¿Cuántas partículas elementales hay en el Universo? Composición del núcleo de un átomo. Cálculo de protones y neutrones Cómo determinar el número de electrones.
Los matemáticos fanáticos a los que les encanta contar todo lo que hay en el mundo llevan mucho tiempo queriendo saber la respuesta a la pregunta fundamental: ¿cuántas partículas hay en el Universo? Considerando que aproximadamente 5 billones de átomos de hidrógeno pueden caber en tan solo la cabeza de un alfiler, y que cada uno de ellos consta de 4 partículas elementales(1 electrón y 3 quarks en un protón), podemos suponer con seguridad que el número de partículas en el Universo observable está más allá de la comprensión humana.
De todos modos, el profesor de física Tony Padilla de la Universidad de Nottingham ha desarrollado una forma de estimar el número total de partículas en el Universo sin tener en cuenta los fotones ni los neutrinos, ya que no tienen (o mejor dicho, prácticamente no tienen) masa:
Para sus cálculos, el científico utilizó datos obtenidos con el telescopio Planck, con el que se midió la radiación cósmica de fondo de microondas, que es la radiación de luz visible más antigua del Universo y, por lo tanto, forma una apariencia de su límite. Gracias al telescopio, los científicos pudieron estimar la densidad y el radio del Universo visible.
Otra variable necesaria es la fracción de materia contenida en los bariones. Estas partículas están formadas por tres quarks, y los bariones más conocidos hoy en día son los protones y los neutrones, así los considera Padilla en su ejemplo. Finalmente, el cálculo requiere el conocimiento de las masas del protón y del neutrón (que coinciden aproximadamente entre sí), tras lo cual se pueden comenzar los cálculos.
¿Qué hace un físico? Toma la densidad del Universo visible, la multiplica por la fracción de la densidad de los bariones únicamente y luego multiplica el resultado por el volumen del Universo. Divide la masa resultante de todos los bariones del Universo por la masa de un barión y obtiene el número total de bariones. Pero no nos interesan los bariones; nuestro objetivo son las partículas elementales.
Se sabe que cada barión consta de tres quarks; esto es exactamente lo que necesitamos. Además, el número total de protones (como todos sabemos por curso escolar química) es igual numero total electrones, que también son partículas elementales. Además, los astrónomos han descubierto que el 75% de la materia del Universo está representado por hidrógeno, y el 25% restante por helio, otros elementos pueden despreciarse en cálculos de esta escala; Padilla calcula el número de neutrones, protones y electrones, luego multiplica las dos primeras posiciones por tres y finalmente tenemos el resultado final.
3.28x10 80. Más de tres vigintillones.
328.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.
Lo más interesante es que, dada la escala del Universo, estas partículas no llenan ni siquiera una gran parte de su volumen total. Como resultado, sólo hay una (!) partícula elemental por metro cúbico del Universo.
Un átomo de un elemento químico consta de un núcleo y electrones. Cantidad electrones en un átomo depende de su número atómico. La configuración electrónica determina la distribución del electrón entre capas y subcapas.
Necesitará
- Número atómico, composición molecular.
Instrucciones
Si el átomo es eléctricamente neutro, entonces el número electrones es igual al número de protones. El número de protones corresponde al número atómico del elemento en la tabla periódica. Por ejemplo, el hidrógeno tiene el primer número atómico, por lo que su átomo tiene un electrón. El número atómico del sodio es 11, por lo que el átomo de sodio tiene 11. electrones.
Un átomo también puede perder o ganar electrones. En este caso, el átomo se convierte en un ion, que tiene una carga eléctrica positiva o negativa. digamos uno de electrones el sodio ha abandonado la capa electrónica del átomo. El átomo de sodio se convertirá entonces en un ion cargado positivamente, con una carga de +1 y 10 electrones en su carcasa electrónica. Al unirse electrones el átomo se convierte en un ion negativo.
átomos elementos químicos También pueden combinarse para formar moléculas, la partícula más pequeña de materia. Cantidad electrones en una molécula es igual a la cantidad electrones todos los átomos que contiene. Por ejemplo, la molécula de agua H2O consta de dos átomos de hidrógeno, cada uno de los cuales tiene un electrón, y un átomo de oxígeno, que tiene 8 electrones. Es decir, en una molécula de agua sólo hay 10 electrones.
Durante mucho tiempo, muchas propiedades de la materia siguieron siendo un secreto para los investigadores. ¿Por qué algunas sustancias conducen bien la electricidad y otras no? ¿Por qué el hierro se deteriora gradualmente bajo la influencia de la atmósfera, mientras que los metales nobles se conservan perfectamente durante miles de años? Muchas de estas preguntas encontraron respuesta después de que el hombre tomó conciencia de la estructura del átomo: su estructura, el número de electrones en cada capa electrónica. Además, dominar incluso los conceptos básicos de la estructura de los núcleos atómicos abrió una nueva era para el mundo.
¿De qué elementos están hechos los componentes elementales de la materia, cómo interactúan entre sí, qué podemos aprender a utilizar a partir de esto?
desde el punto de vista de la ciencia moderna
Actualmente, la mayoría de los científicos tienden a adherirse al modelo planetario de la estructura de la materia. Según este modelo, en el centro de cada átomo hay un núcleo, diminuto incluso en comparación con el átomo (es decenas de miles de veces más pequeño que el átomo entero). Pero no se puede decir lo mismo de la masa del núcleo. Casi toda la masa de un átomo se concentra en el núcleo. El núcleo está cargado positivamente.
Los electrones giran alrededor del núcleo en diferentes órbitas, no circulares, como es el caso de los planetas. sistema solar, pero volumétrico (esferas y ochos volumétricos). El número de electrones en un átomo es numéricamente igual a la carga del núcleo. Pero es muy difícil considerar un electrón como una partícula que se mueve a lo largo de una determinada trayectoria.
Su órbita es pequeña y su velocidad es casi como la de un rayo de luz, por lo que es más correcto considerar al electrón junto con su órbita como una especie de esfera cargada negativamente.
Miembros de la familia atómica.
Todos los átomos están formados por 3 elementos constituyentes: protones, electrones y neutrones.
El protón está a cargo Material de construcción granos. Su peso es igual a una unidad atómica (masa de un átomo de hidrógeno) o 1,67 ∙ 10 -27 kg en el sistema SI. La partícula está cargada positivamente y su carga se toma como unidad en el sistema de cargas eléctricas elementales.
El neutrón es gemelo del protón en masa, pero no tiene carga alguna.
Las dos partículas anteriores se llaman nucleidos.
Un electrón es lo opuesto a un protón con carga ( carga elemental es igual a −1). Pero el electrón nos decepciona en términos de peso, su masa es de solo 9,12 ∙ 10 -31 kg, que es casi 2 mil veces más ligero que un protón o un neutrón.
¿Cómo lo “detectaron”?
¿Cómo podría discernirse la estructura de un átomo si ni siquiera los medios técnicos más modernos permiten, y en un futuro próximo no permitirán, obtener imágenes de las partículas que lo componen? ¿Cómo supieron los científicos la cantidad de protones, neutrones y electrones en el núcleo y su ubicación?
La suposición sobre la estructura planetaria de los átomos se basó en los resultados del bombardeo de láminas metálicas delgadas con diversas partículas. La figura muestra claramente cómo interactúan varias partículas elementales con la materia.
El número de electrones que atravesaron el metal en los experimentos fue cero. Esto se explica de forma sencilla: los electrones cargados negativamente son repelidos por las capas electrónicas del metal, que también tienen carga negativa.
Un haz de protones (carga +) atravesó la lámina, pero con “pérdidas”. Algunos fueron repelidos por los núcleos que se interpusieron en el camino (la probabilidad de tales impactos es muy pequeña), otros se desviaron de la trayectoria original y volaron demasiado cerca de uno de los núcleos.
Los neutrones se convirtieron en los más "eficaces" en términos de romper el metal. Una partícula con carga neutra se perdía sólo en caso de colisión directa con el núcleo de una sustancia, mientras que el 99,99% de los neutrones atravesaban con seguridad el espesor del metal. Por cierto, fue posible calcular el tamaño de los núcleos de ciertos elementos químicos en función del número de neutrones en la entrada y salida.
A partir de los datos obtenidos se construyó la teoría actualmente dominante sobre la estructura de la materia, que explica con éxito la mayoría de los problemas.
que y cuanto
El número de electrones en un átomo depende del número atómico. Por tanto, un átomo de hidrógeno ordinario tiene un solo protón. Un solo electrón gira en órbita. Siguiente elemento tabla periódica- El helio es un poco más complicado. Su núcleo consta de dos protones y dos neutrones y, por tanto, tiene una masa atómica de 4.
A medida que aumenta el número atómico, aumentan el tamaño y la masa del átomo. El número de serie de un elemento químico en la tabla periódica corresponde a la carga del núcleo (el número de protones que contiene). El número de electrones en un átomo es igual al número de protones. Así, un átomo de plomo (número de serie 82) tiene 82 protones en su núcleo. Hay 82 electrones en órbita alrededor del núcleo. Para calcular el número de neutrones en un núcleo, basta con restar el número de protones a la masa atómica:
¿Por qué siempre hay el mismo número de ellos?
Cualquier sistema de nuestro Universo lucha por la estabilidad. Cuando se aplica a un átomo, esto se expresa en su neutralidad. Si imaginas por un segundo que todos los átomos del Universo, sin excepción, tienen una carga u otra de diferentes tamaños y con diferentes signos, puedes imaginar qué tipo de caos se produciría en el mundo.
Pero como el número de protones y electrones en un átomo es igual, la carga final de cada “ladrillo” es cero.
El número de neutrones en un átomo es una cantidad independiente. Además, los átomos de un mismo elemento químico pueden tener diferentes números de estas partículas con carga cero. Ejemplo:
- 1 protón + 1 electrón + 0 neutrones = hidrógeno ( masa atomica 1);
- 1 protón + 1 electrón + 1 neutrón = deuterio (masa atómica 2);
- 1 protón + 1 electrón + 2 neutrones = tritio (masa atómica 3).
EN en este caso el número de electrones en un átomo no cambia, el átomo permanece neutro, su masa cambia. Estas variaciones de elementos químicos suelen denominarse isótopos.
¿Es un átomo siempre neutro?
No, el número de electrones en un átomo no siempre es igual al número de protones. Si no se pudiera “quitar” temporalmente uno o dos electrones de un átomo, no existiría el galvanismo. Un átomo, como cualquier materia, puede verse influenciado.
Bajo la influencia de un lo suficientemente fuerte campo eléctrico Uno o más electrones pueden "alejarse" de la capa exterior del átomo. En este caso, la partícula de una sustancia deja de ser neutra y se llama ion. Puede moverse en un ambiente gaseoso o líquido, transportando carga eléctrica de un electrodo a otro. De esta forma, la carga eléctrica se almacena en las baterías y también se aplican finas películas de algunos metales a las superficies de otros (dorado, plateado, cromado, niquelado, etc.).
La cantidad de electrones también es inestable en los metales, conductores de corriente eléctrica. Los electrones de las capas exteriores parecen viajar de un átomo a otro, transfiriendo energía eléctrica a lo largo del conductor.
A la pregunta Cómo calcular el número de electrones en órbitas (o como se les llama en ruso) del autor ¡PEQUEÑO sobrio y malvado! la mejor respuesta es El número máximo de electrones en 1 orbital (nube de electrones) es 2. Los orbitales que son similares en tamaño y energía forman subniveles, el número máximo de electrones en ellos: subnivel s - 2, subnivel p - 6, subnivel d - 10, subnivel f - 14 (los orbitales en el subnivel son correspondientemente 2 veces menos). Los subniveles que están cerca en energía forman NIVELES DE ENERGÍA o CAPAS ELECTRÓNICAS (aparentemente, estos son sobre los que estás preguntando). Número máximo de electrones por niveles de energía: 1º - 2, 2º - 8, 3º - 18, 4º y siguientes - 32. LA CAPA ELECTRÓNICA EXTERNA DE UN ÁTOMO NO PUEDE TENER MÁS DE 8 ELECTRONES.
El número total de electrones en todas las capas de electrones es igual a la carga del núcleo (el número atómico del elemento). El número de capas electrónicas de un átomo es igual al número del período en el que se encuentra este elemento. El llenado de una nueva capa de electrones comienza después de que se llenan los orbitales s y p de la capa anterior.
Los orbitales d de la capa anterior se llenan después de que se llenan los orbitales s de la siguiente capa, y después de estos orbitales d se llena el subnivel p externo. los orbitales f están llenos solo en lantánidos y actínidos (2 filas de 14 elementos en la parte inferior de la tabla periódica); El subnivel f de la tercera capa exterior de electrones se llena después de que se llenen el subnivel s de la capa exterior (2 electrones) y 1 electrón en el subnivel d de la capa anterior. Después de llenar el tercer subnivel f exterior, continúa el llenado del segundo subnivel d exterior (década insertada) y luego se llena el subnivel p de la capa exterior.
Por ejemplo, el vanadio V es el elemento 5 del grupo 4 del período. Tiene niveles 1 (2 electrones) y 2 (8 electrones) llenos, en el tercer nivel, subniveles s y p (es decir, 8 electrones), luego el subnivel s se llena con 4 capas (2 electrones), y luego - subnivel d 3 capas (3 electrones), es decir, en la tercera capa - 8 + 3 = 11 electrones, y el diagrama electrónico del átomo: V +23)2)8)11)2. + 23 es la carga del núcleo (número ordinal; 2 + 8 + 11 + 2 = 23 - el número de electrones es igual al número ordinal (esto es un control). Cómo averiguar el número de electrones d: cada período comienza con 2 elementos cuyo subnivel s exterior está lleno (en el cuarto período estos son K y Ca - elementos de los grupos 1 y 2), luego, para 10 elementos (década insertada) se llena el subnivel d anterior - 1 electrón cada uno (en el cuarto período, de Sc a Zn. Considere: el vanadio está en el subgrupo lateral (es decir, el elemento d), este es el quinto elemento del cuarto período, tiene 5 - 2 = 3 electrones d en el). capa anterior (tercera) (es decir, es la tercera en la década insertada).
Para los elementos de los subgrupos laterales de los grupos 1 y 6, se observa un "salto" de 1 electrón s externo al subnivel d anterior: surge un estado energéticamente más favorable cuando el subnivel d se llena por completo o hasta la mitad. Por ejemplo, el cobre Cu en lugar de...3d9 4s2 tendrá una configuración electrónica...3d10 4s1.