Atom i jego budowa
Czy zastanawiasz się nad tym, jak wygląda mikroświat? Jaki jest kształt drobin, które tworzą materię? Czy można je zobaczyć? Czy są kolorowe?
składniki materii;
symbole i nazwy pierwiastków grup i i – układu okresowego.
nazywać poszczególne elementy budulcowe atomu;
określać przestrzeń, w której znajdują się elektrony, protony i neutrony;
stosować pojęcia: nukleony, liczba masowa, liczba atomowa;
określać liczbę: protonów, neutronów, elektronów na podstawie liczby atomowej i liczby masowej;
wykonywać obliczenia z użyciem atomowej jednostki masy.
1. Co to jest atom?
Podstawowymi elementami, z których zbudowana jest materia, są atomyatomy. Substancje tworzące świat materialny składają się z różnych atomów. Mają one masę, objętość i kształt. Każdy pierwiastek składa się z atomów tylko jednego rodzaju: żelazo – z atomów żelaza, a złoto – z atomów złota. Pojedyncze atomy żelaza i złota są zbudowane z tych samych cząstek, tylko inna jest ich liczba. Dlatego różnice te są wystarczające, aby ich zbiory tworzyły pierwiastki o odmiennych właściwościach.
Przyjrzyj się zdjęciom przedstawionym w poniższej galerii interaktywnej.
Niewielkie rozmiary atomów nie pozwalają nam na oglądanie ich w sposób, w jaki przywykliśmy obserwować otaczający nas świat. Obecnie nie dysponujemy urządzeniami, które pozwalałyby nam swobodnie wnikać w głąb każdego rodzaju materii.
Od niedawna możemy jednak w bardzo niskich temperaturach dostrzec cienką warstwę atomów unieruchomionych na powierzchni innych ciał stałych. Pomaga nam w tym przyrząd nazywany skaningowym mikroskopem tunelowym. Na otrzymanych za jego pomocą czarno‑białych obrazach zobaczyliśmy, że atomy mają kształt kulisty, a ich rozmiary są różne i zależą od rodzaju badanego pierwiastka. Już na początku angielski uczony John Dalton (czyt. dżon dalton) twierdził, że atomy tworzące różne pierwiastki są kulami, które różnią się między sobą wielkością.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R12ZilB5KpqDb
Film przedstawia teorie dwóch uczonych: Demokryta z Abdery oraz Johna Daltona na temat budowy materii.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1UMZT1PnpD9B
Film opowiada o skonstruowaniu pierwszego skaningowego mikroskopu tunelowego, a także o możliwościach, jakie ten wynalazek otworzył. Dzięki niemu uzyskano dokładne obrazy wnętrz atomów, możliwe stało się również ich układanie i przemieszczanie.
2. Spoglądamy w głąb atomu
Niemal do końca uważano, że atomy przypominają niewyobrażalnie małe i twarde jak kamień kulki. Dziś już wiemy, że nie są jednorodne i niepodzielne. Okazuje się, że mają złożoną wewnętrzną budowę. W środku każdego atomu, w samym jego centrum, znajduje się jądro atomowejądro atomowe. Poruszające się w różnych kierunkach z dużą szybkością ujemnie naładowane cząstki, zwane elektronamielektronami, tworzą chmurę elektronową. Przestrzeń, którą zajmuje jądro atomowe, jest znacznie mniejsza od przestrzeni zajmowanej przez elektrony – średnica atomu jest około razy większa od średnicy jądra.

Samo jądro atomu ma również złożoną budowę. W jego skład wchodzą dodatnio naładowane cząstki, nazwane protonamiprotonami, oraz cząstki pozbawione ładunku – neutronyneutrony. Protony i neutrony (cząstki znajdujące się w jądrze) określa się jako nukleonynukleony.
Każdy atom jest elektrycznie obojętną drobiną (nie jest obdarzony żadnym ładunkiem). W jego wnętrzu równoważą się ładunki ujemne i dodatnie. Oznacza to, że liczba protonów i liczba elektronów w każdym atomie jest jednakowa.

Liczba neutronów nie ma wpływu na przynależność atomu do danego pierwiastka.

Nazwa | Symbol | Ładunek* | Miejsce w atomie |
---|---|---|---|
elektron | () | -1 | obszar poza jądrem |
proton | () | 1 | jądro atomowe |
neutron | () | 0 | jądro atomowe |
* Ujemny ładunek elektronu i dodatni ładunek protonu mają tę samą wartość bezwzględną (różnią się tylko znakami). Ustalono, że ładunek ujemny elektronu jest elementarnym ładunkiem ujemnym. Zatem proton ma elementarny ładunek dodatni.

Czy składniki atomu są niepodzielne?
Obecny stan wiedzy pozwala nam powiedzieć, że elementarnymi składnikami materii są dwa rodzaje cząstek: leptony i kwarki. Nie wiemy, czy cząstki te mają strukturę wewnętrzną. Elektron należy do leptonów, czyli zgodnie z obecnym stanem wiedzy jest niepodzielny, nie ma wewnętrznej struktury. Z kolei neutrony i protony są zbudowane z kwarków. Znaleziono dowody na istnienie sześciu rodzajów kwarków. Każdemu z nich fizycy nadali angielskie nazwy, nawiązujące bardziej do życia codziennego niż do świata nauki. W języku polskim nazwy te brzmią: górny (u), dolny (d), dziwny (s), powabny (c), niski (spodni) (b), wysoki (t). Nie istnieją one samodzielnie w przyrodzie, jak tylko w grupie, tworząc inne cząstki. Dwa z nich (górny i dolny) biorą udział w tworzeniu nukleonów.

3. Opisujemy atomy
Aby opisać atom, należy podać liczby protonów (lub elektronów) i neutronów, wchodzących w jego skład.
Spróbuj przedstawić na różne sposoby budowę atomu helu, który zawiera dwa elektrony oraz dwa protony i dwa neutrony w jądrze atomowym. Technika prezentacji jest dowolna.
Atomy można opisywać na różne sposoby – da się je narysować, scharakteryzować słownie bądź również przedstawić w tabeli. Choć istnieje wiele sposobów prezentacji budowy atomu, chemicy wykorzystują tylko jeden – opisują atomy za pomocą dwóch liczb: atomowej i masowej.
Liczba atomowa ()Liczba atomowa () to liczba protonów w jądrze, natomiast liczba masowa ()liczba masowa () to liczba nukleonów (suma protonów i neutronów).
Liczby te umieszcza się w odpowiedniej kolejności i w konkretnym miejscu przy symbolu pierwiastka. Z lewej strony symbolu w indeksie górnym umieszcza się liczbę masową , a w indeksie dolnym – liczbę atomową .

Nazwa pierwiastka | Symbol pierwiastka | Liczba protonów w jądrze | Liczba neutronów w jądrze | Liczba elektronów | Liczba masowa | Liczba atomowa | Zapis |
---|---|---|---|---|---|---|---|
wodór | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||
tlen | 8 | 8 | 8 | 16 | 8 | ||
wapń | 20 | 20 | 20 | 40 | 20 | ||
srebro | 47 | 60 | 47 | 107 | 47 |
4. Jak duże są atomy pierwiastków i jaka jest ich masa? Jak możemy wyrażać masę atomów pierwiastków?
Znane są rozmiary i masy atomów. Średnice atomów to wielkości rzędu miliardowej części metra (), a ich masy stanowią niewyobrażalnie małą część grama
(). Atomy, które należą do innych pierwiastków, różnią się pod względem masy i wielkości.
Najlżejszy z nich, atom wodoru, ma masę około
( ), a jego promień wynosi
( ).
Najcięższy z istniejących na Ziemi atomów – atom uranu – ma masę
( ), a jego promień wynosi
( ).
W codziennej pracy chemik rzadko wykorzystuje wiedzę dotyczącą wielkości atomów, natomiast częściej bierze pod uwagę ich masę. W tym wypadku posługiwanie się wielkościami, które mają małe wartości, jest bardzo niewygodne. Dokonywanie operacji matematycznych na tak małych liczbach może prowadzić do pomyłki i otrzymania niewłaściwego wyniku. Dlatego chemicy w opisie masy atomów posługują się wielkością zwaną atomową jednostką masyatomową jednostką masy lub unitem, co oznaczają symbolem u. Wartość tej jednostki wynosi
().
Masa atomu pierwiastka, którą wyrazimy za pomocą wspomnianej jednostki, nazywa się masą atomową.
Masa atomowa wodoru wynosi około , co oznacza, że rzeczywista masa atomu wodoru jest równa liczbowo jednemu unitowi, czyli
().

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RLBOsyX3B8R1e
Film prezentuje proces obliczania masy atomowej helu, na podstawie masy podanej w gramach. Film nie posiada lektora oraz napisów. Slajd Napis - treść zadania: Wyraź masę atomu helu w atomowych jednostkach masy, jeśli masa atomu helu wyrażona w gramach wynosi:Slajd Po lewej stronie jest zielony kwadrat z symbolem helu na środku. W lewym dolnym rogu symbolu zapisana jest liczba atomowa . W prawym górnym rogu kwadratu jest zapisana liczba masowa wynosząca . W prawej części slajdu jest rozwiązanie zadania. Napis: To wiemy: <math aria‑label="jeden unit">
Oblicz, ile wynosi masa atomu kobaltu, wyrażona w atomowych jednostkach masy, jeżeli masa atomu kobaltu w gramach wynosi .
w unitach) – zadanie

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1BABjP6rpArM
w unitach) – zadanie
Nagranie prezentujące proces obliczania masy atomów węgla w gramach, na podstawie masy atomowej. Film nie posiada lektora oraz napisów. Slajd Oblicz, jaka jest masa (jednego) atomu węgla wyrażona w gramach, jeśli jego masa atomowa wynosi 12 u. Slajd Po lewej stronie jest symbol węgla – . W lewym dolnym rogu jest liczba atomowa , natomiast w górnym rogu jest liczba masowa o wartości . Po prawej stronie zapis: To wiemy: 1 u równa się Slajd Masa atomowa węgla równa się 12 u. Slajd Aby obliczyć masę atomu węgla wyrażoną w gramach, należy jego masę atomową <math aria‑label="dwanaście unitów">
Oblicz, ile wynosi masa atomu wapnia, wyrażona w gramach, jeżeli masa atomu wapnia w atomowych jednostkach masy wynosi .
Masę cząstek subatomowych można także wyrazić w atomowych jednostkach masy. Okazuje się, że masy protonu i neutronu są równe około . Masa elektronu jest znacznie mniejsza od masy protonu i neutronu.
Nazwa | Symbol | Ładunek | Masa [u] |
---|---|---|---|
elektron | () | -1 | |
proton | () | 1 | 1 |
neutron | () | 0 | 1 |
Należy wyraźnie podkreślić, że mimo bardzo małych rozmiarów jądra w stosunku do całego atomu, jest ono bardzo ciężkie. Skupia aż masy całego atomu.
Podsumowanie
Podstawowym elementem, który buduje materię, jest atom.
Atom jest zbudowany z jądra i poruszających się wokół niego elektronów (ujemnie naładowanych cząstek).
Jądro atomowe zajmuje centrum atomu i składa się z nukleonów, którymi są protony (cząstki o ładunku dodatnim) i neutrony (cząstki, które nie posiadają ładunku elektrycznego).
W jądrze atomowym jest skupiona prawie cała masa atomu.
Liczba elektronów i protonów w atomie jest jednakowa.
Atomy opisuje się za pomocą liczby masowej () i liczby atomowej () – .
Liczba atomowa opisuje, ile protonów tworzy jądro atomowe i ile elektronów znajduje się w chmurze elektronowej.
Liczba masowa to suma liczby protonów i liczby neutronów w jądrze atomu.
Jednostką masy atomowej jest unit [], a jego wartość wynosi .
Wyjaśnij, dlaczego nie można zobaczyć atomów za pomocą mikroskopu optycznego.
Słownik
najmniejsza część pierwiastka chemicznego, zachowująca jego właściwości
trwała cząstka elementarna o ładunku ujemnym (elementarnym ładunku ujemnym); składnik atomu, zajmuje obszar w przestrzeni wokół jądra
centralna część atomu, zbudowana z jednego lub więcej protonów i neutronów (nie wszystkie jądra atomowe zawierają neutrony, np. ); stanowi niewielką część objętości całego atomu, ale w jądrze skupiona jest prawie cała masa atomu
liczba protonów w jądrze atomowym (równa liczbie elektronów)
liczba nukleonów, równa sumie liczby protonów i liczby neutronów
atomowa jednostka masy, unit []; jednostka masy, wykorzystywana do określania względnych mas atomów (tzw. mas atomowych), liczbowo równa
cząstka bez ładunku elektrycznego, składnik jądra atomowego
składniki jądra atomowego; zaliczają się do nich protony i neutrony
zbiór atomów o jednakowej liczbie protonów w jądrze
cząstka o elementarnym ładunku dodatnim, składnik jądra atomowego
Ćwiczenia
Uzupełnij zdania przeciagając elementy z listy.
jednakową, pierwiastek, Nie każdy, różną, neutronów, protonów, atom, Każdy, woda
...................... rodzaj materii zbudowany jest z drobin. Podstawowym elementem budowy materii jest ....................... Atomy należące do tego samego pierwiastka mają zawsze ...................... liczbę .......................
Dopasuj do nazwisk znanych postaci opisy dokonanych przez nich odkryć. Przeciagnij pasujące sformułowania we właściwe miejsce.
Twierdził, że wszystkie atomy są kuliste., Był przekonany, że materia składa się z atomów, które są nie tylko różnej wielkości, ale i różnych kształtów., Użył po raz pierwszy pojęcia atom do opisu budowy materii., Uważany jest za twórcę naukowej atomistyki.
John Dalton | |
---|---|
Demokryt z Abdery |
Obejrzyj poniższy schemat i wskaż miejsca przebywania w atomie wymienionych cząstek. Wpisz odpowiednią literę w polach poniżej.

Uzupełnij poniższe zdanie.
Poniżej znajdują się różne opisy atomów pierwiastków:
1. Atom zawiera 16 protonów w jądrze i identyczną liczbę elektronów w przestrzeni wokół jądrowej.
2. W jądrze atomu znajduje się osiem protonów, a jego liczba A wynosi 16.
3. Liczba Z atomu ma wartość 16, a liczba nukleonów jest równa 32.
4.
Wskaż, które z nich przedstawiają te same atomy.
- 1, 3
- 1, 2
- 1, 4
- 2, 3
- 2, 4
- 3, 4
Oblicz masę atomu siarki wyrażoną w gramach, jeśli jego masa atomowa wynosi 32 u.
Wyraź masę atomu azotu w unitach, jeśli jego masa wyrażona w gramach wynosi .
- 14 u
- 4 u
- 7 u
liczba protonów: 1. 4, 2. 10, 3. 7, 4. 4, 5. 7, 6. 6, 7. 3, 8. 3, 9. 5, 10. 3
liczba neutronów: 1. 4, 2. 10, 3. 7, 4. 4, 5. 7, 6. 6, 7. 3, 8. 3, 9. 5, 10. 3
liczba masowa: 1. 4, 2. 10, 3. 7, 4. 4, 5. 7, 6. 6, 7. 3, 8. 3, 9. 5, 10. 3
liczba atomowa: 1. 4, 2. 10, 3. 7, 4. 4, 5. 7, 6. 6, 7. 3, 8. 3, 9. 5, 10. 3
Bibliografia
Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.
Łasiński D., Sporny Ł., Strutyńska D., Wróblewski P., Podręcznik dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Kielce 2020.