Что такое электроны в химии

Что такое электроны в химии

Из курса химии средней школы вы знаете, что атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро состоит из нуклонов — протонов и нейтронов, электронная оболочка — из электронов. Эти частицы называются элементарными.

В целом атом электронейтрален, так как заряды ядра и электронной оболочки компенсируют друг друга: число протонов в ядре равно числу электронов в электронной оболочке.

Таблица 1. Основные характеристики элементарных частиц

* Величина заряда электрона и протона равна `1,60*10^(-19)` Кл.

Масса атома в основном сосредоточена в ядре и определяется суммой масс протонов и нейтронов, т. к. электроны из-за своей малой массы на эту величину практически не влияют.

Сумма масс протонов и нейтронов называется массовым числом. При обозначении элемента она ставится как левый верхний индекс: $$ <>_<>^\mathrm$$.

Заряд ядра

важнейшая характеристика атома, лежащая в основе его современного определения.

В Периодической системе Д.И. Менделеева порядковый номер элемента определяется именно зарядом ядра.

При обозначении элемента он ставится как левый нижний индекс.

Изотопы

Атомы с одинаковым зарядом ядра могут иметь разное количество нейтронов, то есть разные массы. Разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массы, называют изотопами.

Изотопы одного и того же элемента имеют одинаковые химические свойства, так как масса атома не играет существенной роли непосредственно в формировании этих свойств.

# Электрон

Электрон — это стабильная отрицательно заряженная элементарная частица. Является одной из основных структурных единиц вещества, поскольку из электронов формируются оболочки атомов, строение которых определяет большинство оптических, электрических, магнитных, механических и химических свойств вещества. Название «электрон» происходит от греческого слова ἤλεκτρον, означающего «янтарь»: в древней Греции естествоиспытатели терли шерстью куски янтаря, после чего те начинали притягивать к себе мелкие предметы. Он обладает спином ½ и потому классифицируется как фермион. По этой же причине входит в семейство лептонов, поскольку участвует во всех известных взаимодействиях (электромагнитное, слабое и гравитационное), кроме сильного. Наравне со своей античастицей — позитроном — электрон является стабильным. Электрон был открыт Джозефом Джоном Томсоном в 1897 году, однако подозрения о его существовании возникли несколько раньше. Фарадей в опытах по электролизу еще в начале XIX века получил первые указания на то, что электричество не является непрерывным потоком, а переносится дискретными порциями. В XX веке свойства электрона были довольно быстро установлены тогдашними корифеями квантовой механики, начиная с Нильса Бора, который в 1913 году попытался описать поведение электрона в своей модели атома, и заканчивая выводом о наличии у него спина (1925 год) и волновым уравнением Дирака для электрона (ведь согласно принципу Паули электрон, как и любая другая элементарная частица, является и частицей, и волной). Изображение: Атом водорода/Wikimedia Commons

Десять лет истории науки: полярное сияние у вас дома
156 лет назад родился ученый, объяснивший природу полярного сияния
13 декабря 2023, 09:00
Для экситонов описали новый физический эффект
25 января 2021, 13:33
Сверхизлучающие сгустки электронов породили излучение Вавилова — Черенкова
28 декабря 2020, 17:07
Движение фотонов и электронов в графене описали одним законом
02 декабря 2020, 10:54
В России создали новый детектор для наблюдения за Солнцем
05 октября 2020, 15:35
Создан новый метод для изучения сверхтяжелых элементов
22 августа 2020, 16:57
Лазерно-плазменный ускоритель проработал больше суток
20 августа 2020, 13:23
Новая математическая модель описала поведение спина электрона
16 августа 2020, 18:44
В полупроводнике обнаружили следы «безмассовых» электронов Дирака
11 августа 2020, 16:02
Физики предложили новый метод анализа движения ядер и электронов
22 мая 2020, 20:49
Ученые впервые смогли увидеть кристаллы Паули
20 мая 2020, 18:08
Терагерцовое излучение помогло ускорить токи в сверхпроводниках
20 мая 2020, 13:43

• Новости
• События
• Фото дня
• Цифровая энциклопедия
• Дискуссионный клуб
• Открытия российских ученых

Indicator, 2024 г. 18+

Нашли опечатку? Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Все права защищены. Полное или частичное копирование материалов Сайта в коммерческих целях разрешено только с письменного разрешения владельца Сайта. В случае обнаружения нарушений, виновные лица могут быть привлечены к ответственности в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.

Что такое электроны в химии

Атомы — мельчайшие частицы вещества.
Если увеличить до размеров Земного шара яблоко средней величины, то атомы станут размером всего лишь с яблоко. Несмотря на столь малые размеры, атом состоит из еще более мелких физических частиц.
Со строением атома вы должны быть уже знакомы из школьного курса физики. И все-таки напомним, что в составе атома есть ядро и электроны, которые вращаются вокруг ядра так быстро, что становятся неразличимыми — образуют «электронное облако», или электронную оболочку атома.

Электроны принято обозначать так: e − . Электроны e − очень легкие, почти невесомые, но зато имеют отрицательный электрический заряд. Он равен −1. Электрический ток, которым все мы пользуемся — это поток электронов, бегущий в проводах.

Ядро атома, в котором сосредоточена почти вся его масса, состоит из частиц двух сортов — нейтронов и протонов.

Нейтроны обозначают так: n 0 , а протоны так: p + .
По массе нейтроны и протоны почти одинаковы — 1,675 · 10 −24 г и 1,673 · 10 −24 г.
Правда, считать массу таких маленьких частиц в граммах очень неудобно, поэтому ее выражают в углеродных единицах, каждая из которых равна 1,673 · 10 −24 г.
Для каждой частицы получают относительную атомную массу, равную частному от деления массы атома (в граммах) на массу углеродной единицы. Относительные атомные массы протона и нейтрона равны 1, а вот заряд у протонов положительный и равен +1, в то время как у нейтронов заряда нет.

• Первое условие: каждому виду атомов соответствует свой собственный набор «деталей» — элементарных частиц. Например, в атоме водорода обязательно будет ядро с положительным зарядом +1, значит, в нем непременно должен быть один протон (и не больше).
  В атоме водорода могут быть и нейтроны. Об этом — в следующем параграфе.
  Атом кислорода (порядковый номер в Периодической системе равен 8) будет иметь ядро, заряженное восемью положительными зарядами (+8), — значит, там восемь протонов. Поскольку масса атома кислорода равна 16 относительных единиц, чтобы получить ядро кислорода, добавим еще 8 нейтронов.
• Второе условие состоит в том, чтобы каждый атом оказался электронейтральным. Для этого в нем должно быть электронов столько, чтобы уравновесить заряд ядра. Иначе говоря, число электронов в атоме равно числу протонов в его ядре, а также порядковому номеру этого элемента в Периодической системе.

Задание 10 . Определите состав атомов
При ответе рекомендуется использовать Таблицу Менделеева.

Что такое электроны в химии

ЭЛЕКТРОН (символ е — , е), стабильная элементарная частица с наименьшим отрицат. электрич. зарядом. Абс. величина заряда электрона e= 1,6021892 x 10 -19 Кл, или 4,803242 x 10 -10 ед. СГСЕ. Масса покоя электрона т_е = 9,109534 x 10 -28 г. Спин электрона равен( -постоянная Планка); система электронов подчиняется статистике Ферми — Дирака (см. Статистическая термодинамика). Магн. момент электрона, связанный с его спином, равен -1,00116, где магнетон Бора.
Э лектрон- первая элементарная частица, открытая в физике (Дж. Дж. Томсон, 1897); соответствующая ему античастица -позитрон е + — была открыта в 1932. Электрон относится к классу лептонов, т. е. частиц, не проявляющих сильного взаимодействия, в то же время он участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях (см. Элементарные частицы). Электроны могут возникать при распаде отрицательно заряженного мюона,-распаде, др. р-циях элементарных частиц. Примером р-ций с превращением электрона может служить аннигиляция электрона и позитрона с образованием двух -квантов:
В классич. электродинамике электрон рассматривается как частица, движение к-рой подчиняется ур-ниям Лоренца-Максвелла. Сформулировать понятие «размер электрона» можно лишь условно, хотя величину r₀ = е 2 /т_ес 2 и принято наз. классич. радиусом электрона. Описание поведения электрона в потенц. полях, отвечающее эксперим. данным, удалось дать лишь на базе квантовой теории, согласно к-рой движение электрона подчиняется ур-нию Шрёдингера для нерелятивистских явлений и ур-нию Дирака для релятивистских (см. Квантовая механика). Вычисляемые в релятивистской квантовой теории характеристики электрона, напр. магн. момент, с чрезвычайно высокой точностью совпадают с их эксперим. значениями.
Э лектрон входят в состав всех атомов и молекул; они определяют многие оптич., электрич., магн. и хим. св-ва в-ва. Удаление электрона из нейтрального атома или молекулы на бесконечность приводит к появлению положит. иона; присоединение электрона- к отрицат. иону; миним. энергия, необходимая для удаления электрона либо выделяющаяся при присоединении электрона,- важная характеристика частицы, определяющая ее окислит.-восстановит. способность (см. Потенциал ионизации, Сродство к электрону).

В химии с электроном связывают образование разл. квантовых состояний молекул. Согласно адиабатическому приближению электроны молекулы движутся в фиксир. поле ядер, к-рое считается внешним по отношению к системе электронов. Возникновение хим. связи между атомами обусловлено более сильным понижением электронной энергии системы при сближении атомов по сравнению с увеличением энергии отталкивания ядер. Анализ энергии системы электронов при разл. геом. конфигурациях ядер (см. Поверхность потенциальной энергии)позволяет судить о наиб. стабильных (равновесных) конфигурациях молекул, относит. стабильности разл. конформеров, колебат.-вращат. уровнях для каждого из электронных состояний и, что весьма важно,- о возможных путях и механизмах превращений хим. соед. (см. Реакционная способность). Распределение электронной плотности в в-вах — реагентах и изменение этого распределения при хим. взаимод. учитывается при изучении динамики элементарного акта р-ции.
Ценную информацию о строении молекул в разл. квантовых состояниях дает изучение углового распределения электронов, выбиваемых из молекул при разл. физ. воздействиях, напр. при облучении квантами достаточно высокой энергии либо при столкновениях с электронами (см. Фотоэлектронная спектроскопия). Наличие у электрона спина, приводящее к существованию электронных состояний молекул разл. мультиплетности, и связанного со спином магн. момента позволяет изучать расщепление мультиплетных состояний в магн. поле (см. Электронный парамагнитный резонанс). Со спином электрона связаны и различие св-в диа- и парамагнетиков в магн. поле, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и т.д. Св-ва мн. материалов, в частности металлов и им подобных соед., определяются системой электронов, образующих своего рода электронный газ (см. Металлическая связь). С коллективными состояниями системы электронов связано возникновение сверхпроводящего состояния в-ва (см. Сверхпроводники). Управляемые потоки электронов широко используют в технике, напр. в вакуумной электронике, а создаваемые в ускорителях потоки электронов высокой энергии — в исследованиях пов-сти твердых тел. В конденсир. среде электрон может быть захвачен молекулами среды и существовать в таком состоянии длительное время, напр. в р-рах щелочных металлов в аммиаке в отсутствие кислорода — в течение неск. месяцев (см. Сольватированный электрон).

Лит.: Андерсон Д., Открытие электрона, пер. с англ., М., 1968; Т оме он Г. П., «Успехи физ. наук», 1968, т. 94, в. 2, с. 361-70; Бейзер А., Основные представления современной физики, пер. с англ., М., 1973; Салем Л., Электроны в химических реакциях, пер. с англ., М., 1985; Пономарев Л.И., Под знаком кванта, 2 изд., М., 1989.