фізика.30.11.2020

 

Будова атома. Іон. Ізотопи. Закон збереження електричного заряду. Електризація тіл і будова атома.1. Будова атома

Ще давньогрецький філософ Левкіпп (500– 440 pp. до н.е.) стверджував, що матеріальний світ складається з найдрібніших частинок і порожнечі, тобто всі речовини не є суцільними. Також давньогрецький філософ Демокріт назвав найдрібніші частинки речовини атомами, що в перекладі з грецької означає «неподільні». Він вважав, що атоми різних речовин мають різні розміри, форму та властивості, неперервно рухаються. Але погляди давніх атомістів були лише здогадками, оскільки на той час не могли бути підтверджені дослідами.

Лише в 1897–1898 pp. було встановлено, що атоми не є неподільними, а мають складну будову. На початку XX ст. англійський фізик Ернест Резерфорд зі співробітниками провів досліди з розсіювання позитивно заряджених частинок під час їхнього проходження через дуже тонку золоту фольгу. Досліди дали можливість Резерфорду зробити висновок: у центрі атома є досить важка позитивно заряджена частинка – ядро атома. На значній відстані від ядра (порівняно з його розмірами) по певних орбітах рухаються електрони.

Своєю будовою атом нагадує нашу Сонячну систему. Подібно до того, як планети, притягуючись до Сонця, рухаються навколо нього, так і електрони в атомі рухаються навколо ядра, утримуючись силами притягання до нього.

Відстані між ядром і електронами дуже великі порівняно з розмірами цих частинок. Якби весь атом збільшився так, щоб ядро набуло розміру монети вартістю 10 копійок, то відстань між ядром і електронами дорівнювала б цілому кілометру. Підрахували, що коли б усі електрони щільно прилягали до ядер, тобто не було б внутрішньоатомних проміжків, то об'єм тіла дорослої людини дорівнював би одній мільйонній частині кубічного міліметра.

Заряд ядра дорівнює абсолютному значенню заряду всіх електронів, які є в атомі. Але заряд електронів негативний, тому весь атом загалом не має заряду, тобто нейтральний. Таке уявлення про будову атома, запропоноване Резерфордом, назвали ядерною моделлю будови атома.

Атоми різних елементів у звичайному стані відрізняються один від одного кількістю електронів, які рухаються навколо ядра. Так, в атомі водню навколо ядра рухається один електрон, в атомі гелію – два електрони. Є атоми і з більшою кількістю електронів.

Головною характеристикою певного хімічного елемента є не кількість електронів, а заряд ядра. Річ у тім, що електрони можуть іноді відриватися від атома, тоді загальний заряд в атомі змінюється.

Оскільки заряд ядра дорівнює за абсолютним значенням загальному заряду електронів атома, можна припустити, що ядро складається з позитивно заряджених частинок. Їх назвали протонами. Кожен протон має масу в 1840 разів більшу, ніж маса електрона, заряд протона позитивний і за абсолютним значенням дорівнює заряду електрона.

Вчені виявили, що крім протонів, у ядрі атомів є ще й нейтральні частинки (вони не мають заряду), які дістали назву нейтронів. Маса нейтрона трохи більша від маси протона.

Отже, будова атома:  це ядро та електрони. А ядро містить нейтрони та протони.

Розмір атома порядку 10^{-10 м.}

Кількість електронів, протонів та нейтронів в атомі можна знайти за допомогою таблиці «Періодична система елементів Д. І. Менделєєва». (Навести приклади.)

2. Іони. Ізотопи.

Існують атоми, які мають однакову кількість протонів у ядрі, але різну кількість нейтронів. Це так звані ізотопи.

Атом є електрично нейтральним, тобто кількість електронів і протонів у нього однакова. Атом може втратити один або кілька електронів, тоді він набуває позитивного заряду і його називають позитивним іоном. Коли ж до нейтрального атома приєднуються зайві електрони, то він стає негативним іоном.

Йони можуть утворюватися і під час розпаду молекул. Так, під час розчинення молекул кухонної солі у воді частина молекул розпадається на позитивно заряджені іони Натрію і негативно заряджені іони Хлору. При взаємодії такі іони можуть знову об'єднуватися у нейтральні молекули.

3. Закон збереження електричного заряду

Ми вже знаємо, що від дотику двох різнорідних тіл вони електризуються. Отже, електричні заряди можуть передаватися від одного тіла до іншого. Якщо розглянути систему, в яку не входять ззовні та із якої не виходять назовні заряджені частинки (така система називається замкнутою), то для неї справедливий

Закон збереження електричного заряду:

алгебраїчна сума зарядів усіх частинок лишається незмінною.

Не може ніде і ніколи виникнути чи зникнути електричний заряд одного знака. Виникнення позитивного електричного заряду завжди супроводжується появою такого самого за значенням негативного електричного заряду. Під час дотику різнойменно заряджених тіл надмірна кількість електронів переходить від негативно зарядженого тіла до тіла, в якого частина атомів мала недостатню кількість електронів на своїх оболонках.

Цей закон вперше сформульований американським фізиком Б. Франкліном (1706–1790) в 1747 p., його експериментально обґрунтував англійський фізик М. Фарадей (1791—1867) в 1843 р.

4. Громовідвід

1780 рік. Невеличке містечко Сент-Оморе у Франції. Один із мешканців установив на своєму будинку громовідвід. Його сусіди були так налякані і збентежені цим фактом, що відкрили судову справу проти власника громовідводу. Процес затягся на 4 роки і привернув увагу громадськості. Цікаво, що захисником на суді виступив М. Робесп'єр, у той час ще молодий адвокат. Одним із експертів з боку позивача був Марат, відомий учений і публіцист, а пізніше видатний діяч французької революції. Марат вважав громовідвід небезпечним і був проти його встановлення. Після тривалої боротьби М. Робесп'єр виграв цей процес.

Для чого використовують громовідвід?

Як він працює?

V. Закріплення нового матеріалу.

Задачі.

1. Дві легкі однакові незаряджені металеві пластинки, підвішені на вертикальних шовкових нитках, торкаються одна одної. Пластинкам передають, додаткових електронів 9,6·10¹². Який заряд за знаком і значенням одержує кожна пластинка? Як поводитимуться пластинки після одержання заряду?

2. Чим відрізняється простір навколо наелектризованого тіла від простору, що оточує ненаелектризоване тіло?

3. У ядрі атома карбону є 12 частинок. Навколо ядра рухаються 6 електронів. Скільки в ядрі цього атома протонів і нейтронів?

VI. Підбиття підсумків уроку. Рефлексія.

Інтерактивна вправа «Похвали себе сам за те, що ...»

Учні по черзі хвалять себе за те, чого вони навчилися на уроці.

VIІ. Завдання додому.

1. Опрацювати відповідний параграф підручника.

2. Розв’язати задачі.

1. Заряд тіла дорівнює 6,4·10^-10 Кл. якій кількості електронів відповідає цей заряд?

2. (винахідницького характеру) Наелектризуйте одну гумову кульку об газету, другу – об вовняну тканину. Спробуйте потягнути одну кульку. Що відбувається?