Атом құрылымы бойынша үлгі сұрақтар: химия негіздерін ашу
Атом құрылымы - химиядағы түсіну үшін өте маңызды негізгі ұғым. Атом - химиялық элементтің сол элементтің қасиеттерін сақтайтын ең кіші бірлігі. Атом құрылымын түсіну бізге заттың физикалық және химиялық қасиеттерін түсінуге көмектеседі. Бұл мақалада біз атом құрылымын тереңірек түсіну үшін бірнеше мысал есептерді және олардың шешімдерін талқылаймыз.
Атом құрылымына кіріспе
Атом құрылымын білу Далтонның атомдық моделінен басталды, онда атомдар одан әрі бөлінбейтін ең кішкентай бөлшектер деп айтылған. Дегенмен, ғылым дамыған сайын бұл тұжырымдама Дж.Дж. Томсонның мейіз пудингі моделі, Резерфордтың атомдық моделі және соңында Шредингер мен Гейзенберг ұсынған кванттық механика моделі сияқты теориялармен дамыды.
Атомдардың негізгі компоненттері
Мысал есептеріне кіріспес бұрын, атомның негізгі компоненттерін түсіну маңызды:
1. Протондар: Атом ядросында орналасқан оң зарядталған бөлшектер.
2. Нейтрондар: Протондармен бірге атом ядросында да болатын бейтарап бөлшектер.
3. Электрондар: белгілі бір орбитальдар бойынша ядроның айналасында қозғалатын теріс зарядталған бөлшектер.
Үлгі сұрақтар және талқылау
1-сұрақ: Протондар, нейтрондар және электрондар санын анықтау
Сұрақ:
Көміртек атомының атомдық нөмірі 6, ал массалық саны 12. Атомдағы протондар, нейтрондар және электрондар санын анықтаңыз.
Талқылау:
Атомдық сан атомдағы протондар санын көрсетеді. Сонымен, көміртек үшін:
– Протондар саны = 6
Атом бейтарап болғандықтан, электрондар саны протондар санына тең болуы керек:
– Электрондар саны = 6
Массалық сан протондар мен нейтрондардың қосындысы болып табылады. Сондықтан,
– Нейтрондар саны = Массалық сан – Протондар саны = 12 – 6 = 6
Сонымен, көміртек атомында 6 протон, 6 нейтрон және 6 электрон бар.
2-сұрақ: Электрондық конфигурация
Сұрақ:
Атомдық нөмірі 8 болатын оттегі атомының электрондық конфигурациясын жазыңыз.
Талқылау:
Электрондардың конфигурациясы Ауфбау принципіне негізделіп анықталады, онда электрондар алдымен ең төменгі энергия деңгейлеріне сәйкес орбитальдарды толтырады делінген. Орбитальдарды толтыру реті келесідей:
1с, 2с, 2п, 3с, 3п, 4с, 3d, 4п, 5с, 4d, 5p, 6с, 4f, 5d, 6p
8-ші атомдық нөмір үшін:
– Алғашқы 2 электрон 1s орбиталын -> 1s² толтырады
– Келесі 2 электрон 2s орбиталын толтырады -> 2s²
– Соңғы 4 электрон 2p орбиталын -> 2p⁴ толтырады
Осылайша, электронды конфигурация 1s² 2s² 2p⁴ құрайды.
3-сұрақ: Изотоптар және салыстырмалы атомдық масса
Сұрақ:
Хлордың екі негізгі изотопы бар: Cl-35 және Cl-37. Егер Cl-35 изотопының мөлшері 75.77%, ал Cl-37 24.23% болса, хлордың салыстырмалы атомдық массасын есептеңіз.
Талқылау:
Хлордың салыстырмалы атомдық массасын (Ar) әрбір изотоптың орташа мөлшерін пайдаланып есептеуге болады:
\[ Ar = (\text{Изотоптың көптігі 1} \times \text{Изотоптың массасы 1}) + (\text{Изотоптың көптігі 2} \times \text{Изотоптың массасы 2}) \]
Молшылықты ондық бөлшек түрінде ауыстырыңыз:
\[ Ar = (0.7577 \35 есе) + (0.2423 \37 есе) \]
\[ Ar = 26.5195 + 8.9651 \]
\[ Ar = 35.4846 \]
Сонымен, хлордың салыстырмалы атомдық массасы шамамен 35.48 құрайды.
4-сұрақ: Иондардағы электрон конфигурациясы
Сұрақ:
Атомдық нөмірі 13 болатын алюминий ионының (Al³⁺) электрондық конфигурациясын жазыңыз.
Талқылау:
Атомдық нөмірі 13 болатын алюминий атомының (Al) электрондық конфигурациясы:
1с² 2с² 2п⁶ 3с² 3п¹
Al³⁺ ионында ең сыртқы орбитальдан 3 электронның жоғалуы орын алады:
– 3p-дегі электрондар, 3s-тен 2.
Сонымен, Al³⁺ үшін электрондық конфигурация:
1с² 2с² 2п⁶
5-сұрақ: Валенттілік электрондары
Сұрақ:
Атомдық нөмірі 15 болатын фосфор (P) атомында қанша валенттік электрон бар?
Талқылау:
Фосфордың (P) электрондық конфигурациясы:
1с² 2с² 2п⁶ 3с² 3п³
Валенттілік электрондары - ең сыртқы қабаттағы электрондар:
– Бұл жағдайда, 3s² 3p³ кезінде.
Валенттілік электрондарының жалпы саны:
2 (3-тен) + 3 (3p-тен) = 5
Сонымен, фосфордың 5 валентті электроны бар.
Қорытынды
Атом құрылымын түсіну протондар, нейтрондар және электрондар сияқты субатомдық бөлшектердің әртүрлі түрлерін және олардың атомдар ішінде орналасуын білуді қамтиды. Талқыланған сұрақтарды жаттықтыру арқылы біз осы негізгі ұғымдарды тереңірек түсіне аламыз. Атом құрылымы химияда ғана емес, сонымен қатар ғылым мен техникадағы күрделі құбылыстарды түсінудің кілті болып табылады.
