Hva er et atomnummer?

Atomnummeret er antall protoner - positivt ladede partikler - i kjernen et atom av et kjemisk element. Elementer skiller seg fra hverandre ved antallet av disse partiklene de har, og derfor har hvert element sitt eget unike atomnummer. De kjemiske egenskapene til et element bestemmes av dets antall elektroner, men i et nøytralt atom er dette det samme som antallet protoner. Atomer kan imidlertid få eller miste elektroner for å danne negativt eller positivt ladede ioner, så atomnummeret er definert som antall protoner, da dette alltid er det samme for et gitt element.

Atomnummer, massenummer og atomvekt

Det er mulig å forveksle disse verdiene, men de er ganske forskjellige fra hverandre. Atomer består av en kjerne som inneholder positivt ladede protoner og elektrisk nøytrale nøytroner, med elektroner som kretser litt på avstand. Protoner og nøytroner er relativt tunge og lik vekt, men elektronene er veldig mye lettere og bidrar veldig lite til vekten til et atom. Massetallet til et atom er antall protoner pluss antall nøytroner og er nesten lik vekten til atomet.

Antall nøytroner i et element kan variere. Former av et element med forskjellige antall nøytroner er kjent som isotoper . For eksempel har den vanligste formen for hydrogen ett proton og ingen nøytroner, men det finnes to andre isotoper av hydrogen, deuterium og tritium, med henholdsvis en og to nøytroner. Naturlig forekommende elementer er ofte blandinger av forskjellige isotoper. Karbon er et annet eksempel, bestående av isotoper med massenummer 12, 13 og 14. Disse har alle seks protoner, men har henholdsvis seks, syv og åtte nøytroner.

Selv om kjemikere fra 1800-tallet hadde etablert gode tilnærminger av atomvektene til de kjente elementene, er de nøyaktige beregningene ikke alltid enkle, på grunn av forekomsten av forskjellige isotoper i forskjellige proporsjoner. Ofte bestemmes atomvekten som et gjennomsnitt, basert på den relative forekomsten av isotoper. Siden noen isotoper er ustabile og endrer seg over tid til andre elementer, kan atomvekter variere og kan være representert som et område, snarere enn en enkelt verdi. Isotoper er vanligvis representert med atomnummeret nede til venstre for det kjemiske symbolet, og massetallet, eller omtrentlig atomvekt, øverst til høyre. For eksempel vil karbon 13 bli vist som 6C13.

Den periodiske tabellen

På 1860-tallet jobbet den russiske kjemikeren Dimitri Mendeleev på et bord med elementene som var kjent på den tiden, og oppførte dem først i rekkefølge av atomvekten og ordnet dem i rader som grupperte elementer med lignende kjemiske egenskaper sammen. Det ble tidligere lagt merke til av andre kjemikere at egenskapene til elementene, når de ble ordnet etter vekt, hadde en tendens til å gjenta seg med mer eller mindre regelmessige intervaller. For eksempel er litium, natrium og kalium alle reaktive metaller som kombineres med ikke-metaller på lignende måter, mens helium, neon og argon alle er fullstendig ureaktive gasser. Av denne grunn ble Mendeleevs liste kjent som det periodiske systemet.

Mendeleevs første utkast fungerte bra, men det var noen få inkonsekvenser. For eksempel, oppført i vektrekkefølge, kom jod før tellur. Problemet var at dette grupperte jod med oksygen, svovel og selen, og tellur med fluor, klor og brom. I henhold til deres kjemiske egenskaper, skulle det motsatte ha vært tilfelle, så før Mendeleev publiserte bordet sitt i 1869 byttet Mendeleev ganske enkelt disse elementene rundt. Først på begynnelsen av 1900-tallet ble imidlertid årsaken til disse uoverensstemmelsene avslørt.

I 1913 etablerte fysikeren HGJ Moseley et forhold mellom bølgelengdene til røntgenstråler produsert av forskjellige elementer og deres sekvens i den periodiske tabellen. Da strukturen til atomet ble avslørt av andre eksperimenter rundt denne tiden, ble det klart at dette forholdet var avhengig av antall protoner i et grunnstoffs kjerner, med andre ord dens atomnummer. Den periodiske tabellen kan deretter bestilles av dette nummeret, og sette de observerte kjemiske egenskapene til elementene på en teoretisk god grunnlag. Enkelte inkonsekvenser i den originale tabellen skyldtes at variasjoner i antall nøytroner noen ganger kan føre til at et element hadde en høyere atomvekt enn et annet element med et høyere atomnummer.

Den moderne periodiske tabellen viser elementene i bokser arrangert i rader og kolonner, med atomnummer stigende langs hver rad. Hver kolonne grupperer elementer med lignende kjemiske egenskaper. Søylene bestemmes av antall og arrangement av elektroner i atomene, som igjen bestemmes av antall protoner. Hver boks inneholder normalt det kjemiske symbolet for elementet, med atomnummeret over.