§ 18. Как устроен атом

Естествознание, 6 класс. Учебник: Верховцева Л. А. и др. (Алматыкітап баспасы, 2023). Раздел 3: Вещества и материалы. Страницы 110–114.

Чему научишься

• Называть частицы, из которых состоит атом: протоны, нейтроны, электроны.
• Показывать, где они находятся: в ядре или вокруг него.
• Определять заряд каждой частицы: «+», «−» или 0.
• Рисовать модель атома по числу частиц.
• Объяснять, почему модель атома называют планетарной.

Разминка

• Что значит слово «атом»? «Неделимый». Так назвал частицы Демокрит.
• Из чего состоят молекулы? Из атомов.
• Можно ли увидеть атом в школьный микроскоп? Нет. Атомы видно только в электронный микроскоп, и то не как шарик, а как пятнышко.
• Какие планеты вращаются вокруг Солнца? Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

💡 Запомни Солнечную систему: в центре — тяжёлое Солнце, вокруг по орбитам летают лёгкие планеты. Сегодня она нам очень пригодится.

Разбираемся

Как «увидеть» то, что невидимо

Атомы так малы, что долго их нельзя было увидеть никак. Поэтому учёные изучали их по косвенным признакам, как сыщики изучают следы.

Ещё 2000 лет назад римский поэт Лукреций заметил: у моря одежда отсыревает, а на солнце сохнет. Значит, вода дробится на такие мелкие частички, что их не разглядишь. Мы этих частиц не видим, но видим, что они делают.

💡 Ты тоже так умеешь. Мокрое бельё на верёвке во дворе высыхает — куда девается вода? Разлетается невидимыми частицами в воздух.

Какими только атомы не представляли

Долго считали, что атом — самая простая частица, без «начинки». В начале XX века появилось много догадок. Немецкий математик Линдеман думал, что атом кислорода похож на кольцо, а атом серы — на лепёшку. Британский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин) сравнивал атом с колечками дыма.

Все эти догадки оказались неверными. Правду открыли три английских физика — по очереди, шаг за шагом.

Ядро и электроны

Сейчас учёные точно знают: в центре атома — атомное ядро. Вокруг него по своим орбитам постоянно движутся электроны.

Ядро состоит из частиц двух видов: протонов и нейтронов. Протоны и электроны притягиваются друг к другу, поэтому электроны не улетают от ядра.

📌 Протон — заряд «+», электрон — заряд «−», нейтрон — без заряда. Протонов и электронов в атоме поровну, поэтому весь атом не заряжен.

Кто тяжелее

Протон и нейтрон весят примерно одинаково. А электрон почти в 2000 раз легче. Поэтому почти вся масса атома сосредоточена в маленьком ядре.

🌟 Если увеличить атом до размеров футбольного стадиона, ядро будет размером с горошину в центре поля. А электроны будут носиться где-то у трибун. Атом почти весь — пустота!

Почему модель «планетарная»

В центре Солнечной системы — тяжёлое Солнце, вокруг по орбитам движутся планеты. В центре атома — тяжёлое ядро, вокруг по орбитам движутся электроны. Поэтому такую модель атома назвали планетарной.

⚠️ Частая ошибка. «В ядре есть электроны». Нет! В ядре только протоны и нейтроны. Электроны — снаружи, они летают вокруг ядра.

👨‍👩‍👧 Родителю. Попросите ребёнка нарисовать атом и подписать: что в центре, что вокруг, у кого какой заряд. Если он ставит электроны в ядро — вернитесь к сравнению с Солнцем и планетами.

Атом может быть мирным и опасным

В ядре атома скрыта огромная энергия. Её научились использовать на атомных электростанциях и в подводных лодках. Первая атомная подводная лодка «Наутилус» спущена на воду в США в 1954 году.

В Казахстане атомная электростанция работала в городе Актау с 1973 по 1999 год. Она давала электричество и опресняла морскую воду.

Но та же энергия бывает страшной. В 1986 году на Чернобыльской АЭС взорвался реактор — это самая крупная техногенная катастрофа в истории. А на Семипалатинском полигоне десятки лет испытывали ядерное оружие.

🌟 28 февраля 1989 года поэт Олжас Сулейменов объявил о создании движения «Невада — Семипалатинск». Люди требовали прекратить взрывы. Последний взрыв прогремел 19 октября 1989 года, а 29 августа 1991 года полигон закрыли. Казахстан отказался от ядерного оружия.

Проверь, как понял

Проверь себя

• Из каких частиц состоит атом? Из ядра и электронов. Ядро состоит из протонов и нейтронов.
• Как частицы расположены в атоме? Ядро — в центре, электроны движутся вокруг него по орбитам.
• Какие заряды у частиц? Протон «+», электрон «−», нейтрон без заряда.
• Какая частица самая лёгкая? Электрон: он почти в 2000 раз легче протона.
• Почему атом в целом не заряжен? Протонов и электронов в нём поровну, их заряды уравновешивают друг друга.

Решаем упражнения

№ 1

Исследуй, как открывали строение атома. Прочитай о Томсоне, Резерфорде и Чедвике. Нарисуй в тетради модель атома по описанию каждого и объясни особенности.

Как думать. У каждого учёного — своя картинка атома. Нарисуй три рисунка рядом.

Решение.

1. Модель Томсона («пудинг с изюмом»). Нарисуй большой круг, закрась его розовым и поставь «+». Внутри разбросай точки-изюминки со знаком «−» — это электроны. Положительный заряд размазан по всему атому.
2. Модель Резерфорда (ядерная). В центре маленький кружок с «+» — ядро. Вокруг — овальные орбиты, на них точки «−» — электроны. Почти весь атом — пустота.
3. Дополнение Чедвика. Нарисуй ядро крупнее: внутри кружки с «+» (протоны) и пустые кружки (нейтроны). Ядро тоже делимо.

Ответ: Томсон — положительная сфера с электронами внутри; Резерфорд — маленькое положительное ядро в центре, электроны вокруг; Чедвик — ядро из протонов и нейтронов.

№ 2

Какие ошибки были в созданных моделях? Кто из учёных оказался ближе всех к правде? Заполни схему «Строение атома».

Как думать. Сравни каждую модель с тем, что известно сейчас: ядро в центре, электроны вокруг.

Пример ответа.

• Линдеман («кольцо», «лепёшка») и лорд Кельвин («кольца дыма») — просто догадки без опытов.
• Ошибка Томсона: положительный заряд не размазан по атому, а собран в крошечном ядре.
• В модели Резерфорда 1911 года ещё не было нейтронов — их нашёл Чедвик в 1932 году.
• Ближе всех к правде — Резерфорд, а Чедвик дополнил его модель.

Ответ: ближе всех — Резерфорд (с дополнением Чедвика); схема — атом → ядро (протоны, нейтроны) + электроны.

№ 3

Почему модель атома называют планетарной? В чём сходство атома и Солнечной системы? Оформи таблицу «Сходства — Отличия».

Как думать. Найди, что в центре и что вокруг, и что их держит вместе.

Пример ответа.

Ответ: потому что электроны движутся вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца.

№ 4

(в учебнике — задание 1) Вместе с одноклассниками «постройте» живую модель атома. Распределите роли и объясните, кто какую роль играет.

Как думать. Нужны три роли: протоны, нейтроны и электроны. Возьмём атом лития (3 протона, 4 нейтрона, 3 электрона) — понадобится 10 человек.

Решение.

1. Семь человек встают плотной кучкой в центре класса — это ядро. Трое из них держат карточку «+» (протоны), четверо — карточку «0» (нейтроны).
2. Трое с карточками «−» — электроны. Они ходят по кругу вокруг ядра: двое поближе, один подальше.
3. Каждый говорит свою роль: «Я протон, мой заряд плюс, я живу в ядре», «Я электрон, мой заряд минус, я кружусь вокруг ядра».

Ответ: ядро — протоны и нейтроны в центре; электроны движутся вокруг.

№ 5

(в учебнике — задание 2) Нарисуй модель атома лития: 3 протона, 3 электрона, 4 нейтрона. Электроны — синим, протоны — красным, нейтроны — зелёным.

Как думать. Сначала ядро, потом орбиты. Протоны и нейтроны — только в ядре, электроны — только снаружи.

Решение.

1. В центре нарисуй ядро: 3 красных кружка (протоны) и 4 зелёных (нейтроны), плотно прижатых друг к другу.
2. Вокруг ядра проведи орбиту и поставь на ней 2 синие точки — электроны.
3. Дальше проведи вторую орбиту и поставь на ней ещё 1 синюю точку.
4. Проверь: красных 3, синих 3 — заряды уравновешены.

Ответ: ядро из 3 красных и 4 зелёных кружков, вокруг 3 синих электрона (2 на ближней орбите и 1 на дальней).

💡 Если не хочешь рисовать две орбиты, можно поставить все три электрона на одну — для этого урока так тоже верно.

№ 6

(в учебнике — задание 3) Поставь заряд частицы: «+», «−» или 0. Атом, атомное ядро, протон, нейтрон, электрон.

Как думать. Ядро состоит из протонов «+» и нейтронов 0 — значит, заряд ядра «+». Атом: плюсов и минусов поровну.

Ответ: атом — 0; атомное ядро — «+»; протон — «+»; нейтрон — 0; электрон — «−».

№ 7

Подумай! Молекулы делятся на атомы, атомы — на ядро и электроны, ядро — на протоны и нейтроны. Почему нельзя сказать, что вещества состоят из протонов, электронов и нейтронов?

Как думать. Сравни протон в атоме золота и протон в атоме кислорода. Чем они отличаются?

Пример ответа.

• Протоны, нейтроны и электроны во всех веществах одинаковые. Протон из золота ничем не отличается от протона из воды.
• Свойства вещества появляются только тогда, когда частицы собраны в атомы, а атомы — в молекулы.
• Если говорить «вещество состоит из протонов», то нельзя объяснить, почему вода жидкая, а золото — жёлтый металл.
• Поэтому говорят: вещества состоят из атомов и молекул. Это самые мелкие частицы, которые ещё «помнят» свойства.

Ответ: протоны, нейтроны и электроны одинаковые во всех веществах и сами по себе не несут свойств вещества; свойства есть только у атомов и молекул.

№ 8

Напиши эссе: почему атом может быть и «мирным», и «убийцей»? Сможет ли человек использовать энергию атома в будущем?

Как думать. Эссе — твоё мнение с доводами. Вспомни Актау, «Наутилус», Чернобыль, Семипалатинский полигон.

План.

1. Вступление: в ядре атома скрыта огромная энергия.
2. «Мирный» атом: электростанции, ледоколы, медицина.
3. «Атом-убийца»: ядерное оружие, аварии на АЭС.
4. Будущее: от чего всё зависит.
5. Вывод.

Образец. Ядро атома прячет огромную энергию. Атомная электростанция в Актау почти 26 лет давала городу свет, тепло и пресную воду из моря. Атомные ледоколы прокладывают путь во льдах, а врачи с помощью атомной техники лечат опасные болезни. Но та же энергия может убивать. Испытания ядерного оружия на Семипалатинском полигоне принесли болезни тысячам людей, а авария в Чернобыле сделала огромную территорию непригодной для жизни. Сам атом не хороший и не плохой — всё зависит от того, в чьих он руках. Я считаю, что люди будут использовать энергию атома и дальше, но только при строгой безопасности и только для мирных целей.

🌟 В 2024 году в Казахстане прошёл референдум, и большинство проголосовало за строительство атомной электростанции.

Ответ: эссе у каждого своё; образец выше.

№ 9

(задание без номера в учебнике: «Составь тест из трёх вопросов…»)

Составь для одноклассников тест из трёх вопросов по теме. В каждом — не меньше трёх вариантов ответа. Вопросы — чёткие и однозначные.

Пример теста.

1. Какая частица имеет отрицательный заряд? а) протон; б) нейтрон; в) электрон.
2. Где находятся нейтроны? а) в ядре; б) на орбитах; в) между атомами.
3. Кто предложил ядерную модель атома? а) Томсон; б) Резерфорд; в) Демокрит.

💡 В конце урока — «Лестница успеха»: «нужна помощь», «нужно ещё повторить», «уверен в своих знаниях». Выбери свою ступеньку и объясни выбор словами «По-моему…», «Я считаю…».

Ответ: у каждого свой тест; образец выше.

№ 10

(задание без номера в учебнике: «Напиши эссе…»)

Напиши эссе «Закрытие Семипалатинского полигона — достижение независимости нашего государства».

Как думать. Где искать: сайты и книги об истории Казахстана, музей в Семее, материалы о движении «Невада — Семипалатинск».

План.

1. Что такое Семипалатинский полигон и что там происходило.
2. Как люди выступили против: движение «Невада — Семипалатинск».
3. Закрытие полигона 29 августа 1991 года.
4. Отказ Казахстана от ядерного оружия и что это дало стране.
5. Мой вывод.

Образец. С 1949 по 1989 год под Семипалатинском (сейчас — город Семей) гремели ядерные взрывы. От них страдали жители окрестных сёл, болели взрослые и дети. В 1989 году поэт Олжас Сулейменов призвал людей выступить против испытаний, и родилось движение «Невада — Семипалатинск». Тысячи людей подписались под требованием закрыть полигон. 29 августа 1991 года — ещё до провозглашения независимости — полигон закрыли указом Президента. Затем Казахстан отказался от ядерного оружия, которое осталось на его земле. Это был первый смелый шаг молодого государства: страна сама решила свою судьбу и выбрала мир. Поэтому закрытие полигона по праву считают одним из главных достижений нашей независимости.

Ответ: эссе у каждого своё; образец выше.

Шпаргалка

• Атом = ядро + электроны.
• Ядро = протоны + нейтроны.
• Протон «+», электрон «−», нейтрон 0.
• Томсон — электрон (1897), Резерфорд — ядро (1911) и протон (1919), Чедвик — нейтрон (1932).
• Семипалатинский полигон закрыт 29 августа 1991 года.

Мини-тест