Глава 2. Резюме (Summary)

2.1 Ранние идеи атомной теории

Древние греки предположили, что вещество состоит из чрезвычайно малых частиц — атомов. Дальтон постулировал, что каждому элементу соответствует характерный тип атомов, отличающийся свойствами от атомов всех остальных элементов, и что атомы разных элементов могут соединяться в фиксированных целочисленных соотношениях, образуя соединения. Все образцы конкретного соединения имеют одинаковые массовые соотношения элементов. Когда два элемента образуют разные соединения, заданная масса одного элемента соединяется с массами другого элемента в небольших целочисленных соотношениях. В ходе любого химического превращения атомы не возникают и не уничтожаются.

2.2 Эволюция атомной теории

Хотя никто не заглядывал внутрь атома непосредственно, эксперименты позволили многое узнать о его строении. Опыты Томсона с катодной трубкой показали, что в атоме содержатся небольшие отрицательно заряженные частицы — электроны. Милликен обнаружил существование фундаментального электрического заряда — заряда электрона. Опыт Резерфорда по рассеянию \(\alpha\)-частиц на золотой фольге показал, что у атома есть малое плотное положительно заряженное ядро; положительно заряженные частицы внутри ядра называются протонами. Чедвик обнаружил, что в ядре содержатся также нейтральные частицы — нейтроны. Содди показал, что атомы одного и того же элемента могут различаться по массе; такие атомы называют изотопами.

2.3 Строение атома и обозначения

Атом состоит из малого положительно заряженного ядра, окружённого электронами. Ядро содержит протоны и нейтроны; его диаметр примерно в \(100\,000\) раз меньше диаметра самого атома. Массу одного атома обычно выражают в атомных единицах массы (а. е. м.) и называют атомной массой. Атомная единица массы определяется как \(1/12\) массы атома углерода-12 и равна \(1{,}6605 \times 10^{-24}\ \text{г}\).

Протоны — относительно тяжёлые частицы с зарядом \(1+\) и массой \(1{,}0073\) а. е. м. Нейтроны — также относительно тяжёлые частицы, не имеющие заряда, с массой \(1{,}0087\) а. е. м. Электроны — лёгкие частицы с зарядом \(1-\) и массой \(0{,}00055\) а. е. м. Число протонов в ядре называется атомным номером (\(Z\)) и определяет принадлежность атома к тому или иному элементу. Сумма чисел протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом и, выраженная в а. е. м., приблизительно равна массе атома. Атом нейтрален, если содержит одинаковое число электронов и протонов.

Изотопы элемента — это атомы с одинаковым атомным номером, но разным массовым числом; следовательно, изотопы одного элемента отличаются друг от друга только числом нейтронов в ядре. Когда встречающийся в природе элемент состоит из нескольких изотопов, атомная масса элемента представляет собой среднее значение масс этих изотопов. Химический символ обозначает атомы вещества с помощью символов — одно-, двух- или трёхбуквенных сокращений для атомов.

2.4 Химические формулы

Молекулярная формула с помощью химических символов и индексов указывает точное число атомов разных элементов в молекуле или соединении. Простейшая формула (эмпирическая формула) задаёт простейшее целочисленное отношение атомов в соединении. Структурная формула отражает порядок связывания атомов в молекуле. Шаростержневые и масштабные (объёмные) модели показывают геометрическое расположение атомов в молекуле. Изомеры — это соединения с одинаковой молекулярной формулой, но различным расположением атомов. Удобной единицей количества для выражения очень больших чисел атомов или молекул служит моль. Экспериментально установлено, что 1 моль вещества содержит \(6{,}022 \times 10^{23}\) частиц; эта величина называется числом Авогадро. Масса одного моля вещества в граммах называется молярной массой.