Сколько протонов и электронов имеет атом водорода?

8 ответов на вопрос “Сколько протонов и электронов имеет атом водорода?”

  1. Goldsong Ответить

    В атоме водорода имеется положительно заряженное ядро (+1), 1 протон и один электрон. Поскольку водород имеет самое простейшее строение атома из всех элементов Периодической системы, он хорошо изучен. В 1913 году Нильс Бор предложил схему строения атома водорода, согласно которой положительно заряженное ядро находится в центре, а вокруг него по единственной орбитали движется электрон (рис. 1). В соответствии с этой схемой он вывел спектр излучения этого химического элемента. Который был позже доказан с помощью квантово-механических расчетов уравнения Шредингера (1925-1930 годы).

    Рис. 1. Схема строения атома водорода.
    Электронная конфигурация атома водорода будет выглядеть следующим образом:
    1s1.
    Водород относится к семейству s-элементов. Энергетическая диаграмма атома водорода имеет вид:

    Единственный электрон, который имеется у водорода является валентным, т.к. участвует в образовании химических связей. В результате взаимодействия водород может как терять электрон, т.е. являться его донором, так и принимать, т.е. быть акцептором. В этих случаях атом превращается либо в положительно, либо отрицательно заряженный ион (H+/Н—):
    H0 –e >H+;
    H0 +e >H—.

    Примеры решения задач

  2. Centririm Ответить

    §2. Что такое изотоп и как получаются ионы

    Нам уже ясно, что все атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Теперь предстоит разобраться, как из частиц всего трех видов получается все многообразие химических элементов и веществ, простых и сложных.
    Когда из элементарных частиц (так химики называют протоны, нейтроны и электроны) мы начинаем “конструировать” атомы, то надо собрать частицы всех сортов, причем в таких количествах, чтобы получился нужный результат – атом заданного элемента. Пока только неясно, какие из частиц для атома самые важные – протоны, нейтроны или электроны.
    Если для нас главное – химические свойства вещества, то самыми важными окажутся электроны.
    Сколько у атома электронов и как они расположены, какие у них манеры – ленивы они или энергичны, гуляки или домоседы? Вот что расскажет нам о характере и поведении каждого атома и в химических соединениях, и в химических реакциях.
    Но атом, как мы условились, должен быть электронейтральным. Значит, сколько электронов – столько и протонов. И все атомы, у которых одинаковое число протонов, будут считаться атомами одного и того же химического элемента: химические свойства у них тоже будут одинаковы.
    Значит, каждый химический элемент состоит из атомов с одним и тем же зарядом ядра, или с одним и тем же атомным номером.
    А зачем же тогда нужны эти странные частицы нейтроны? Оказывается, нейтроны, утяжеляя ядро атома, придают ему больше прочности. При этом в ядре атомов одного и того же элемента может содержаться разное число нейтронов.
    Например, в обычном атоме водорода 1 протон и 1 электрон. Такой атом водорода иначе называют “протий” и обозначают символом H.
    “Тяжелый водород” – дейтерий – содержит в ядре уже две крупные частицы: 1 протон и 1 нейтрон. Дейтерий имеет свой символ: D. Электрон у дейтерия один, как у обычного “легкого” водорода, поэтому по химическим свойствам дейтерий и протий одинаковы.
    Есть еще тритий – сверхтяжелый водород, в ядре атома которого, кроме протона, присутствуют 2 нейтрона. Электрон у трития тоже один. Тритий имеет свой особый химический символ: T.
    “Легкий” водород (протий), дейтерий и тритий называются изотопами (от греческих слов “изос” – одинаковый и “топос” – место) элемента водорода. Они находятся в одной и той же клетке Периодической системы элементов, одинаковы по химическим свойствам, а отличаются только массой атома. Изотопы обозначают так:

    Здесь мы видим слева от символа каждого изотопа две цифры – его числовые характеристики. Это цифры очень важные. Слева внизу указан порядковый номер данного элемента в Периодической системе, он же – заряд ядра, он же – число протонов. Наконец, он же дает нам общее число электронов в том атоме, о котором идет речь. Слева вверху стоит масса атома данного изотопа, выраженная в углеродных единицах.
    Задание 11. Изотопы
    Не только водород, но и многие другие элементы тоже образуют по несколько изотопов – атомов с одним и тем же зарядом ядра и числом электронов, но с разным числом нейтронов. Это происходит из-за того, что ядро атома может стать устойчивым при разных нейтронных “добавках” к его протонной основе.
    Если взять атом кислорода (кислород обозначается символом O) с зарядом ядра +8, относительной массой ядра, равной 16, и добавить в ядро еще 2 нейтрона, то мы получим не новый элемент, а всего лишь новый изотоп кислорода – кислород-18:

    Другое дело, если мы начнем прибавлять или отнимать протоны. При добавлении протона к ядру атома кислорода-16 получится ядро атома другого элемента – фтора, который в Периодической системе следует за кислородом. Символ этого элемента F:

    Наоборот, при изъятии одного протона из атома кислорода получится ядро изотопа элемента азота, который обозначается символом N:

    В обоих случаях кислород как химический элемент уже больше не существует: в результате наших операций с “химическим конструктором” получаются другие элементы.
    О том, чтобы превращать одни элементы в другие, тысячу лет назад мечтали поколения алхимиков – искателей способа сделать из простых металлов благородные (например, из железа и меди получить золото и серебро).
    Однако то, что легко выходит на бумаге, осуществить на практике чрезвычайно трудно или вообще невозможно.
    По крайней мере, химические способы для этого не подходят, надо воспользоваться приемами ядерной физики.
    Гораздо проще удалить из атома или, наоборот, добавить электрон.
    Например, от водорода электрон отнимается, когда получается положительно заряженный ион (катион) водорода H+:
    H0 ? 1 e? = H+
    А прибавление к атому кислорода двух электронов дает нам отрицательно заряженный ион (анион) кислорода О2?:
    О0 + 2 е? = О2?
    Когда химики наблюдают в реакциях образование катионов и анионов? Это происходит довольно часто. Ведь большинство химических процессов как раз и заключаются в обмене электронами между атомами разных веществ.
    Вот самый простой пример: металлический натрий и газообразный хлор при встрече проявляют друг к другу такой необыкновенный интерес, что появляется пламя и может даже произойти небольшой взрыв. А все потому, что разбойник хлор отнимает у натрия электроны. В результате из атомов натрия Na получаются катионы натрия Na+, а из атомов хлора Cl – хлоридные анионы Cl?:
    Na0 ?1 e? = Na+
    Cl0 + 1 e? = Cl?
    Эти ионы более устойчивы, чем исходные атомы натрия и хлора, поэтому выделяется энергия.
    Теперь нам становится понятно, кто в атоме самый главный. Конечно, это протон.
    Нейтронов в атоме может быть больше или меньше, но это все будут атомы одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядра (изотопы).
    Электронов может быть столько же, сколько протонов в ядре (тогда это нейтральный атом), меньше (тогда это катион) или больше (тогда это анион), но это будет катион или анион одного и того же элемента.
    Задание 12. Катионы и анионы

  3. ytubers Ответить

    Одна из самых распространённых частиц во Вселенной – протон – оказалась одним из главных возмутителей спокойствия в мире физики. Ещё в 2010 году в журнале Nature были опубликованы результаты исследования, показавшие, что диаметр этой фундаментальной составляющей атомного ядра на 4% меньше, чем думали раньше.
    Учёный мир пребывал в недоумении и потратил более двух лет, чтобы объяснить это несоответствие. Новая работа ещё больше спутала карты, подтвердив, что реальный размер протона меньше, чем говорят расчёты, основанные на законах физики.
    Отметим, что протон не имеет каких-либо чётко различимых границ, поэтому его размеры можно определить лишь по взаимодействию с вращающимися вокруг него частицами (например, электронами). В качестве основного объекта для вычисления диаметра этой положительно заряженной частицы традиционно выступал атом водорода.
    Простейший химический элемент состоит из одного протона и одного электрона. При этом электрон вращается вокруг протона на строго определённом расстоянии в зависимости от энергетического уровня. Электрон может перемещаться с одного уровня на другой, поглощая или выделяя энергию в виде фотонов света. Измеряя энергию фотонов, исходящих от возбуждённого атома водорода, физики могут определить допустимое положение орбиталей, и на основании законов квантовой физики рассчитать расстояние от них до протона.
    Впервые такие измерения были проведены в 1960-х годах. С тех пор считалось, что радиус протона равен 0,8768 фемтометра или менее одной триллионной миллиметра.
    Проблемы начались после того, как о результатах своих измерений заговорила группа физиков, работающих под руководством Рандольфа Поля (Randolf Pohl) из Института квантовой оптики Макса Планка. Учёные с помощью ускорителя элементарных частиц бомбардировали атомы водорода мюонами. В результате эти нестабильные элементарные частицы, которые в двести раз тяжелее электронов и также имеют отрицательный заряд, вытеснили электроны, заняв их места. Из-за большей массы мюон вращается гораздо ближе к протону и более чувствителен к его диаметру. Поэтому измерения, основанные на таком взаимодействии, гораздо точнее.
    В 2010 году Поль и его коллеги впервые опубликовали уточнённый размер протона, равный 0,8418 фемтометра. В обычной жизни разница в 0,00000000000003 миллиметра практически неощутима, но только не в вопросах квантовой физики, где погрешность обычно не превышает долей процента.
    Два года спустя та же команда исследователей провела повторные исследования. Как сообщается в статье, опубликованной в журнале Science, учёные также получили мюонные атомы водорода, но на этот раз с помощью лазера переводили тяжёлые отрицательные частицы на другие орбитали, чтобы сделать расчёты на основании нового набора энергетических уровней.
    Учёные утверждают, что последние измерения были на порядок точнее, чем в 2010 году. Однако диаметр протона оказался равен 0,8408 фемтометра, что почти полностью соответствует предыдущему результату.
    Однако физики так и не нашли точного ответа на вопрос: откуда взялась разница в 4%? В октябре 2012 года в Италии прошёл специальный семинар, в котором приняли участие 50 экспертов по протонам со всего мира. В результате специалисты сошлись во мнении, что между электронами и мюонами существуют некоторые различия, которые находятся вне стандартных физических моделей. Именно они влияют на получаемый результат.
    Учёные надеются, что разгадка тайны будет найдена в течение последующих двух-трёх лет. Возможно, что-то прояснится после экспериментов с измерением энергетических уровней в мюонных атомах гелия, которые планируется провести в ближайшие два года.
    Также по теме:
    На Большом адронном коллайдере, возможно, получен новый тип материи
    Сделан важный шаг на пути к управляемому термоядерному синтезу
    Учёные впервые различили химические связи внутри молекулы
    Смоделирована химическая связь, которая может существовать только в космосе

  4. VideoAnswer Ответить

  5. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *