§ 9. Состав и строение атома. Изотопы

Химия, 7 класс. Учебник: Оспанова М.К. и др. (Мектеп, 2025). Глава 3: Атомы. Молекулы. Вещества. Страницы 49–54.

Чему научишься

• Называть частицы, из которых состоит атом, и их заряды.
• Объяснять, почему атом в целом не имеет заряда.
• Находить числа протонов, нейтронов и электронов по символу элемента (например, ²⁷₁₃Al).
• Записывать состав атома и считать массовое число.
• Объяснять, что такое изотопы и чем они похожи и различаются.

Разминка

• Из чего, по-твоему, состоят все вещества: вода, железо, воздух? Из атомов и молекул. Сегодня заглянем внутрь самого атома.
• Что такое порядковый номер элемента в таблице Менделеева? Номер клетки элемента. Сегодня выясним, что он на самом деле показывает.
• Можно ли разделить атом на части? Можно: у него есть ядро и электроны. Но химические реакции их не разрушают, поэтому в химии атом считают «кирпичиком».

💡 В 1911 году английский учёный Эрнест Резерфорд доказал опытом: в центре атома стоит крошечное положительно заряженное ядро. Он предложил «планетарную модель», похожую на Солнечную систему в миниатюре.

Разбираемся

Атом как мини-Солнечная система

В центре атома находится ядро с положительным зарядом. Вокруг него движутся электроны с отрицательным зарядом, как планеты вокруг Солнца. Ядро собрано из частиц двух видов: протонов и нейтронов.

🌟 Ядро в тысячи раз меньше самого атома, но в нём почти вся масса. Если бы атом был размером со стадион в Астане, ядро было бы с горошину в центре поля, а электроны кружили бы где-то на трибунах.

Три частицы: у каждой свой характер

💡 Масса электрона примерно в 1836 раз меньше массы протона. Поэтому её не учитывают, и вся масса атома сидит в ядре.

Почему атом «нейтральный»

Протонов в атоме столько же, сколько электронов. Плюсы и минусы гасят друг друга, и заряд атома равен нулю. Оба числа равны порядковому номеру элемента Z.

Пример: у железа Z=26. Значит, в ядре 26 протонов, а вокруг ядра 26 электронов.

📌 Порядковый номер Z = число протонов = число электронов = заряд ядра (со знаком «плюс»).

Как найти нейтроны

Масса атома складывается из протонов и нейтронов. Сумму их числа называют массовым числом A. Для расчётов берём округлённую относительную атомную массу.

📌 Число нейтронов: N=A-Z.

Пример с железом: N=56-26=30. Пример с углеродом ¹²₆C: 6 протонов + 6 нейтронов = 12.

⚠️ Частая ошибка. Путают верхнее и нижнее числа в записи ^A_ZЭ. Нижнее — номер элемента (протоны), верхнее — массовое число (протоны плюс нейтроны). Нейтронов никогда не бывает «26 из 56»: их 56-26.

Изотопы: близнецы с разным весом

Атомы одного элемента бывают немного разными. У всех одинаковый заряд ядра (одинаковое число протонов), но разное число нейтронов, а значит, разное массовое число. Такие разновидности называют изотопами.

Слово придумали из двух греческих: «изос» — один и «топос» — место. Изотопы занимают одну клетку в таблице Менделеева.

Записывают так: символ элемента, слева вверху массовое число. Например, ³⁵Cl и ³⁷Cl.

Химические свойства изотопов хлора одинаковы: их определяют электроны, а электронов поровну. Поэтому поваренная соль NaCl из любого изотопа хлора солёная одинаково.

🌟 Водород — рекордсмен по именам изотопов. У него три «двойника»: протий ¹₁H (нейтронов нет), дейтерий ²₁H (или D, один нейтрон) и тритий ³₁H (или T, два нейтрона).

Почему калий стоит после аргона

В природе элемент — это смесь изотопов, поэтому в таблице стоит усреднённая масса. Из-за этого у некоторых пар порядок «по массе» и «по заряду ядра» не совпадает. Теллур Te тяжелее йода I (127,6 и 127), но заряд ядра у него +52 против +53 у йода. Элементы расставляют по заряду ядра, поэтому теллур стоит раньше йода.

👨‍👩‍👧 Родителю. Попросите ребёнка нарисовать атом лития ⁷₃Li кружками: 3 протона и 4 нейтрона в ядре, 3 электрона вокруг. Ребёнок сам придёт к формуле N=A-Z.

Проверь себя

• Где в атоме сосредоточена почти вся масса? В ядре. Электроны почти ничего не весят.
• Почему атом электронейтрален? Протонов и электронов поровну, их заряды +1 и -1 гасят друг друга.
• Что показывает порядковый номер элемента? Число протонов в ядре (оно же число электронов и заряд ядра).
• Как найти число нейтронов? Из массового числа вычесть порядковый номер: N=A-Z.
• Чем отличаются изотопы одного элемента? Числом нейтронов, а значит, массовым числом. Заряд ядра и число электронов у них одинаковые.
• Почему химические свойства изотопов хлора одинаковы? Свойства задают электроны, а у обоих изотопов их 17.

Решаем упражнения

Относительные атомные массы округляем по таблице Менделеева: Al 27, Ar 40, Ca 40, Mg 24.

📕 В боковой врезке «Знаешь ли ты?» написано, что электрон легче протона «в 2000 раз», а в тексте параграфа — «в 1836 раз». Точное значение около 1836: «2000» — грубое округление.

№ 1

Из каких микрочастиц состоит атом? Охарактеризуй эти частицы.

Как думать. Вспомни планетарную модель: что в центре, что вокруг.

Решение. Атом состоит из ядра и электронов. Ядро состоит из протонов и нейтронов.

Ответ: протоны (+1, масса 1), нейтроны (заряд 0, масса 1) и электроны (-1, масса почти 0).

№ 2

Какие частицы входят в состав ядра атома? Дай им характеристику.

Как думать. В ядре живут только две из трёх частиц.

Решение.

• Протон: заряд +1, масса 1. Число протонов равно порядковому номеру элемента.
• Нейтрон: заряд 0, масса 1. Число нейтронов N=A-Z.

Поэтому ядро всегда заряжено положительно, а его заряд равен числу протонов.

Ответ: ядро состоит из протонов (+1, масса 1) и нейтронов (заряд 0, масса 1).

№ 3

Определи заряд ядра и число электронов у серы S, калия K, цинка Zn и йода I.

Как думать. Находим элемент в таблице Менделеева. Его порядковый номер равен заряду ядра (с плюсом) и числу электронов.

Решение.

Ответ: S: +16 и 16 электронов; K: +19 и 19; Zn: +30 и 30; I: +53 и 53.

№ 4

Определи заряд ядра и число элементарных частиц в ядрах ²⁷₁₃Al, ⁴⁰₁₈Ar, ⁴⁰₂₀Ca.

Как думать. Нижнее число — заряд ядра и число протонов. Нейтроны: N=A-Z. В ядре всего p+n, то есть A частиц.

Решение.

1. ²⁷₁₃Al: заряд +13; протонов 13; нейтронов 27-13=14; всего в ядре 13+14=27.
2. ⁴⁰₁₈Ar: заряд +18; протонов 18; нейтронов 40-18=22; всего 40.
3. ⁴⁰₂₀Ca: заряд +20; протонов 20; нейтронов 40-20=20; всего 40.

Ответ: Al: +13, 13 p и 14 n; Ar: +18, 18 p и 22 n; Ca: +20, 20 p и 20 n.

№ 5

Атом имеет 12 протонов, 12 нейтронов и 12 электронов. Назови элемент, напиши знак, заряд ядра и атомную массу.

Как думать. Число протонов — это номер элемента. Массу найдём как сумму протонов и нейтронов.

Решение.

1. Z=12 — это магний Mg.
2. Заряд ядра +12.
3. Масса: 12+12=24, то есть A_r=24.
4. Запись: ²⁴₁₂Mg (12p⁺; 12n⁰) 12 e.

Ответ: магний Mg, заряд ядра +12, атомная масса 24.

№ 6

Используя названия элементарных частиц, дай определение понятию «изотоп».

Как думать. У изотопов одного элемента одинаково число протонов и по-разному число нейтронов.

Пример ответа. Изотопы — это атомы одного и того же элемента, у которых одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Поэтому их массовые числа разные. Например, протий, дейтерий и тритий: у каждого 1 протон, но 0, 1 и 2 нейтрона.

Ответ: изотопы — атомы одного элемента с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов.

№ 7

Верно ли, что атомы ⁴⁰₁₉K и ⁴⁰₁₈Ar проявляют разные свойства? Объясни.

Как думать. Сравни числа протонов и массовые числа. Это изотопы или нет?

Решение.

1. У калия Z=19, у аргона Z=18. Заряды ядер разные, значит, это разные элементы.
2. Массовое число у обоих 40, но это не делает их изотопами: изотопы — это атомы одного элемента.
3. Число электронов тоже разное (19 и 18), а свойства определяют электроны. Калий — мягкий активный металл, аргон — неактивный благородный газ (он есть и в воздухе).

Ответ: да, верно. Это атомы разных элементов с разным зарядом ядра и разным числом электронов, поэтому свойства разные. Одинаковое массовое число (40) ничего не значит.

Шпаргалка

• Почти вся масса атома в ядре, электроны почти ничего не весят.
• Запись состава: ¹²₆C (6p⁺; 6n⁰) 6 e.
• Свойства элемента задают электроны, поэтому у изотопов химические свойства одинаковые.
• Хлор в природе: 75 % ³⁵Cl и 25 % ³⁷Cl.

Мини-тест