Меню

Как сделать из бумаги строение атома



Урок 1. Схема строения атомов

В уроке 1 «Схема строения атомов» из курса «Химия для чайников» рассмотрим основы строение атома и состав атомного ядра; выясним, что такое атомная единица массы, порядковый номер атома и атомная масса элемента. Обязательно просмотрите основные понятия и определения к разделу «Атомы, молекулы и ионы», чтобы лучше воспринимать суть изложенного материала в данной главе.

Основы строения атома

Пока не будем говорить, кто и когда узнал о существовании атома, а сразу перейдем к основам его строения: Атом — это мельчайшая частица вещества, которая состоит из ядра (заряд «+»), окруженного электронами (заряд «–»).

Электроны расположены на электронных оболочках атома: чем больше заряд ядра, тем больше электронов и электронных оболочек. Сам атом заряда не имеет, так как он является электрически нейтральным: заряд ядра (+) равен сумме зарядов электронов (-), вращающихся вокруг ядра.

Состав ядра атома

Ядро атома состоит из нуклонов. Нуклоны в ядре — это протоны и нейтроны. Массы протона и нейтрона почти одинаковые. Заряд ядра атома обозначается знаком «+» и зависит исключительно от количества протонов, ведь протоны — это носители положительного заряда, а нейтроны заряда не имеют никогда. Почти вся масса атома сконцентрирована в ядре, поэтому оно супер-тяжелое по отношению к остальному содержимому атома, однако, очень маленькое по сравнению с общим размером атома.

Чтобы вы понимали насколько оно мало, приведу пример: если атом увеличить до размеров Земли, то ядро атома будет в диаметре всего 60 метров. Надеюсь, что теперь у вас возникло некоторое представление об основах строения атома и составе атомного ядра.

Атомная единица массы

Весы, которые могли бы взвесить атом, электрон или нуклон, пока еще не изобрели. Поэтому химики выражают массу частиц не в граммах, а в атомных единицах массы (а.е.м.). 1 атомная единица массы равна 1/12 массы атома углерода, ядро которого состоит из 6 протонов и 6 нейтронов. Получается, что масса 1 протона

1 а.е.м. Возникает вопрос, почему мы не считали 6 электронов, однако ответ будет простым: масса электрона ничтожно мала , поэтому в данном случае с ней даже не считаются.

Перевод граммов в атомные единицы массы выглядит так: 1 гр = 6,022×10 23 а.е.м и наоборот 1 а.е.м. = 1,66×10 -24 г. Число 6,022×10 23 носит название — число Авогадро N (позже мы рассмотрим способ ее вычисления). Ниже изображена сравнительная таблица зарядов и масс элементарных частиц:

Название Заряд, Кл Масса, гр Масса, а.е.м.
Протон +1,6·10 -19 1,67·10 -24 1,00728
Нейтрон 1,67·10 -24 1,00866
Электрон -1,6·10 -19 9,10·10 -28 0,00055

Порядковый номер атома и атомная масса элемента

Переходим к двум фундаментальным понятиям. Порядковый (атомный) номер Z — это число протонов в ядре и оно же обозначает число электронов, потому как атом должен быть электрически нейтральным. Атомная масса элемента (относительная атомная масса, атомный вес) — это масса всех субатомных частиц (протонов, нейтронов, электронов) в атоме, выражается в а.е.м. Относительная атомная масса элемента один в один то же самое, что и атомная, но является безразмерной величиной и показывает, во сколько раз масса рассматриваемого атома превышает массу 1/12 части атома углерода. Порядковые номера и атомные массы химических элементов отмечены в таблице Менделеева.

Все атомы в природе с одинаковым порядковым номером в химическом отношении ведут себя практически одинаково и, поэтому их можно считать как атом одного и того же химического элемента. Каждый элемент обозначается одно- или двухбуквенным символом, заимствованный в большинстве случаев из греческого или латинского названия. Например, символ углерода — C, натрия — Na, азота — N и т.д. В качестве символа натрия Na, взяты две первые буквы его латинского названия натриум, чтобы отличить его от азота N (латинское название нитроген). В таблице Менделеева приведен алфавитный перечень элементов и их символов, их порядковый номер и атомные массы.

Надеюсь урок 1 «Схема строения атомов» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

Строение атома

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: планетарная модель атома.

Атомы каждого химического элемента имеют строго индивидуальный линейчатый спектр, присущий только данному элементу и не меняющийся от опыта к опыту. Как это можно объяснить? Как вывести формулу, дающую весь набор частот атомного спектра? Чтобы сделать это, нужно узнать, как устроен атом.

Читайте также:  Хиппи мобиль модель из бумаги сделать

Модель Томсона

Первую модель строения атома придумал английский физик Джозеф Джон Томсон (удостоенный Нобелевской премии за открытие электрона). В конечном счёте она оказалась неверной, но сыграла важную роль, будучи стимулом последующих экспериментальных исследований Резерфорда. Физики называли модель Томсона «пудинг с изюмом».

Согласно Томсону атом представляет собой шар размером порядка см. По этому шару некоторым образом распределён положительный заряд, а внутри шара, подобно изюминкам, находятся электроны (рис. 1 ).

Рис. 1. Модель атома Томсона

Суммарный заряд электронов в точности равен положительному заряду шара, поэтому атом в целом электрически нейтрален.

Излучение атомов объясняется колебаниями электронов около положений равновесия (как вы помните, любой ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны). Однако вся совокупность экспериментальных данных по атомным спектрам не укладывалась в модель Томсона. Например, для некоторых химических элементов были подобраны формулы, хорошо описывающие их спектры, но эти формулы из модели Томсона никак не следовали.

Опыты Резерфорда

Верна ли модель Томсона? Как в действительности распределены положительные и отрицательные заряды внутри атома? Чтобы ответить на эти вопросы, нужен был эксперимент, позволяющий проникнуть внутрь атома. Ученик Томсона, знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд предложил с этой целью бомбардировать атом высокоэнергетичными ?-частицами и смотреть, как они будут отклоняться положительным зарядом атома.
Что такое -частицы? Потоки этих частиц — так называемые «альфа-лучи» — были обнаружены при радиоактивном распаде некоторых элементов (например, радия). В результате тщательных исследований, проведённых опять-таки Резерфордом, было установлено, что каждая -частица имеет положительный заряд, равный по модулю удвоенному заряду электрона, и массу, превышающую массу электрона примерно в раз. То есть, -частица оказалась полностью ионизованным (лишённым электронов) атомом гелия.

Резерфорд говорил об -частицах как об ионах гелия; сейчас мы знаем, что это ядра гелия.

Но в те времена об атомных ядрах ещё ничего не знали — о них Резерфорду лишь предстояло догадаться, глядя на результаты своих знаменитых опытов!

Энергия -частиц очень велика — достаточно сказать, что скорость их вылета из радиоактивного образца составляет примерно скорости света. Поэтому интересно было выяснить, на какие углы будут отклоняться столь мощные «снаряды» при рассеянии на отдельных атомах, а точнее — на их положительных зарядах.

Пучок -частиц направлялся на тончайшую золотую фольгу. Как гласит история, Резерфорд не сомневался в том, что углы отклонения должны быть весьма малы: имея столь огромную энергию, -частицы должны проходить сквозь фольгу как нож сквозь масло. Только «для очистки совести», на всякий случай, он попросил учеников посмотреть, не возникает ли рассеяния -частиц на большие углы.

Каково же было всеобщее удивление, когда такие частицы обнаружились! Да, как и следовало ожидать, подавляющая доля -частиц отклонялась несущественно. Но совсем небольшая их часть (примерно одна частица из нескольких тысяч) отклонялась на угол, больший (рис. 2 ).

Рис. 2. Рассеяние -частиц на атомах

Эти отклонения казались совершенно невероятными. По словам Резерфорда, дело выглядело так, словно артиллерийский снаряд налетел на кусок бумаги и от удара повернул назад.

А «бумагой» в образном сравнении Резерфорда служил атом, устроенный согласно модели Томсона. Действительно, допустим, что положительный заряд атома «размазан» по всему атому, то есть шару радиусом см. Этот положительный заряд создаёт электрическое поле, тормозящее и отклоняющее -частицы. Вблизи атома потенциал данного поля:

Расчёты, однако, показывают, что такое поле оказывается слишком слабым — его тормозящего действия никак не хватит для того, чтобы остановить -частицу и отбросить её назад!

Таким образом, наличие -частиц, отброшенных фольгой, опровергло модель Томсона. Что же было предложено взамен?

Планетарная модель атома

Чтобы отбросить -частицу, положительный заряд атома должен создавать куда более сильное электрическое поле, чем то, которое получается в модели Томсона. А чтобы создать такое поле, положительный заряд должен быть сосредоточен в области, гораздо меньшей размера атома.

Размер этой области можно вычислить. Если положительный заряд занимает область размером , то вблизи заряда создаётся электрическое поле с потенциалом

Зная кинетическую энергию -частицы, можно найти величину тормозящего потенциала , а затем и размер положительно заряженной области. Вычисления, проведённые Резерфордом, дали следующий результат:

Эта величина на пять порядков (в сто тысяч раз!) меньше размера атома. Так на смену модели Томсона пришла планетарная модель атома (рис. 3 ).

Читайте также:  Как сделать декоративных бабочек из бумаги для интерьера дома

Рис. 3. Планетарная модель атома

В центре атома находится крошечное положительно заряженное ядро, вокруг которого, словно планеты вокруг Солнца, движутся электроны. Между ядром и электронами действуют силы кулоновского притяжения, но упасть на ядро электроны не могут за счёт своего движения — точно так же, как и планеты не падают на Солнце, хоть и притягиваются к нему.

Заряд ядра по модулю равен суммарному заряду электронов, так что атом в целом электрически нейтрален. Однако электроны могут быть выбиты из своих орбит и покинуть атом — тогда атом превращается в положительно заряженный ион.

Масса электронов составляет очень малую часть общей массы атома. Например, в атоме водорода всего один электрон, и его масса в раз меньше массы ядра. Следовательно, почти вся масса атома сосредоточена в ядре — и это при том, что ядро в сто тысяч раз меньше самого атома.

Чтобы лучше почувствовать соотношение масштабов атома и ядра, представьте себе, что атом стал размером с Останкинскую телебашню ( м). Тогда ядро окажется горошиной размером мм, лежащей у вас на ладони. И тем не менее, почти вся масса атома заключена в этой горошине!

Вот таким удивительным объектом оказался атом. Однако планетарная модель атома, объяснив результаты опытов Резерфорда по рассеянию -частиц, оказалась лишь первым шагом на пути к пониманию внутриатомных процессов. А именно, планетарная модель приводила к одному серьёзному противоречию, и преодоление этого противоречия Нильсом Бором положило начало физике атома. Читаем следующий листок!

Источник

Урок-проект «Строение атома»

Разделы: Физика

Обучающие: синтез со знаниями, полученными на уроке химии, для формирования целостного представления об атоме.

Развивающие: способствовать развитию знаний об атоме, пробудить у учащихся интерес к научно-популярной литературе, к изучению предпосылок открытия конкретных явлений; заинтересовать процессом мышления первооткрывателей, полетом их мысли; продолжить развитие мышления, умение анализировать, сравнивать, делать логические выводы.

Воспитательные: развитие навыков коллективной работы; развитие навыков культуры общения; воспитание основ нравственного самосознания; толерантного отношения друг к другу; умение излагать свою точку зрения и отстаивать свою правоту;

1) Рассмотреть факты, доказывающие сложное строение атома.
2) Познакомить учащихся с историей открытия атома и его сложного строения.
3) Сформировать целостное представление об атоме (физика + химия)

Режим работы: самостоятельная работа учащихся (индивидуальная и групповая); работа с бумагой по созданию модели атома; исследовательская работа, работа с текстом карточек

Оборудование и материалы:

  • Раздаточный материал “ Факты, подтверждающие сложное строение атомов”
  • Тексты с “родителями” атома, портреты Э.Резерфорда, Дж.Дж. Томсона, Дж.Чедвика
  • Периодическая таблица Менделеева ( 1 на 2-х уч-ся)
  • Вырезанные из бумаги кружочки трех цветов, клей, белые листы
  • Компьютерная демонстрация модели строения атома (Физикус)
  • Творческие умения
  • Интеллектуальные умения
  • Коммуникативные умения

Предполагаемые приращения:

  • Новые знания: понятия – ядро, протон, нейтрон, электронные орбиты
  • Новые практические приемы: создание модели по тексту
  • Обобщение представлений об атоме.
  • Развитие навыков: самостоятельная работа с источниками, с инструментами, самостоятельное принятие решений, коммуникативные умения и навыки, умение самостоятельной мыслительной деятельности. Умение самоанализа и рефлексии.
  • Воспитание толерантности.
  • Расширение кругозора.

Этапы создания проекта

Учение об атомах стало важнейшей областью физики. Мир атома никто не видел, но, тем не менее, он реален. Много проблем ставит перед нами жизнь. Одни решаются очень легко. Над другими человечество бьется тысячи лет. А знаете, над каким вопросом: “Как устроен мир?”, “Из чего все состоит?” — это те детские вопросы, на которые труднее всего ответить. И мы с вами в течение урока должны ответить на эти вопросы и создать свою модель строения атома.

Для этого мы должны найти факты сложного строения вещества и в конечном итоге атома. Я вам раздаю карточки, с помощью которых мы и попытаемся сформулировать эти факты.

  1. Химические реакции: C+O2=CO2.
  2. Вода —>пар.
  3. Электризация.
  4. Земле 4,5 млрд. лет.
  5. Фотография кристаллическая решетки золота ( учебник 7 класса).
  1. Химические реакции говорят о существовании атомов, входящих в состав вещества.
  2. Испарение свидетельствует о делимости вещества.
  3. Процесс электризации трением объясняет существование двух видов зарядов, а также тот факт, что атом электронейтрален.
  4. Атом существует длительное время (он стабилен).
  5. Маленькие шарики – это атомы. Он занимает место в пространстве.
  • Вещество – молекула – атом — ?
  • Атом электронейтрален.
  • Суммарный отрицательный заряд электронов равен суммарному положительному заряду.
  • Атом имеет массу
  • Атом имеет размер
Читайте также:  Как можно сделать из квилинговой бумаги подарки

Учитель. Итак, мы выяснили, что атом должен быть электронейтральным, но мы точно знаем, что в его состав входят отрицательные электроны, делаем вывод: внутри атома есть и положительно заряженные частицы.
У любой идеи всегда есть автор, родитель, это чаще всего беспокойные, необыкновенно пытливые и безгранично любопытные люди, которые упорно выискивают себе проблемы. Сейчас каждый из вас пройдет также этап родителя идеи. Вы все получите распечатки с описанием модели строения атома так называемых родителей (Резерфорд, Томсон, Чедвик), а теперь объединитесь в группы по авторам. (В таблице приведены тексты для каждой группы, портреты ученых на доске.)

Джозеф Джон Томсон

18.12.1856–30.08.1940

30.08.1871–19.11.1937

20.10.1891–24.07.1974

Английский физик, член Лондонского королевского общества. В 1897 году экспериментально доказал существование – электрона, мельчайшей частицы, которая в 2000 раз меньше атома, определил массу и заряд электрона. В 1903–1904 годах выдвинул гипотезу, что атом представляет собой положительно заряженную сферу, внутри которой находятся электроны. Учены назвали эту модель “пудингом с изюмом”

Английский физик, основоположник ядерной физики, член Лондонского королевского общества. В 1911 году экспериментально обосновал ядерную модель атома: в центре атома находится положительное ядро, а вокруг него вращаются электроны. В 1919 году осуществил опыт, в котором из ядра вылетали ядра водорода, получившие названия протонов, имеющие положительный заряд

Английский физик – экспериментатор, член Лондонского королевского общества. В 1920 году подтвердил теорию атома Резерфорда и вывод о том, что заряд ядра равен порядковому номеру элемента. В 1932 году обнаружил частицы, которые отличаются от протонов электрическими свойствами, но очень близки к ним по массе и размеру. Он назвал эти частицы нейтронами. И доказал, что ядра атомов тоже делимые! Они состоят из протонов и нейтронов, которые связаны между собой мощным ядерным воздействием.

Учитель. Сначала каждый из вас внимательно читает текст.
У вас на столе есть набор оригами: кружки трех цветов, белый лист (А2), ножницы, клей и фломастеры. По описанию в тексте создайте модель атома на большом листе.
Расскажите о своей модели другим группам. (Каждая группа представляет свою модель у доски, предварительно прикрепив ее.)
Перед нами три модели, которые созданы по описанию ученых.
А сейчас сравним каждую модель с реальной моделью атома (Компьютер – анимационная модель атома и звуковое сопровождение). Найдем ошибки или недочеты в ваших моделях.
Итак, что мы можем сказать?

Атом состоит из ядра и электронов. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Заряд протона равен по модулю заряду электрона. Нейтрон не имеет заряда. Масса протона приблизительно равна массе нейтрона.

Химические свойства атома определяются зарядом ядра. Атомы отличаются друг от друга числом электронов. Посмотрим на таблицу Менделеева: порядковый номер показывает число протонов в ядре, следовательно, он показывает и число электронов, т.к. атом в целом нейтрален. А число нейтронов, входящих в ядро можно найти таким образом: из массового числа вычесть число протонов. Например: Кислород, порядковый номер – 8 – число протонов 8, число электронов 8, а число нейтронов найдем, если вычтем из 16-8=8
Возникает следующий вопрос: где же находятся электроны? Я каждому из вас раздаю карточку (вы ее вклеиваете в тетрадь), в ней указано как электроны располагаются на электронных оболочках , а также приведен пример модели строения атома кислорода.

Задание каждой группе:

1 — создать модель атома лития;

2 — модель атома бора;

3 — модель атома бериллия.

Вывод: Каждый из вас в течение урока создал модель строения атома. Кто-то с этим справился лучше, кто-то хуже. Но дома вы все поправите. Так что же мы узнали?

  1. Вещества состоят из молекул, молекулы из атомов, атомы из ядра, вокруг которого вращаются электроны.
  2. Ядро в свою очередь состоит из протонов и нейтронов.
  3. Протоны заряжены положительно, электроны отрицательно.
  4. В атоме число электронов равно числу протонов.

Из созданной модели атома нужно получить положительно заряженный ион. Поможет вам в этом §30.

  1. Семке А.И. Строение атома. Физика №21/01
  2. Перышкин А.В., Родина Н.А. Физика – 8 класс, Москва 1991 г.
  3. Орлова Е.А. Путешествие в мир атома. Физика. №38 2003 г.
  4. Чандрасекар Беллур Сиварамия. Почему все вокруг такое, какое оно есть? Физика №31/03
  5. Храмов В.А. Физики. М.1882 г.
  6. Тарасов Л.В. Современная физика в средней школе М.1990 г.

Источник