Страница 49 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

До конца XIX века в науке господствовало представление, унаследованное еще от античных философов, о том, что атом является неделимой, фундаментальной частицей вещества. Однако серия революционных научных открытий на рубеже XIX–XX веков полностью опровергла эту догму, доказав, что атом имеет сложное строение и является делимым.

Первым фундаментальным открытием, пошатнувшим идею о неделимости атома, стало открытие электрона. В 1897 году английский физик Джозеф Джон Томсон, экспериментируя с катодными лучами в вакуумных трубках, доказал, что эти лучи представляют собой поток мельчайших отрицательно заряженных частиц. Он смог измерить отношение их заряда к массе и обнаружил, что эти частицы (названные электронами) почти в 2000 раз легче самого лёгкого из известных атомов — атома водорода. Поскольку электроны можно было «извлечь» из атомов различных химических элементов, это неопровержимо свидетельствовало о том, что атомы не являются элементарными и содержат в себе еще более мелкие составные части.

Практически в то же время, в 1896 году, французский физик Анри Беккерель случайно открыл явление естественной радиоактивности. Он обнаружил, что соли урана самопроизвольно, без какого-либо внешнего воздействия, испускают невидимое проникающее излучение. Дальнейшие исследования, проведенные Марией и Пьером Кюри, показали, что это излучение неоднородно и состоит из трех компонентов: альфа-частиц (положительно заряженные частицы, оказавшиеся ядрами атомов гелия), бета-частиц (отрицательно заряженные частицы, оказавшиеся электронами) и гамма-лучей (нейтральное электромагнитное излучение). Факт того, что атом одного химического элемента (например, урана) может самопроизвольно распадаться, превращаясь в атом другого элемента и испуская при этом другие частицы, стал прямым доказательством его делимости и сложного внутреннего строения.

Окончательное понимание структуры атома пришло с открытием атомного ядра. В 1911 году Эрнест Резерфорд вместе со своими учениками Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом провел знаменитый опыт по рассеянию альфа-частиц на тонкой золотой фольге. Результаты были поразительными: подавляющее большинство альфа-частиц пролетало сквозь фольгу практически без отклонений, однако небольшая часть отклонялась на значительные углы, а некоторые (примерно 1 из 8000) даже отбрасывались назад. Резерфорд пришел к выводу, что такое возможно только в том случае, если почти вся масса и весь положительный заряд атома сосредоточены в крошечном, чрезвычайно плотном центре — ядре, а вокруг него на большом расстоянии вращаются легкие электроны. Это открытие привело к созданию планетарной модели атома, наглядно показавшей, что атом не монолитен, а представляет собой сложную систему, состоящую из ядра и электронов.

Ответ: Научные открытия, доказавшие, что атом является сложной и делимой частицей, включают:

1. Открытие электрона (Дж. Дж. Томсон, 1897 г.), которое показало, что в состав атомов входят более мелкие отрицательно заряженные частицы.
2. Открытие явления радиоактивности (А. Беккерель, М. и П. Кюри, с 1896 г.), продемонстрировавшее способность атомов к самопроизвольному распаду и превращению в атомы других элементов.
3. Открытие атомного ядра (Э. Резерфорд, 1911 г.), которое установило, что атом состоит из очень маленького, плотного, положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него электронов, тем самым подтвердив его сложную внутреннюю структуру.

Дано:

Химические элементы: натрий (Na), фосфор (P), золото (Au).

Найти:

Число протонов ($p^+$), электронов ($e^-$) и нейтронов ($n^0$) в атомах каждого элемента.

Решение:

Для определения состава атома воспользуемся Периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева и следующими правилами:

• Число протонов ($p^+$) в ядре атома равно порядковому номеру элемента ($Z$) в таблице.
• Атом в нейтральном состоянии электрически нейтрален, поэтому число электронов ($e^-$), вращающихся вокруг ядра, равно числу протонов.
• Число нейтронов ($n^0$) в ядре находится как разность между массовым числом ($A$) и числом протонов ($Z$). Массовое число ($A$) — это относительная атомная масса элемента, округленная до ближайшего целого числа (для наиболее стабильного или распространенного изотопа). Формула для расчета числа нейтронов: $N = A - Z$.

Натрий (Na)

Порядковый номер натрия в Периодической системе $Z = 11$.

Следовательно, число протонов в ядре атома натрия $p^+ = 11$.

Число электронов в нейтральном атоме натрия $e^- = 11$.

Относительная атомная масса натрия составляет примерно 22,99 а.е.м. Округляем до целого и получаем массовое число $A = 23$.

Число нейтронов вычисляем по формуле: $n^0 = A - Z = 23 - 11 = 12$.

Ответ: в атоме натрия содержится 11 протонов, 11 электронов и 12 нейтронов.

Фосфор (P)

Порядковый номер фосфора $Z = 15$.

Следовательно, число протонов в ядре атома фосфора $p^+ = 15$.

Число электронов в нейтральном атоме фосфора $e^- = 15$.

Относительная атомная масса фосфора составляет примерно 30,97 а.е.м. Массовое число $A = 31$.

Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 31 - 15 = 16$.

Ответ: в атоме фосфора содержится 15 протонов, 15 электронов и 16 нейтронов.

Золото (Au)

Порядковый номер золота $Z = 79$.

Следовательно, число протонов в ядре атома золота $p^+ = 79$.

Число электронов в нейтральном атоме золота $e^- = 79$.

Относительная атомная масса золота составляет примерно 196,97 а.е.м. Массовое число $A = 197$.

Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 197 - 79 = 118$.

Ответ: в атоме золота содержится 79 протонов, 79 электронов и 118 нейтронов.

Почему планетарную модель строения атома, предложенную Э. Резерфордом, называют также нуклеарной

Планетарную модель строения атома, предложенную Эрнестом Резерфордом, называют также нуклеарной, поскольку в её основе лежит концепция атомного ядра. Термин «нуклеарный» является производным от латинского слова nucleus, которое переводится как «ядро» или «сердцевина». В 1911 году Резерфорд на основе своих опытов по рассеянию альфа-частиц пришел к выводу, что почти вся масса и весь положительный заряд атома сконцентрированы в очень малой области в его центре. Эту центральную часть он назвал ядром (nucleus). Так как вся модель основана на существовании этого ядра, вокруг которого по орбитам движутся электроны (по аналогии с планетами вокруг Солнца), её и называют не только планетарной, но и нуклеарной, то есть «ядерной».

Ответ: Планетарную модель атома называют нуклеарной (ядерной), потому что она основана на представлении о существовании в центре атома ядра (лат. nucleus), в котором сосредоточена основная масса и весь положительный заряд атома.

Почему протоны и нейтроны вместе называют нуклонами

Протоны и нейтроны — это частицы, из которых состоит атомное ядро. Для их общего наименования был введен термин «нуклон». Это слово образовано от латинского nucleus (ядро) путем добавления суффикса «-он». В физике суффикс «-он» часто используется для обозначения субатомных частиц (например, электрон, фотон, протон). Таким образом, термин «нуклон» дословно означает «частица ядра». Это обобщающее название очень удобно, поскольку протоны и нейтроны имеют много общих свойств (например, близкие массы) и одинаково участвуют в сильном ядерном взаимодействии, которое удерживает их вместе в ядре.

Ответ: Протоны и нейтроны вместе называют нуклонами, потому что они являются частицами, образующими атомное ядро (nucleus), а термин «нуклон» буквально означает «частица ядра».