,5 раза превышающим заряд электрона, невозможна.

Ответ: Нет, такая частица существовать не может. Согласно принципу квантования заряда, заряд любой свободно существующей частицы должен быть равен целому числу элементарных зарядов ($q=N \cdot e$, где $N$ — целое число). Коэффициент 2,5 не является целым.

5. Ядро атома кислорода содержит 8 протонов. Каков заряд ядра атома кислорода? Сколько электронов содержит атом кислорода?

Дано:

Число протонов в ядре атома кислорода, $N_p = 8$

Элементарный заряд, $e \approx 1.6 \cdot 10^{-19}$ Кл

Найти:

Заряд ядра атома кислорода, $q_{ядра}$ - ?

Число электронов в атоме кислорода, $N_e$ - ?

Решение:

Каков заряд ядра атома кислорода?

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, равный по модулю элементарному заряду $e$. Нейтроны не имеют заряда (нейтральны). Следовательно, заряд ядра определяется общим зарядом всех протонов, содержащихся в нем. Заряд ядра $q_{ядра}$ можно найти по формуле:

$q_{ядра} = N_p \cdot e$

Подставим известные значения:

$q_{ядра} = 8 \cdot 1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл} = 12.8 \cdot 10^{-19} \text{ Кл} = 1.28 \cdot 10^{-18} \text{ Кл}$

Заряд ядра является положительным, так как протоны заряжены положительно.

Ответ: заряд ядра атома кислорода равен $+1.28 \cdot 10^{-18}$ Кл.

Сколько электронов содержит атом кислорода?

Атом в своем нормальном (неионизированном) состоянии является электрически нейтральным. Это означает, что суммарный положительный заряд ядра равен по модулю суммарному отрицательному заряду всех электронов, входящих в состав атома. Заряд одного электрона по модулю равен заряду одного протона ($e$). Поэтому для нейтральности атома необходимо, чтобы число электронов ($N_e$) было равно числу протонов ($N_p$) в ядре.

$N_e = N_p$

Поскольку ядро атома кислорода содержит 8 протонов, следовательно, нейтральный атом кислорода содержит 8 электронов.

$N_e = 8$

Ответ: атом кислорода содержит 8 электронов.

6. От атома углерода отделился один электрон. Как называют образовавшуюся частицу? Каков её заряд?

Дано:

Атом углерода (C) потерял 1 электрон ($e^-$)

Элементарный заряд $e \approx 1.6 \times 10^{-19}$ Кл

Найти:

Название образовавшейся частицы - ?

Заряд образовавшейся частицы $q$ - ?

Решение:

Как называют образовавшуюся частицу?

Атом в обычном состоянии электрически нейтрален, так как число протонов (положительно заряженных частиц) в ядре равно числу электронов (отрицательно заряженных частиц) на его оболочках. Когда атом теряет электрон, баланс зарядов нарушается. Число протонов становится больше числа электронов, и атом превращается в положительно заряженную частицу. Такая частица называется положительным ионом или катионом.

Ответ: Образовавшаяся частица называется положительным ионом углерода (или катионом углерода).

Каков её заряд?

Атом углерода имеет порядковый номер 6 в периодической системе элементов, следовательно, в его ядре находится 6 протонов, а в нейтральном атоме вокруг ядра вращается 6 электронов. Заряд протона равен $+e$, а заряд электрона $-e$. Общий заряд нейтрального атома углерода равен нулю: $q_{атом} = 6 \cdot (+e) + 6 \cdot (-e) = 0$.

После потери одного электрона в частице остается 6 протонов, но уже 5 электронов. Её суммарный заряд $q$ становится:

$q = 6 \cdot (+e) + 5 \cdot (-e) = 6e - 5e = +e$

Таким образом, заряд образовавшегося иона положителен и равен по модулю элементарному заряду. Численно это значение составляет:

$q = +e \approx +1.6 \times 10^{-19}$ Кл

Ответ: Заряд частицы равен $+e$, что составляет примерно $+1.6 \times 10^{-19}$ Кл.