Teoria atomica – Chimie introductiva – Prima editie canadiana

obiective de invatare

  1. Afirmati teoria atomica moderna.
  2. Aflati cum sunt construiti atomii.

Cea mai mica bucata dintr-un element care mentine identitatea acelui element se numeste atom. Atomi individuali sunt extrem de mici. Ar fi nevoie de aproximativ cincizeci de milioane de atomi la rand pentru a face o linie care este de 1 cm lungime. Perioada de la sfarsitul unei propozitii tiparite are cateva milioane de atomi in ea. Atomii sunt atat de mici incat este dificil sa crezi ca toata materia este facuta din atomi – dar asa este.

Conceptul potrivit caruia atomii joaca un rol fundamental in chimie este formalizat de teoria atomica moderna, afirmata prima data de John Dalton, un om de stiinta englez, in 1808. Este format din trei parti:

  1. Toata materia este compusa din atomi.
  2. Atomi cu acelasi element sunt aceiasi; atomii diferitelor elemente sunt diferite.
  3. Atomii se combina in raporturi intregi pentru a forma compusi.

Aceste concepte stau la baza chimiei.

Desi cuvantul atom provine de la un cuvant grecesc care inseamna „indivizibil”, intelegem acum ca atomii insisi sunt compuse din parti mai mici numite particule subatomice. Prima parte descoperita a fost electronul, o particula subatomica minuscula cu o sarcina negativa.

Array

Este adesea reprezentat ca e -, cu superscript-ul potrivit care arata incarcarea negativa. Ulterior, au fost descoperite doua particule mai mari. Protonul este o particula subatomica mai masiva (dar inca minuscula) cu sarcina pozitiva, reprezentata ca p +. Neutronul este o particula subatomica cu aproximativ aceeasi masa ca un proton, dar fara sarcina. Este reprezentat fie ca n sau n0. Stim acum ca toti atomii tuturor elementelor sunt compuse din electroni, protoni si neutroni (cu o singura exceptie). Tabelul 3.1 „Proprietatile celor trei particule subatomice” rezuma proprietatile acestor trei particule subatomice.

Tabelul 3.1 Proprietatile celor trei particule subatomice

Nume Simbol Masa (aprox .; kg) Proton de incarcare p + 1,6 × 10−27 1+ Neutron n, n0 1,6 × 10−27 niciun Electron e 9,1 × 10−31 1−

Cum sunt aranjate aceste particule in atomi? Nu sunt aranjate la intamplare. Experimentele lui Ernest Rutherford in Anglia din anii 1910 au indicat un model nuclear al atomului. Protonii si neutronii relativ masivi sunt colectati in centrul unui atom, intr-o regiune numita nucleul atomului ( nuclee plural ).

Array

Electronii sunt in afara nucleului si isi petrec timpul orbitand in spatiu in jurul nucleului. (Vezi Figura 3.1 „Structura atomului”.)

Figura 3.1 Structura Atomului

Atomii au protoni si neutroni in centru, ceea ce face nucleul, in timp ce electronii orbiteaza nucleul.

Teoria atomica moderna afirma ca atomii unui element sunt aceiasi, in timp ce atomii diferiti sunt diferiti. Ce face diferit atomii de elemente? Caracteristica fundamentala pe care o au toti atomii aceluiasi element este numarul de protoni . Toti atomii de hidrogen au un singur proton in nucleu; toti atomii de fier au 26 de protoni in nucleu. Acest numar de protoni este atat de important pentru identitatea unui atom, incat este numit numarul atomic al elementului. Astfel, hidrogenul are un numar atomic de 1, in timp ce fierul are un numar atomic de 26. Fiecare element are propriul sau numar atomic caracteristic.

Cu toate acestea, atomii cu acelasi element pot avea un numar diferit de neutroni. Atomii cu acelasi element (adica, atomii cu acelasi numar de protoni) cu un numar diferit de neutroni sunt numiti izotopi.

Cele mai multe elemente care apar in mod natural exista sub forma de izotopi. De exemplu, majoritatea atomilor de hidrogen au un singur proton in nucleul lor. Cu toate acestea, un numar mic (aproximativ un milion) de atomi de hidrogen au un proton si un neutron in nucleele lor. Acest izotop particular al hidrogenului se numeste deuteriu. O forma foarte rara de hidrogen are un nucleu de protoni si doi neutroni; acest izotop al hidrogenului se numeste tritiu. Suma numarului de protoni si neutroni din nucleu se numeste numarul de masa al izotopului.

Atomii neutri au acelasi numar de electroni ca si protonii, deci incarcarea lor totala este zero. Cu toate acestea, dupa cum vom vedea mai tarziu, acest lucru nu va fi intotdeauna cazul.

Exemplul 1

  1. Cei mai comuni atomi de carbon au sase protoni si sase neutroni in nucleele lor. Care sunt numarul atomic si numarul de masa al acestor atomi de carbon?
  2. Un izotop de uraniu are un numar atomic de 92 si un numar de masa de 235. Care sunt numarul protonilor si neutronilor din nucleul acestui atom?

Solutie

  1. Daca un atom de carbon are sase protoni in nucleul sau, numarul sau atomic este 6. Daca are si sase neutroni in nucleu, atunci numarul de masa este 6 + 6 sau 12.
  2. Daca numarul atomic de uraniu este 92, atunci acesta este numarul protonilor din nucleu. Deoarece numarul de masa este 235, atunci numarul de neutroni din nucleu este 235 – 92 sau 143.

Testeaza-te

Numarul de protoni din nucleul unui atom de staniu este de 50, in timp ce numarul de neutroni din nucleu este 68. Care sunt numarul atomic si numarul de masa al acestui izotop?

Raspuns

Numar atomic = 50, numar de masa = 118

Cand ne referim la un atom, folosim pur si simplu numele elementului: termenul de sodiu se refera la element, precum si un atom de sodiu. Insa poate fi necuprins sa folosesti tot timpul numele elementelor. In schimb, chimia defineste un simbol pentru fiecare element. Simbolul atomic este o prescurtare cu una sau doua litere a numelui elementului. Prin conventie, prima litera a simbolului unui element este intotdeauna majusculata, in timp ce a doua litera (daca este prezenta) este cu litere mici. Astfel, simbolul pentru hidrogen este H, simbolul pentru sodiu este Na, iar simbolul pentru nichel este Ni. Majoritatea simbolurilor provin de la numele englez al elementului, desi unele simboluri provin de la numele latin al unui element. (Simbolul pentru sodiu, Na, provine de la numele sau latin, natrium.) Tabelul 3.2 „Nume si simboluri ale elementelor comune” listeaza unele elemente comune si simbolurile acestora. Ar trebui sa memorati simbolurile din tabelul 3.2 „Nume si simboluri ale elementelor comune”, deoarece astfel vom reprezenta elemente in toata chimia.

Tabelul 3.2 Nume si simboluri ale elementelor comune

Denumirea elementului Simbol Numele elementului Simbol Aluminiul Al Mercur Hg Argon Ar Molibdenul Mo Arsenic Ca Neon Ne Bariu Ba Nichel Ni Beriliu Fiti Nitrogen N Bismut Bi Oxigen O Boron B Paladiu Pd Brom Br Br Fosfor P Calciu Ca Platina Pt Carbon C Potasiu K Clor Cl Radiu Ra Chromium Cr Radon Rn Cobalt Co Rubidiu Rb Cupru Cu Scandium Sc Fluor F F Seleniu Se Gallium Ga Silicon Si Germaniu Ge Argint Ag Aur Au Sodiu Na Heliu He Strontium Sr Hidrogen H Sulf S Iod I Tantalum Ta Iridium Ir Tin Sn Iron Fe Titanium Ti Krypton Kr Tungsten W Plumb Pb Uraniu U Litiu Li Xenon Xe Magneziu Mg Zinc Zn Manganese Mn Zirconiu Zr

Elementele sunt grupate intr-un grafic special numit tabel periodic. In tabelul 3.2 „O tabela periodica simpla” este prezentata o tabela periodica simpla, in timp ce una mai extinsa este prezentata in Capitolul 17 „Apendicele: Tabelul periodic al elementelor”. Elementele din tabelul periodic sunt enumerate in ordinea numarului atomic ascendent. Tabelul periodic are o forma speciala care va deveni importanta pentru noi atunci cand luam in considerare organizarea electronilor in atomi (vezi Capitolul 8 „Structura electronica”). O utilizare imediata a tabelului periodic ne ajuta sa identificam metale si nemetale. Nemetalele se afla in coltul din dreapta sus al tabelului periodic, pe o parte a liniei grele care imparte partea dreapta a graficului. Toate celelalte elemente sunt metale.

Figura 3.2 Un tabel periodic simplu

Exista un mod usor de a reprezenta izotopii folosind simbolurile atomice. Folosim constructia

unde X este simbolul elementului, A este numarul de masa si Z este numarul atomic. Astfel, pentru izotopul carbonului care are 6 protoni si 6 neutroni, simbolul este

unde C este simbolul elementului, 6 reprezinta numarul atomic si 12 reprezinta numarul de masa.

Exemplul 2

  1. Care este simbolul pentru un izotop de uraniu care are un numar atomic de 92 si un numar de masa de 235?
  2. Cati protoni si neutroni sunt in 26F?

Solutie

  1. Simbolul acestui izotop este 92U.
  2. Acest atom de fier are 26 de protoni si 56 – 26 = 30 de neutroni.

Testeaza-te

Cati protoni sunt in 11N?

Raspuns

11 protoni

Este, de asemenea, comun sa se mentioneze numarul de masa dupa numele unui element pentru a indica un izotop particular. Carbon-12 reprezinta un izotop de carbon cu 6 protoni si 6 neutroni, in timp ce uraniu-238 este un izotop de uraniu care are 146 de neutroni.

Cheie de luat cu cheie

  • Chimia se bazeaza pe teoria atomica moderna, care afirma ca toata materia este compusa din atomi.
  • Atomi in sine sunt compuse din protoni, neutroni si electroni.
  • Fiecare element are propriul sau numar atomic, care este egal cu numarul protonilor din nucleul sau.
  • Izotopii unui element contin un numar diferit de neutroni.
  • Elementele sunt reprezentate de un simbol atomic.
  • Tabelul periodic este un grafic care organizeaza toate elementele.

Exercitii

Enumerati cele trei enunturi care alcatuiesc teoria atomica moderna.

Explicati cum sunt compusi atomii.

Care este mai mare, un proton sau un electron?

Care este mai mare, un neutron sau un electron?

Care sunt tarifele pentru fiecare dintre cele trei particule subatomice?

Unde este localizata cea mai mare parte a masei unui atom?

Schitati o diagrama a unui atom de bor, care are in nucleul sau cinci protoni si sase neutroni.

Schitati o diagrama a unui atom de heliu, care are in nucleul sau doi protoni si doi neutroni.

Definiti numarul atomic . Care este numarul atomic pentru un atom de bor?

Care este numarul atomic de heliu?

Definiti izotopul si dati un exemplu.

Care este diferenta dintre deuteriu si tritiu?

Ce pereche reprezinta izotopi?

A)  

b) 26F si 25M

c) 14S si 15P

14. Ce pereche reprezinta izotopi?

a) 20C si 19K

b) 26F si 26F

c) 92U si 92U

15. Dati simboluri complete ale fiecarui atom, inclusiv numarul atomic si numarul de masa.

a) un atom de oxigen cu 8 protoni si 8 neutroni

b) un atom de potasiu cu 19 protoni si 20 de neutroni

c) un atom de litiu cu 3 protoni si 4 neutroni

16. Dati simboluri complete ale fiecarui atom, inclusiv numarul atomic si numarul de masa.

a) un atom de magneziu cu 12 protoni si 12 neutroni

b) un atom de magneziu cu 12 protoni si 13 neutroni

c) un atom de xenon cu 54 de protoni si 77 de neutroni

17. Americium-241 este un izotop utilizat in detectoarele de fum. Care este simbolul complet pentru acest izotop?

18. Carbon-14 este un izotop utilizat pentru a efectua teste radioactive de datare pe materialul viu anterior. Care este simbolul complet pentru acest izotop?

19. Dati simboluri atomice pentru fiecare element.

a) sodiu

b) argon

c) azot

d) radon

20. Da simboluri atomice pentru fiecare element.

a) argint

b) aur

c) mercur

d) iod

21. Dati numele elementului.

a) Da

b) Mn

c) Fe

d) Cr

22. Dati numele elementului.

a) F

b) Cl

c) Br

d) Eu

Raspunsuri

1.

Toata materia este compusa din atomi; atomii aceluiasi element sunt aceiasi, iar atomii diferitelor elemente sunt diferiti; atomii se combina in raporturi intregi pentru a forma compusi.

3.

Un proton este mai mare decat un electron.

5.

proton: 1+; electron: 1−; neutron: 0

7.

9.

Numarul atomic este numarul protonilor dintr-un nucleu. Borul are un numar atomic de cinci.

11.

Izotopii sunt atomi cu acelasi element, dar cu un numar diferit de neutroni. sunt exemple.

13.

a) izotopi

b) nu izotopi

c) nu izotopi

15.

A)  

b) 19K

c)  

17.

95A

19.

a) Na

bar

c) N

d) Rn

21.

a) siliciu

b) mangan

c) fier

d) crom