чем отличаются атомы между собой

§ 1.2. Атом как единица материи. Разновидности атомов. Химический элемент

Мельчайшие частицы вещества, которые в процессе химических реакций практически не претерпевают изменений, а лишь по-новому соединяются между собой, называются атомами.

Сама идея о существовании таких единиц материи возникла еще в древней Греции в умах античных философов, что, собственно, и объясняет происхождение термина «атом», поскольку «атомос» в буквальном переводе с греческого означает «неделимый».

Тем не менее, вопреки идее греческих философов, атомы не являются абсолютным минимумом материи, так как сами имеют сложное строение.

В состав каждого атома входит три типа более простых частиц, называемых субатомными, которые подразделяются на протоны, электроны и нейтроны. Протоны и электроны имеют наименьший по модулю из существующих в природе зарядов и отличаются друг от друга знаком заряда: протоны заряжены положительно, а электроны — отрицательно. Масса протона примерно 2000 раз больше массы электрона.

Нейтроны имеют близкую с протонами массу и, как можно догадаться из их названия, нейтральны, то есть не имеют заряда. Протоны, электроны и нейтроны принято обозначать символами 1 p, e — и n₀ соответственно.
Не следует считать, что все эти частицы в атоме перемешаны наподобие салата «Оливье». Такая теория некоторое время существовала в науке, но была опровергнута. На самом деле протоны с нейтронами сосредоточены в центре атома, образуя единое целое ядро, вокруг которого движутся электроны (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Строение атома

Поскольку, как уже было сказано, масса протона практически равна массе нейтрона и примерно в 2000 раз больше массы электрона, можно сделать вывод о том, что практически вся масса атома сосредоточена в его ядре.

В каждом атоме количество протонов равно количеству электронов, в связи с чем суммарный заряд атома равен нулю. Поскольку количества протонов и электронов у любого атома равны, то получается, что атомы могут отличаться друг от друга либо количеством протонов (и, как следствие, электронов), либо количеством нейтронов, либо же и количеством и протонов, и нейтронов.

Следует отметить, что если атомы отличаются друг от друга только количеством нейтронов, а количество протонов у них одинаково, то это практически не влияет на их химическое поведение, то есть соединения, образованные такими атомами, практически идентичны по химическим свойствам, а по физическим отличаются друг от друга лишь немного.

Группу таких атомов с одинаковым химическим поведением принято называть химическим элементом. Легко догадаться, что внутри группы атомов одного химического элемента, скорее всего, есть разновидности атомов с разным количеством нейтронов. Такие разновидности химического элемента, отличающиеся только количеством нейтронов, называют изотопами.

В настоящий момент известно более 110 химических элементов, из которых стабильны около 90 – они могут быть обнаружены в природе, остальные же были получены искусственным способом.

Каждому химическому элементу в науке присвоены индивидуальные название и обозначение. Так, например, простейший химический элемент, в ядрах атомов которого содержится только один протон, называется «водород» и обозначается латинской буквой H, которую следует читать как «аш» и ни в коем случае не «эйч», как вы бы это могли невольно сделать на английский манер. Выбор именно данного символа обусловлен тем, что на латинском языке водород пишется как «Hydrogenum»; соответственно, в качестве символа данного элемента была взята первая буква этого латинского слова

В таблице 1 представлены наиболее часто встречающиеся в курсе химии элементы, их название, обозначение и общепринятое произношение.

Таблица 1. Названия и обозначения химических элементов

Источник

Автор текста Анисимова Е.С. Из курса лекций по химии.
Типы атомов. Химические элементы.
Что такое химический элемент.
Теперь обсудим вопрос о количестве протонов в атомах.
В природе есть атомы с одним протоном, с двумя, с тремя и т.д. – примерно до ста протонов. (114).
Атомы с одним протоном в каждом – это одна группа атомов, один тип атомов.
Атомы с двумя протонами в каждом – другая группа атомов, другой тип атомов.
Атомы с одинаковым числом протонов в каждом считаются атомами одного ТИПА.
Атомы с разным числом протонов в каждом считаются атомами разных типов.
Разные типы атомов (атомы разных типов) отличаются числом протонов.
Химический элемент

Ещё раз. Элемент водород – это не один атом водорода,
а все атомы с одним протоном в каждом,
то есть весь элемент, вся группа атомов с одним протоном.
Правильное название атома из группы атомов с одним протоном –
«атом химического элемента «водород»».
Или короче – «атом водорода».
Хотя часто атом водорода называют просто водородом, имея в виду «атом элемента водород».
Но вообще-то это неточное название, а самое главное –
оно может запутать тех, кто не знает разницы между атомом и элементом.
Более того, атомы водорода могут соединяться между собой по два:
такие соединения из двух атомов водорода называют молекулами водорода.
Но часто молекулы водорода называют просто водородом, то есть так же, как элемент. Что может запутывать ещё больше.
Читая про элемент водород, люди могут думать, что речь про молекулу водорода или наоборот.
Поэтому очень важно не путать названия элементов
с точно такими же названиями молекул (подробнее далее) или атомов.
Нужно понимать разницу между атомами и элементами и всегда сообщать слушателям (чтобы не запутать их),
какой водород имеется в виду – элемент, атом или молекула.
Говоря не просто «водород», а «элемент водород», «атом водорода» или «молекула водорода».
Даже если это как бы понятно из контекста.
«Просто водородом» допустимо называть разве что элемент водород –
например, во фразах типа «водород относится к неметаллам».
Но называть атом водорода просто водородом – всё равно что яблоко называть фруктами. Именно – не фруктом, а фруктами.
Также, встречая слово «водород», нужно самим задаться вопросом –
о каком водороде идёт речь – о молекуле, атоме или элементе.
Иначе понимание текста может быть ошибочным.
Теперь увеличим таблицу, добавив элементы и примеры веществ из их атомов.
А ещё – заряд ядра, который всегда равен числу протонов, так как ими и создаётся, а заряд одного протона равен единице.
Таблица «Первые 10 элементов»:
Число протонов
в атоме этого типа Заряд
ядра
атома Номер
элемента Число электронов
в атомах элемента Названия
элементов Символ
элемента
или его атома Вещества
из
атомов
элемента
Один +1 №1 (первый) 1 Элемент
Водород Н Молекула из двух атомов водорода
Н2
Два +2 №2 (второй) 2 Элемент
Гелий Не Атом гелия Не
Три +3 №3 (третий) 3 Элемент
Литий Li Атом лития
Li
Четыре +4 №4 (четвёртый) 4 Элемент
Бериллий Ве Атом
бериллия
Пять +5 №5 (пятый) 5 Элемент
Бор В Атом
бора
Шесть +6 №6 6 Элемент
Углерод С Атом углерода
С
Семь +7 №7 7 Элемент
Азот N Молекула из двух атомов азота
N2
Восемь +8 №8 8 Элемент
кислород O Молекула из двух атомов кислорода
О2
Девять +9 №9 9 Элемент
Фтор F Молекула из двух атомов фтора
F2
Десять +10 №10 10 Элемент
Неон Ne Атомы неона
11 +11 №11 11 Элемент
Натрий Na Атомы
натрия

Сотня химических элементов расставлены в специальной таблице,
которую называют периодической системой химических элементов Менделеева
или просто таблицей Менделеева (ТМ).
О ней см. отдельный файл.

Источник

Есть ли разница между атомом и молекулой?

Атомы и молекулы — это два самых основных термина, которые используются, когда мы говорим о составе элемента или соединения. Существенная разница между атомом и молекулой состоит в том, что атом рассматривается как мельчайшая частица, составляющая материю. Напротив, молекула — это комбинация двух или более мельчайших единиц, то есть атомов, которые химически связаны вместе.

Всякий раз, когда используются названия атомов и молекул, возникает путаница относительно того, чем они отличаются и какие сходства существуют между ними.

По сути, то, что требует определенного пространства и имеет определенную массу, определяется как материя, которая состоит из атомов и молекул. Все в этой вселенной состоит из атомов. От маленького куска мела до большой доски, от единственной стены до целого дома, от маленького муравья до гигантского человека, от гигантского человека до всей Земли — все состоит из атомов. Но атомы настолько малы, что их невозможно визуализировать человеческим зрением или каким-либо микроскопическим устройством.

Определение атома

Самая маленькая неделимая по природе частица, составляющая материю, известна как атом. Каждый атом состоит из трех основных субатомных компонентов, а именно: электрон, протон и нейтрон. И каждый атом отличается друг от друга, потому что у них разное количество протонов.

Атомы считаются основным строительным материалом любой материи и проявляют свое существование повсюду вокруг нас.

По сути, теория, лежащая в основе этого, согласно Махариши Канаду, заключается в том, что при разделении любой материи будут получены более мелкие и мелкие частицы. Но по прошествии определенного времени частицы станут настолько маленькими, что их дальнейшее деление станет невозможным. Эта окончательная неделимая частица называется атомом.

Слово «атом» образовано от комбинации слов «А» и «томас» (tomas), где «А» означает «не», а «томас» соответствует «вырезать».

Каждый атом проявляет свойства химического элемента, в котором он присутствует. Атомный номер — важнейшее свойство атома, которое соответствует количеству положительных зарядов, существующих в ядре.

Определение молекулы

Химическая комбинация нескольких неделимых мельчайших единиц вещества, то есть атомов, порождает молекулу. Когда два или более атома прочно связаны друг с другом некоторой силой притяжения, их индивидуальная комбинация дает молекулу. Молекула — это мельчайший объект материи, который проявляет независимое существование, может делиться дальше и проявляет характеристики материи.

Комбинация атомов, образующих молекулу, может состоять из одинаковых или разных элементов.

В целом молекулы классифицируются как:

Молекулы элементов: это молекулы, образованные комбинацией атомов одного типа. Например, кислород (O₂) — это молекула, состоящая из 2 отдельных атомов кислорода, то есть двухатомная молекула.

Молекулы соединений: это молекулы, состоящие из атомов различных типов элементов.

Например, Оксид кальция (CaO) представляет собой молекулу, которая представляет собой комбинацию атома углерода и кислорода.

Различные атомы в молекуле связаны вместе, разделяя электроны, присутствующие в их внешних оболочках, посредством ковалентной связи.

Ключевые различия между атомом и молекулой

Вывод

Итак, из этого обсуждения мы можем сделать вывод, что атомы и молекулы похожи в том, что оба составляют материю. Однако атомы не могут быть далее разделены, примерами атомов являются азот, сера, углерод и другие. А вот молекулы можно дополнительно разделить, деление которых предоставит нам атомы, показывающие характеристики вещества, некоторыми примерами молекул являются вода, диоксид углерода, и другие.

Источник

Атомы: строительные блоки молекул

Если молекулы – основные структуры, задействованные в химии – это слова, из которых состоят все окружающие нас материалы, тогда атомы – это буквы, строительные блоки молекул. Слова бывают разной длины, и типичная молекула тоже может содержать несколько атомов, или несколько сотен, или даже сто тысяч атомов. Молекула столовой соли NaCl состоит из двух атомов, натрия Na и хлора Cl. Молекула воды H₂O содержит два атома водорода и один кислорода. Молекула столового сахара C₁₂H₂₂O₁₁ содержит 12 атомов углерода, 11 кислорода и 22 водорода, организованных определённым образом.

Откуда нам известно о существовании атомов? Иногда их можно «видеть», так же, как мы видим молекулы, которые они могут формировать. Не глазами, но более продвинутыми устройствами. Один из методов использует сканирующий туннельный микроскоп, способный показывать атомы в кристалле или даже передвигать их по одному. Другой метод использует нашу возможность захвата ионов (немного изменённых атомов – подробности ниже).

На фото – три иона, пойманных одновременно. На них падает свет, они поглощают его и снова испускают. Повторно испущенный свет можно обнаружить, благодаря чему мы можем увидеть, где находятся ионы – примерно так отражение света от небольшого, но яркого бриллианта может помочь нам найти его.

Сколько же типов атомов существует? Типы называются «химическими элементами» и точное их количество зависит от того, как их считать. Но допустим, что атомный алфавит состоит из примерно сотни химических элементов, а к тонкостям подсчёта вернёмся позже. Так же, как мы могли назначить буквам алфавита от А до Я номера от 1 до 33, каждому элементу назначается не только имя, но и атомный номер (обозначается «Z»). Самые простые атомы – у водорода, их атомный номер = 1. Самые сложные в изобилии встречаются в природе, это уран с атомным номером 92. Другие – кислород (8), азот (7), кальций (20), криптон (36), лантан (57), платина (78). Полный список ищите в периодической системе элементов Менделеева. У каждого элемента своя химия – то, как он ведёт себя внутри молекул – примерно так, как у каждой буквы есть свои правила, по которым она может встречаться в словах.

Вопросы, которые можно задать об атомах:

1. Из чего состоят атомы?
2. В чём смысл атомного номера?
3. Каков главный источник различий в химическом поведении атомов разных элементов?
4. До какой степени разные атомы одного элемента схожи между собой?
5. Как части атома удерживаются вместе?
6. Почему атомы удерживаются вместе и образуют молекулы?

Оказывается, на все эти вопросы лучше всего отвечать, начав с первого: из чего состоят атомы? Атомы состоят из того, что обычно называют «субатомными частицами» (к сожалению, этот термин некорректен, поскольку у этих «частиц» есть некоторые свойства, частицам не присущие). Конкретнее, атомы состоят из набора небольших и очень лёгких электронов, окружающих крохотное, но тяжёлое атомное ядро, в котором содержится большая часть массы атома. Ядро состоит из других «частиц», в свою очередь также состоящих из других «частиц», и мы до них ещё доберёмся.

Рисованный атом

Частенько мы видим изображения атомов, нарисованные на книгах по химии, на рекламках и предупреждающих знаках. Пример – рис. 1. Он передаёт очень грубую идею того, как устроен атом: снаружи у него есть определённое количество электронов (синие), и они вращаются вокруг центрального атомного ядра. Ядро – это скопление протонов (красные) и нейтронов (белые).

Теперь мы можем ответить на 2-й вопрос: что означает атомное число Z? Это просто количество протонов в ядре. У кислорода атомный номер 8, и у него в ядре 8 протонов.

В простейших условиях атомное число также равняется количеству электронов атома. С количеством нейтронов всё сложнее, мы вернёмся к этому позже. У электронов отрицательный электрический заряд (-е), а у протонов – положительный (+е). Нейтроны нейтральны, электрического заряда у них нет. Когда количество электронов и протонов совпадает, их заряды взаимно уничтожаются, и у атома электрического заряда не наблюдается – такой атом нейтрален.

Но нет ничего необычного – к примеру, в процессе формирования молекул – если атом приобретёт или потеряет один или несколько внешних, валентных электронов. В этом случае электрические заряды электронов и протонов не уничтожаются, и получившийся заряженный атом называют ионом.

Более реалистичный атом

Хотя рис. 1 примерно описывает архитектуру атома – электроны действительно находятся снаружи, а ядро, состоящее из протонов и нейтронов, в середине – он совершенно не передаёт реальную форму и суть атома, поскольку он выполнен не в масштабе, а мы живём в квантовом мире, в котором объекты ведут себя так, что их сложно нарисовать или представить.

С проблемой масштаба можно разобраться, нарисовав более точное (хотя всё ещё несовершенное) изображение, рис. 2.

Рис 2. Атом – по большей части пуст (серая область). По нему быстро движутся электроны (голубые точки, нарисованы не в масштабе, а гораздо больше). В центре находится тяжёлое ядро (красные и белые точки, нарисованы больше, чем в масштабе).

Вот, что я попытался передать этим изображением. Во-первых, электроны очень, очень малы, настолько малы, что мы так и не смогли измерить их размер – может статься, что они точечные и не имеют размера, но они точно не больше, чем 1/100 000 000 от диаметра атома. Во-вторых, ядра (и протоны с нейтронами, их составляющие) также крайне малы, хотя они и больше, чем электроны. Их размер измерен, и он примерно в 10 000 – 100 000 раз меньше диаметра атома. Атом немного похож на деревню. Протоны и нейтроны в ядре – большие дома, находящиеся в центре деревни, а электроны – далеко разбросанные фермерские домики. На большей части сельской местности растут зерновые культуры и нет домов. И хотя территория, считающаяся частью деревни, может быть большой, реально занимаемая домами площадь очень мала.

Но эта аналогия не полная, поскольку электроны, в отличие от фермерских домиков, очень быстро двигаются по серому региону на картинке и вокруг ядра со скоростями порядка 1% от скорости света. Покрываемая ими территория обычно не сферическая, а более сложной формы, кроме того не все электроны перемещаются по одной и той же территории.

Но, как я вас предупреждал, рис. 2 тоже не точный. Во-первых, нужно было бы нарисовать ядро в тысячи раз меньше, а электроны – в миллионы раз меньше, только тогда их не было бы видно. Если бы атом был размером с вашу спальню, то его ядро было бы размером с пылинку. По сравнению со своими компонентами, атомы огромны! В каком-то смысле большую часть атома составляет пустота!

Во-вторых, изображение не передаёт мутную природу квантовой механики. Уравнения квантовой механики описывают и предсказывают поведение молекул, атомов и субатомных частиц, и эти уравнения говорят нам, что у этих частиц могут быть очень странные и неинтуитивные свойства. Хотя электроны в каком-то смысле точечные (допустим, если вы захотите столкнуть два электрона друг с другом, то обнаружите, что можете сдвинуть их вместе на сколь угодно малое расстояние, и они ничем не выдадут своей внутренней структуры, если она вообще есть), есть возможность сделать так, что они, будучи оставленными в покое, будут распространяться как волна и заполнят всё серое пространство на рис. 2. Если это звучит странно, это не оттого, что вы чего-то не поняли: это странно и об этом тяжело думать. Я-то уж точно не знаю, как нарисовать атом, чтобы не вводить вас в заблуждение, и эксперты всё ещё спорят о том, как лучше всего о нём думать. Так что пока просто примите это как странный факт.

Размер электрона слишком мал для измерения, и его масса настолько мала, что электрон может распространиться по всему атому. А вот у ядра есть вполне измеренный и известный размер, а его масса так велика – больше 99,9% массы всего атома – что оно вообще не распределяется в пространстве. Ядро сидит в середине серой области.

Атом и его химия

Лучший приходящий мне в голову способ описать атом: большая часть массы атома содержится в ядре, находящемся в его центре, вокруг которого распределились чрезвычайно мелкие электроны гораздо меньшей массы, причём сделали это совершенно не так, как ведут себя частицы, заполнив всю серую область рис. 2.

Небольшой размер ядра по отношению к полному размеру атома, и то, что оно обычно находится в его центре, объясняет, почему оно играет относительно слабую роль в химии. Химия происходит – то есть, формируются и меняются молекулы – когда атомы приближаются друг к другу, а это происходит, когда внешние, валентные электроны одного атома близко подходят к внешним электронам другого – когда край серой области одного атома приближается к краю серой области другого. В химических процессах атомное ядро остаётся в центрах атомов, и никогда не приближается к другим ядрам. Основная роль ядра – обеспечение положительного заряда, удерживающего электроны, и большей части массы (определяющей, как сложно другим объектам передвигать этот атом).

Это отвечает на 3-й вопрос: химию атома в основном определяют подробности, связанные с его внешними электронами. Эти детали можно узнать (сложным способом, через уравнения квантовой механики), исходя из атомного номера Z.

Вместо того, чтобы заняться химией – темой, которой хватит на целый курс – мы перейдём на уровень ниже, к субатомным частицам, по пути отвечая на другие вопросы. Перечислим вопросы, с которыми мы разобрались, и вопросы, которые ещё предстоит изучить.

1. Из чего состоят атомы? Снаружи – электроны, в центре – атомное ядро (из протонов и нейтронов).
2. В чём смысл атомного номера? Это количество протонов в ядре атома, которое, в обычных условиях равно количеству электронов, его окружающих.
3. Каков главный источник различий в химическом поведении атомов разных элементов? Свойства внешних электронов, определяемые общим количеством электронов у каждого элемента, к примеру, атомным номером.
4. До какой степени разные атомы одного элемента схожи между собой? Обсудим это в статье про изотопы.
5. Как части атома удерживаются вместе? Обсудим это в статье о роли электрических сил и квантовой механики.
6. Почему атомы удерживаются вместе и образуют молекулы? Обсудим это в статье о роли электронов и электрических сил в построении молекул из атомов.

А вот вам ещё вопрос, который мог возникнуть при изучении рис. 2:

Если атом – по большей части пуст, почему объекты кажутся твёрдыми? Почему нельзя протянуть руку через экран компьютера, если экран состоит из атомов, по большей части пустых?

Источник

Атом и молекула – что это и отличия

Мельчайшие частицы – атом и молекула, об этом знают многие люди, но не все могут рассказать подробно, что же это такое. Также сложно, не имея специальных знаний, объяснить, в чем состоят отличия между этими структурами. Из различных исторических источников известно, что про эти структурные единицы знали еще древнегреческие ученые. Так философ Демокрит одним из первых высказал предположение о том, что все известная людям материя состоит из крошечных по своим размерам, неделимых человеческому глазу частиц. Их он назвал атомами. Современные ученые подтвердили эту теорию и установили опытным путем, что вещества состоят из атомов и молекул. Для того чтобы установить разницу межу этими структурными единицами, необходимо сначала дать им определение, а затем сравнить, чтобы определить, в чем состоят различия.

Определение понятий

На первых этапах изучения считалось, что атом и молекула – элементы неделимые. Более глубокие исследования и всесторонние изучения позволили опровергнуть это мнение. Сегодня этими терминами обозначают самостоятельные элементы, которые образуют все, что окружает человека.

Атомом называют мельчайшую структурную единицу, составляющую любое вещество.

Молекулой принято считать элементарную частицу, из которых состоят все окружающие людей вещества, материи и компоненты.

Сравнение

После приведенных определений можно приступить к сравнению элементарных структурных единиц вещества. Атом является наименьшей ее составляющей. Он имеет собственную массу и размер. Основная задача – определение, какими свойствами будет обладать то или иное химическое вещество.

Нужно учитывать, что атом не является конечным элементом. Он в свою очередь делится на ядро и электроны, которые совершают движение по орбите, расположенной вокруг ядра. Подобное строение и определяет, какими свойствами будет обладать то или иное вещество. Особенностью атома является то, что его невозможно увидеть вне компонента, в свободном состоянии. Все атомы имеют тесные связи между собой, которые и образуют молекулу. Происходит это благодаря электрическим зарядам частиц, из которых состоят атомы.

Молекула — это единица, составляющая вещество. В состав молекул входят атомы. Разное их количество определяет свойства. Атомы внутри молекулы имеют межатомные связи. Каждая молекула состоит из атомных ядер и внутренних электронов. Они совершают движение по своим орбитам. В состав входят также внешние валентные электроны. В разных молекулах находится разное количество атомов. Это свойство и определяет разнообразие химических веществ и компонентов. Молекула имеет сложную архитектурную постройку. Так у каждого атома свое место внутри молекулы. Количеством атомов в ней определяются свойства – химические реакции и превращения. Имеющиеся свойства влияет порядок и конфигурация соединения всех атомов. Атомная постройка, которая образует молекулу, может быть жесткой. Также бывают и исключения. Особенность мельчайшей единицы – постоянное движение. Атомы никогда не останавливаются, они продолжают колебание на положенном ему месте в молекуле, чтобы удержать равновесие.

Выводы

Атомы и молекулы – структурные единицы, образующие любое вещество. Атомы образуют молекулу. В составе атома присутствуют еще более мелкие элементы — ядро и электроны, которые движутся по своим орбитам вокруг ядра. Молекулы состоят из атомов (одного или нескольких).

Атом имеет электрический заряд (положительный или отрицательный) а молекула по этому показателю полностью нейтральная. Только молекула в веществе обладает способностью к самостоятельному существованию.

Источник