Страница 115 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Опишите планетарную модель атома на примере атома гелия.

1. Опишите планетарную модель атома на примере атома гелия.

Решение

Планетарная модель атома, предложенная Эрнестом Резерфордом в 1911 году, описывает строение атома по аналогии с Солнечной системой. Согласно этой модели, в центре атома расположено очень маленькое, плотное и положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома. Вокруг этого ядра, подобно планетам вокруг Солнца, по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. Атом в целом электрически нейтрален, так как суммарный отрицательный заряд электронов равен по модулю положительному заряду ядра.

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

Атом гелия имеет порядковый номер 2 в периодической таблице, что означает, что в его ядре находятся 2 протона. Наиболее распространенный изотоп гелия — гелий-4 ($^4\text{He}$), его ядро также содержит 2 нейтрона.

Таким образом, в соответствии с планетарной моделью, атом гелия имеет следующее строение:

1. Ядро: В центре атома находится ядро, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, а нейтроны нейтральны, поэтому суммарный заряд ядра гелия равен $q_{ядра} = +2e$, где $e$ — элементарный заряд. Это ядро также называют альфа-частицей.

2. Электронная оболочка: Для обеспечения электрической нейтральности атома, вокруг ядра должны вращаться два электрона, так как каждый электрон несет заряд $q_{e} = -e$. Суммарный заряд электронов составляет $-2e$.

3. Взаимодействие: Электроны удерживаются на своих орбитах за счет силы электростатического (кулоновского) притяжения к положительно заряженному ядру.

Следовательно, в планетарной модели атом гелия можно представить как систему, где два электрона обращаются вокруг массивного центрального ядра, состоящего из двух протонов и двух нейтронов.

Ответ: В планетарной модели атом гелия состоит из положительно заряженного ядра (заряд $+2e$), которое содержит 2 протона и 2 нейтрона, и двух отрицательно заряженных электронов (заряд каждого $-e$), вращающихся вокруг ядра по своим орбитам.

2. Какие частицы входят в состав ядра?

2. Атомное ядро — это центральная и очень плотная часть атома, в которой сосредоточена почти вся его масса. Ядро состоит из частиц двух видов, которые имеют общее название нуклоны (от лат. nucleus — ядро). Этими частицами являются протоны и нейтроны.

Протоны (обозначаются как $p$ или $p^+$) — это стабильные, положительно заряженные элементарные частицы. Величина заряда протона равна по модулю заряду электрона, но имеет противоположный знак: $q_p = +e \approx +1,602 \times 10^{-19}$ Кл. Число протонов в ядре, называемое зарядовым числом ($Z$), определяет атомный номер элемента в периодической системе Д.И. Менделеева и, следовательно, его химические свойства.

Нейтроны (обозначаются как $n$ или $n^0$) — это электрически нейтральные частицы, то есть их заряд равен нулю ($q_n = 0$). Масса нейтрона незначительно превышает массу протона. Атомы одного и того же химического элемента могут иметь разное количество нейтронов ($N$) в ядре. Такие разновидности атомов называются изотопами. Например, ядро обычного водорода (протия) состоит из одного протона, ядро дейтерия — из одного протона и одного нейтрона, а ядро трития — из одного протона и двух нейтронов.

Нуклоны в ядре связаны между собой особым видом взаимодействия — сильным ядерным взаимодействием. Оно является самым мощным из всех известных фундаментальных взаимодействий, но действует только на очень малых расстояниях, сопоставимых с размерами самого ядра. Это взаимодействие 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 — центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся его масса и весь положительный заряд. Ядро состоит из частиц двух видов, которые вместе называются нуклонами:

• Протоны ($p^+$) — это стабильные элементарные частицы, обладающие положительным электрическим зарядом, равным по модулю заряду электрона. Число протонов в ядре, называемое зарядовым числом ($Z$), определяет химические свойства атома и его место в периодической системе элементов Д.И. Менделеева.
• Нейтроны ($n^0$) — это электрически нейтральные частицы, то есть они не имеют заряда. Масса нейтрона очень близка к массе протона.

Общее число протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом ($A$). Таким образом, состав любого ядра можно описать соотношением: $A = Z + N$, где $N$ — число нейтронов.

Ответ: В состав атомного ядра входят положительно заряженные частицы — протоны, и нейтральные частицы — нейтроны.

3. Каково строение атомов водорода, гелия и лития?

Атом представляет собой систему, состоящую из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов в ядре, поэтому суммарный электрический заряд атома равен нулю. Строение атомов водорода, гелия и лития (для их наиболее распространенных изотопов) следующее:

• Атом водорода (H): Это самый простой по строению атом. Его порядковый номер — 1. Ядро самого распространенного изотопа водорода, протия ($^1_1H$), состоит всего из одного протона и не содержит нейтронов. Вокруг этого ядра по орбитали движется один электрон.
• Атом гелия (He): Порядковый номер гелия — 2. Ядро наиболее стабильного изотопа гелия-4 ($^4_2He$) состоит из двух протонов и двух нейтронов. Вокруг ядра движутся два электрона, которые полностью заполняют первую электронную оболочку.
• Атом лития (Li): Порядковый номер лития — 3. Ядро наиболее распространенного изотопа лития-7 ($^7_3Li$) содержит три протона и четыре нейтрона. Вокруг ядра движутся три электрона: два на внутренней электронной оболочке и один на внешней.

Ответ:
- Атом водорода ($^1_1H$) состоит из ядра (1 протон) и 1 электрона.
- Атом гелия ($^4_2He$) состоит из ядра (2 протона, 2 нейтрона) и 2 электронов.
- Атом лития ($^7_3Li$) состоит из ядра (3 протона, 4 нейтрона) и 3 электронов.

4. Как образуются положительные и отрицательные ионы?

Ионы — это заряженные частицы, которые образуются из нейтральных атомов (или молекул) в результате потери или приобретения одного или нескольких электронов. Процесс образования ионов называется ионизацией.

• Положительные ионы (катионы) образуются, когда нейтральный атом теряет один или несколько электронов со своей внешней электронной оболочки. В результате количество протонов в ядре (положительных зарядов) становится больше, чем количество оставшихся электронов (отрицательных зарядов). Таким образом, атом приобретает суммарный положительный заряд. Например, атом натрия ($Na$), потеряв один электрон, превращается в положительный ион $Na^+$.
• Отрицательные ионы (анионы) образуются, когда нейтральный атом присоединяет к себе один или несколько дополнительных электронов на свою внешнюю оболочку. В результате количество электронов становится больше, чем количество протонов в ядре. Таким образом, атом приобретает суммарный отрицательный заряд. Например, атом хлора ($Cl$), присоединив один электрон, превращается в отрицательный ион $Cl^-$.

Ответ: Положительный ион образуется, когда атом отдает один или несколько электронов. Отрицательный ион образуется, когда атом принимает один или несколько электронов.

4. Как образуются положительные и отрицательные ионы?

4. Как образуются положительные и отрицательные ионы?

Атом в обычном состоянии является электрически нейтральным, так как количество положительно заряженных протонов в его ядре равно количеству отрицательно заряженных электронов на его электронных оболочках. Ион — это атом или группа атомов, которые приобрели электрический заряд в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов.

Положительные ионы (катионы) образуются, когда нейтральный атом теряет один или несколько электронов со своей внешней электронной оболочки. После потери электрона(ов) количество протонов в ядре становится больше, чем количество оставшихся электронов. Это приводит к возникновению избыточного положительного заряда. Например, атом лития ($Li$) имеет 3 протона и 3 электрона. Если он теряет один электрон, он превращается в положительный ион лития ($Li^+$) с 3 протонами и 2 электронами, и его суммарный заряд становится равным +1. Процесс можно записать так: $Li - 1e^- \rightarrow Li^+$.

Отрицательные ионы (анионы) образуются, когда нейтральный атом присоединяет один или несколько дополнительных электронов на свою внешнюю электронную оболочку. В результате количество электронов становится больше, чем количество протонов в ядре, что создает избыточный отрицательный заряд. Например, атом фтора ($F$) имеет 9 протонов и 9 электронов. Если он присоединяет один электрон, он превращается в отрицательный ион фтора (фторид-ион, $F^−$) с 9 протонами и 10 электронами, и его суммарный заряд становится равным -1. Процесс можно записать так: $F + 1e^- \rightarrow F^−$.

Ответ: Положительные ионы (катионы) образуются при потере электронов атомом, а отрицательные ионы (анионы) — при присоединении электронов к атому.

5. Что является главной характеристикой данного...

Предполагая, что вопрос относится к химическому элементу (так как предыдущие вопросы касались строения атомов), главной и фундаментальной характеристикой, определяющей химический элемент, является заряд его атомного ядра. Этот заряд равен числу протонов в ядре. Эта величина называется атомным номером и обозначается буквой $Z$.

Именно число протонов определяет уникальность каждого химического элемента:

• Все атомы с одним протоном ($Z=1$) являются атомами водорода.
• Все атомы с шестью протонами ($Z=6$) являются атомами углерода.
• Все атомы с восьмью протонами ($Z=8$) являются атомами кислорода.

В то время как другие характеристики атома могут меняться, принадлежность к элементу определяется только числом протонов:

• Число нейтронов в ядре может быть разным. Атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов называются изотопами (например, углерод-12 и углерод-14).
• Число электронов может меняться при образовании ионов. Однако, даже став ионом, атом не перестает быть атомом данного элемента, так как число протонов в его ядре остается неизменным.

Таким образом, атомный номер ($Z$) однозначно определяет химические свойства элемента (поскольку они зависят от строения электронной оболочки, которое, в свою очередь, определяется зарядом ядра) и его место в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Ответ: Главной характеристикой химического элемента является число протонов в ядре его атома (атомный номер $Z$).

5. Что является главной характеристикой данного химического элемента?

5. Главной, определяющей характеристикой любого химического элемента является количество протонов в ядре его атомов. Это число называется атомным номером или зарядовым числом и обозначается латинской буквой $Z$.

Именно атомный номер однозначно идентифицирует химический элемент. Все атомы, имеющие одинаковое количество протонов в ядре, принадлежат к одному и тому же элементу. Например, каждый атом, в ядре которого находится 6 протонов, является атомом углерода. Если в ядре 7 протонов — это азот, если 8 — кислород, и так далее.

Другие характеристики атома, такие как количество нейтронов или электронов, могут меняться, не изменяя при этом сам элемент:

• Атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов называются изотопами (например, углерод-12 с 6 протонами и 6 нейтронами и углерод-14 с 6 протонами и 8 нейтронами).
• Атомы, потерявшие или присоединившие электроны, становятся ионами (например, нейтральный атом натрия с 11 протонами и 11 электронами и положительный ион натрия $Na^+$ с 11 протонами и 10 электронами).

Таким образом, количество протонов является фундаментальным свойством, которое определяет химическую природу элемента, его место в Периодической системе Д. И. Менделеева и все его химические свойства.

Ответ: главной характеристикой химического элемента является количество протонов в ядре его атома, также известное как атомный номер ($Z$).

1. Чем отрицательный ион отличается от электрона?

Отрицательный ион и электрон являются разными физическими объектами, хотя оба несут отрицательный электрический заряд. Их основные отличия заключаются в составе, массе, величине заряда и происхождении.

• Состав. Электрон ($e^−$) — это фундаментальная, то есть неделимая, элементарная частица. Он не состоит из других, более мелких частиц. В свою очередь, отрицательный ион — это сложная частица, представляющая собой атом или молекулу, которая присоединила один или несколько "лишних" электронов. Таким образом, ион состоит из массивного атомного ядра и электронной оболочки.
• Масса. Масса электрона — одна из фундаментальных констант, она очень мала: $m_e \approx 9.11 \times 10^{-31}$ кг. Масса же любого отрицательного иона в тысячи раз больше массы электрона, так как она практически полностью определяется массой атомного ядра. Масса присоединенного электрона пренебрежимо мала на фоне массы атома. Например, масса иона водорода $H^−$ почти в 2000 раз превышает массу электрона.
• Величина заряда. Электрон обладает наименьшим возможным (элементарным) отрицательным зарядом, равным $q_e = -e \approx -1.602 \times 10^{-19}$ Кл. Это фиксированная величина. Заряд отрицательного иона всегда кратен заряду электрона: $-e, -2e, -3e$ и так далее, в зависимости от количества присоединенных электронов. Например, ион фтора $F^−$ имеет заряд $-e$, а ион кислорода $O^{2−}$ — заряд $-2e$.
• Происхождение. Электрон — это стабильная, фундаментальная составляющая материи. Отрицательный ион образуется из нейтрального атома или молекулы в результате захвата электрона. Он является производной, а не фундаментальной частицей.

Ответ: Отрицательный ион — это атом или молекула с одним или несколькими избыточными электронами, в то время как электрон — это фундаментальная элементарная частица. Следовательно, ион в тысячи раз массивнее электрона, имеет более сложный состав (ядро и электроны), а его заряд может быть кратен элементарному ($-2e, -3e$ и т.д.), тогда как электрон неделим, имеет минимальную массу и фиксированный элементарный заряд $-e$.

2. Можно ли по моделям атомов (см. рис. 66) определить порядковые номера водорода, гелия и лития в таблице Д. И. Менделеева?

Да, по моделям атомов, которые показывают их состав, можно определить порядковые номера водорода, гелия и лития в таблице Д. И. Менделеева.

Порядковый номер химического элемента в периодической таблице, обозначаемый символом $Z$, определяется количеством протонов в ядре атома. В нейтральном атоме число протонов равно числу электронов, вращающихся вокруг ядра.

Модели атомов (такие как планетарная модель Резерфорда-Бора, которая, скорее всего, имеется в виду на рис. 66) наглядно показывают состав атома: ядро, состоящее из протонов и нейтронов, и электроны на орбиталях. Чтобы определить порядковый номер элемента по такой модели, достаточно посчитать количество протонов в ядре или общее количество электронов.

• Водород (H): Модель атома водорода будет состоять из одного протона в ядре и одного электрона на электронной оболочке. Количество протонов (или электронов) равно 1. Следовательно, порядковый номер водорода $Z=1$.
• Гелий (He): Модель атома гелия будет иметь ядро с двумя протонами и два электрона на электронной оболочке. Подсчет этих частиц дает число 2. Таким образом, порядковый номер гелия $Z=2$.
• Литий (Li): Модель атома лития покажет три протона в ядре и три электрона, расположенных на двух электронных оболочках (2 на первой и 1 на второй). Общее число протонов (или электронов) равно 3, что соответствует порядковому номеру лития $Z=3$.

Таким образом, подсчитав количество протонов или электронов на модели атома, можно однозначно определить его место в периодической таблице.

да, можно. Порядковый номер элемента равен числу протонов в ядре или общему числу электронов в нейтральном атоме. Посчитав их на моделях, можно определить, что порядковый номер водорода — 1, гелия — 2, а лития — 3.

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

Дано:

Атом химического элемента: бериллий ($Be$)

Число протонов в ядре: $Z = 4$

Число нейтронов в ядре: $N = 5$

Найти:

Построить модель атома бериллия.

Решение:

Планетарная модель атома (модель Резерфорда-Бора) описывает атом как систему, состоящую из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него по орбитам отрицательно заряженных электронов.

1. Определение состава и характеристик ядра.

Ядро атома состоит из протонов ($p^{+}$) и нейтронов ($n^{0}$). Согласно условию, в ядре атома бериллия содержится 4 протона и 5 нейтронов. Заряд ядра определяется числом протонов и является положительным. Заряд ядра бериллия равен $Z \cdot e = +4e$, где $e$ – элементарный заряд.

Массовое число атома ($A$) – это общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Для данного атома бериллия оно равно:

$A = Z + N = 4 + 5 = 9$

Таким образом, мы рассматриваем изотоп бериллия-9, который обозначается как $^{9}_{4}Be$.

2. Определение количества электронов и их распределения по оболочкам.

Атом является электронейтральной частицей, поэтому число электронов ($e^{-}$) в нем равно числу протонов. Следовательно, в атоме бериллия имеется 4 электрона.

Эти электроны располагаются на электронных оболочках (энергетических уровнях). Распределение электронов по оболочкам для бериллия следующее:

Первая электронная оболочка (самая близкая к ядру, $n=1$) полностью заполнена и содержит максимальное для нее количество – 2 электрона.

Оставшиеся электроны ($4 - 2 = 2$) переходят на следующую оболочку.

Вторая электронная оболочка ($n=2$) содержит 2 электрона. Эта оболочка является внешней для атома бериллия.

3. Описание модели атома.

Основываясь на вышеизложенном, модель атома бериллия можно описать следующим образом:

В центре расположено ядро, которое включает в себя 4 протона ($4p^{+}$) и 5 нейтронов ($5n^{0}$).

Вокруг ядра на двух энергетических уровнях (орбитах) движутся 4 электрона ($4e^{-}$):

- на первом, внутреннем уровне: 2 электрона;

- на втором, внешнем уровне: 2 электрона.

Ответ:

Модель атома бериллия представляет собой ядро, состоящее из 4 протонов и 5 нейтронов, вокруг которого по двум электронным оболочкам движутся 4 электрона. На первой электронной оболочке (ближней к ядру) находится 2 электрона, а на второй (внешней) оболочке – также 2 электрона.

2. Диаметр атома водорода 10⁻¹⁰ м, а диаметр его ядра 10⁻¹⁵ м. Во сколько раз атом водорода больше своего ядра?

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

Найти:
Во сколько раз атом водорода больше своего ядра.

Решение:
Чтобы определить, во сколько раз диаметр атома водорода больше диаметра его ядра, необходимо найти отношение их диаметров. Обозначим это отношение буквой $N$.

$N = \frac{d_{атом}}{d_{ядро}}$

Подставим числовые значения из условия задачи в формулу:

$N = \frac{10^{-10} \text{ м}}{10^{-15} \text{ м}}$

Для вычисления воспользуемся свойством степеней: при делении степеней с одинаковым основанием их показатели вычитаются ($a^m / a^n = a^{m-n}$).

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

$10^5 = 100 000$

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?

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть два вида фундаментальных взаимодействий, в которых участвуют электроны как частицы, обладающие и зарядом, и массой: электромагнитное и гравитационное.

С одной стороны, электрон является носителем элементарного отрицательного электрического заряда. Согласно основному закону электростатики, одноименные заряды отталкиваются. Следовательно, между двумя электронами возникает сила электростатического отталкивания (сила Кулона).

С другой стороны, каждый электрон обладает массой. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, любые два тела, обладающие массой, притягиваются друг к другу. Таким образом, между двумя электронами также действует сила гравитационного притяжения.

Чтобы определить, какой процесс — притяжение или отталкивание — будет итоговым, необходимо сравнить величины этих двух сил.

Дано:

Постоянная Кулона: $k \approx 8.99 \times 10^9 \, \text{Н} \cdot \text{м}^2/\text{Кл}^2$
Гравитационная постоянная: $G \approx 6.674 \times 10^{-11} \, \text{Н} \cdot \text{м}^2/\text{кг}^2$
Элементарный заряд: $e \approx 1.602 \times 10^{-19} \, \text{Кл}$
Масса электрона: $m_e \approx 9.109 \times 10^{-31} \, \text{кг}$

Найти:

Определить, какая сила больше: сила электростатического отталкивания $F_э$ или сила гравитационного притяжения $F_г$.

Решение:

Сила электростатического отталкивания между двумя электронами на расстоянии $r$ друг от друга определяется законом Кулона:

$F_э = k \frac{e^2}{r^2}$

Сила гравитационного притяжения между ними описывается законом всемирного тяготения:

$F_г = G \frac{m_e^2}{r^2}$

Найдем отношение модулей этих сил, чтобы сравнить их величину:

$\frac{F_э}{F_г} = \frac{k \frac{e^2}{r^2}}{G \frac{m_e^2}{r^2}} = \frac{k e^2}{G m_e^2}$

Как видно из формулы, отношение сил не зависит от расстояния $r$ между электронами. Подставим числовые значения физических констант:

$\frac{F_э}{F_г} = \frac{(8.99 \times 10^9) \cdot (1.602 \times 10^{-19})^2}{(6.674 \times 10^{-11}) \cdot (9.109 \times 10^{-31})^2} \approx \frac{2.307 \times 10^{-28}}{5.537 \times 10^{-71}} \approx 4.17 \times 10^{42}$

Результат показывает, что сила электростатического отталкивания между двумя электронами примерно в $4.17 \times 10^{42}$ раз (то есть на 42 порядка) больше, чем сила их гравитационного притяжения. Это означает, что гравитационным притяжением в данном случае можно полностью пренебречь.

Ответ: Два электрона отталкиваются друг от друга. Сила электростатического отталкивания, обусловленная их одноименными (отрицательными) зарядами, неизмеримо больше, чем чрезвычайно слабая сила их взаимного гравитационного притяжения.

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

Решение

Нет, никакая свободно существующая частица или тело не может иметь заряд, превышающий элементарный в 2,5 раза.

Это утверждение основывается на фундаментальном свойстве электрического заряда — его дискретности, или квантовании. Согласно принципу квантования заряда, электрический заряд любого объекта (частицы или макроскопического тела) $q$ всегда кратен элементарному электрическому заряду $e$.

Математически это выражается формулой:

$q = n \cdot e$

где $e$ — элементарный заряд (модуль заряда электрона, $e \approx 1,602 \cdot 10^{-19}$ Кл), а $n$ — обязательно целое число ($n = 0, \pm1, \pm2, \ldots$).

В условии задачи рассматривается гипотетический заряд $q_{гип} = 2,5 \cdot e$. В этом случае коэффициент кратности $n$ был бы равен 2,5. Так как 2,5 не является целым числом, существование свободно существующей частицы с таким зарядом противоречит принципу квантования заряда.

Следует упомянуть, что в Стандартной модели физики элементарных частиц существуют кварки, имеющие дробные заряды (например, $+\frac{2}{3}e$ и $-\frac{1}{3}e$). Однако из-за явления, называемого конфайнментом (удержание цвета), кварки не наблюдаются в свободном состоянии. Они всегда существуют в составе адронов (таких как протоны и нейтроны), суммарный заряд которых всегда равен целому числу элементарных зарядов. Даже если бы мы рассматривали комбинацию кварков, их суммарный заряд был бы кратен $\frac{1}{3}e$. Заряд $2,5e = \frac{5}{2}e$ не кратен $\frac{1}{3}e$, так как их отношение $\frac{5/2}{1/3} = 7,5$ не является целым числом. Таким образом, даже с учетом кварковой структуры материи, заряд в $2,5e$ невозможен.

Ответ: Нет, не может. Согласно принципу квантования электрического заряда, заряд любой частицы или тела должен быть кратен элементарному заряду $e$, то есть $q = n \cdot e$, где $n$ — целое число. Число 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, $Z = 8$.

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. Нейтроны не имеют электрического заряда, в то время как каждый протон несет положительный заряд, равный по величине элементарному заряду $e$. Следовательно, заряд ядра определяется общим зарядом всех протонов в нем.

Заряд ядра $q_{ядра}$ можно рассчитать по формуле:

$q_{ядра} = Z \cdot e$

где $Z$ - это число протонов в ядре.

Подставив известные значения, получаем:

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

Так как протоны заряжены положительно, то и заряд ядра является положительным.

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

Сколько электронов содержит атом кислорода?

Атом в своем основном состоянии является электрически нейтральной частицей. Это означает, что суммарный положительный заряд ядра полностью компенсируется суммарным отрицательным зарядом электронов, движущихся вокруг ядра.

Заряд одного электрона равен $-e$, то есть он равен по модулю и противоположен по знаку заряду протона. Для того чтобы атом был нейтральным, число электронов $N_e$ в нем должно быть равно числу протонов $Z$ в ядре.

$N_e = Z$

Поскольку ядро атома кислорода содержит 8 протонов ($Z=8$), то для обеспечения электронейтральности атом кислорода должен содержать 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? Нарисуйте модель получившейся частицы.

Как называют образовавшуюся частицу?

Атом в нормальном состоянии является электрически нейтральным. Это означает, что положительный заряд его ядра, создаваемый протонами, полностью компенсируется отрицательным зарядом электронов, вращающихся вокруг ядра. Углерод (C) имеет порядковый номер 6 в периодической таблице Менделеева, следовательно, нейтральный атом углерода содержит 6 протонов в ядре и 6 электронов на электронных оболочках.

Когда от атома отделяется один электрон, он теряет часть своего отрицательного заряда. В результате в частице остается 6 протонов (положительный заряд ядра не меняется) и $6 - 1 = 5$ электронов. Поскольку число протонов теперь превышает число электронов, частица приобретает суммарный положительный заряд.

Атом, потерявший или присоединивший один или несколько электронов, называется ионом. В данном случае, так как атом потерял электрон и стал положительно заряженным, он превратился в положительный ион, или катион.

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

Каков её заряд?

Заряд одного протона равен элементарному заряду $+e$, а заряд одного электрона равен $-e$. Общий заряд ядра атома углерода, содержащего 6 протонов, составляет $q_{ядра} = 6 \cdot (+e) = +6e$. После потери одного электрона у иона осталось 5 электронов, их суммарный заряд равен $q_{электронов} = 5 \cdot (-e) = -5e$.

Полный заряд получившегося иона равен сумме зарядов ядра и всех его электронов:

$q_{иона} = q_{ядра} + q_{электронов} = +6e - 5e = +1e$

Значение элементарного заряда $e$ приблизительно равно $1.6 \times 10^{-19}$ Кл. Таким образом, заряд иона в системе СИ составляет $+1.6 \times 10^{-19}$ Кл.

Ответ: Заряд частицы равен $+1e$ (один элементарный положительный заряд), что приблизительно составляет $+1.6 \times 10^{-19}$ Кл.

Модель получившейся частицы

Для изображения иона углерода можно использовать планетарную модель. В центре модели расположено ядро с зарядом $+6e$ (6 протонов). Вокруг ядра по орбитам движутся оставшиеся 5 электронов. В соответствии с электронной конфигурацией, 2 электрона находятся на внутренней, более близкой к ядру оболочке, а 3 электрона — на внешней.

Рисунок 1. Планетарная модель положительного иона углерода C⁺. В ядре (красный круг) сосредоточен заряд +6. По орбитам движутся 5 электронов (синие круги): 2 на внутренней и 3 на внешней.

Ответ: Модель частицы (положительного иона углерода C⁺) представляет собой ядро с зарядом $+6e$, вокруг которого на двух орбитах движутся 5 электронов. Схематическое изображение представлено на рисунке выше.