Co to jest liczba atomowa?
Liczba atomowa to liczba protonów - dodatnio naładowanych cząstek - w jądrze atom pierwiastka chemicznego. Pierwiastki różnią się między sobą liczbą cząstek, które mają, a zatem każdy pierwiastek ma swoją unikalną liczbę atomową. Właściwości chemiczne pierwiastka są określone przez jego liczbę elektronów, ale w obojętnym atomie jest to taka sama jak liczba protonów. Atomy mogą jednak zyskiwać lub tracić elektrony, tworząc jony ujemnie lub dodatnio naładowane, więc liczbę atomową definiuje się jako liczbę protonów, ponieważ jest ona zawsze taka sama dla danego pierwiastka.
Liczba atomowa, liczba masowa i masa atomowa
Można pomylić te wartości, ale różnią się one od siebie. Atomy składają się z jądra zawierającego dodatnio naładowane protony i elektrycznie obojętne neutrony, z elektronami krążącymi w pewnej odległości. Protony i neutrony są stosunkowo ciężkie i podobne pod względem masy, ale elektrony są znacznie lżejsze i w niewielkim stopniu przyczyniają się do masy atomu. Masowa liczba atomów to liczba protonów plus liczba neutronów i jest prawie równa masie atomu.
Liczba neutronów w elemencie może się różnić. Formy pierwiastków o różnej liczbie neutronów są znane jako izotopy . Na przykład najczęstsza postać wodoru ma jeden proton i nie ma neutronów, ale istnieją dwa inne izotopy wodoru, deuter i tryt, odpowiednio z jednym i dwoma neutronami. Naturalnie występujące pierwiastki są często mieszaninami różnych izotopów. Węgiel jest kolejnym przykładem, składającym się z izotopów o liczbach mas 12, 13 i 14. Wszystkie one mają sześć protonów, ale mają odpowiednio sześć, siedem i osiem neutronów.
Chociaż dziewiętnastowieczni chemicy ustalili dobre przybliżenia mas atomowych znanych pierwiastków, dokładne obliczenia nie zawsze są proste, ze względu na występowanie różnych izotopów w różnych proporcjach. Często masę atomową określa się jako średnią na podstawie względnej ilości izotopów. Ponieważ niektóre izotopy są niestabilne, zmieniając się w czasie w inne pierwiastki, masy atomowe mogą się różnić i mogą być reprezentowane jako zakres, a nie jako pojedyncza wartość. Izotopy są zwykle przedstawiane za pomocą liczby atomowej w lewym dolnym rogu symbolu chemicznego i liczby masowej lub przybliżonej masy atomowej w prawym górnym rogu. Na przykład węgiel 13 byłby pokazany jako 6C13 .
Tabela okresowa
W latach 60. XIX wieku rosyjski chemik Dimitri Mendelejew pracował nad tabelą pierwiastków znanych w tym czasie, początkowo wymieniając je według masy atomowej i układając je w rzędy, które grupowały pierwiastki o podobnych właściwościach chemicznych. Wcześniej inni chemicy zauważyli, że właściwości pierwiastków, gdy są uporządkowane wagowo, zwykle powtarzają się w mniej więcej regularnych odstępach czasu. Na przykład lit, sód i potas są metalami reaktywnymi, które łączą się z niemetalami w podobny sposób, podczas gdy hel, neon i argon są całkowicie niereaktywnymi gazami. Z tego powodu lista Mendelejewa stała się znana jako układ okresowy.
Pierwszy szkic Mendelejewa działał dobrze, ale było kilka niespójności. Na przykład, w kolejności wagowej, jod pojawił się przed tellurem. Problem polegał na tym, że zgrupowano jod z tlenem, siarką i selenem, a tellur z fluorem, chlorem i bromem. Zgodnie z ich właściwościami chemicznymi powinno być odwrotnie, więc przed opublikowaniem swojego stołu w 1869 r. Mendelejew po prostu zamienił te pierwiastki. Jednak dopiero na początku XX wieku ujawniono przyczynę tych niespójności.
W 1913 roku fizyk HGJ Moseley ustalił zależność między długościami fal promieniowania rentgenowskiego wytwarzanego przez różne pierwiastki a ich kolejnością w układzie okresowym pierwiastków. Gdy struktura atomu została ujawniona w innych eksperymentach w tym czasie, stało się jasne, że zależność ta zależy od liczby protonów w jądrze pierwiastka, innymi słowy od jego liczby atomowej. Układ okresowy można by następnie uporządkować według tej liczby, stawiając obserwowane właściwości chemiczne pierwiastków na solidnych podstawach teoretycznych. Sporadyczne niespójności w oryginalnej tabeli wynikały z faktu, że zmiany liczby neutronów mogą czasami powodować, że pierwiastek ma wyższą masę atomową niż inny pierwiastek o wyższej liczbie atomowej.
Nowoczesny układ okresowy pokazuje elementy w polach ułożonych w rzędy i kolumny, z liczbą atomową rosnącą wzdłuż każdego rzędu. Każda kolumna grupuje elementy o podobnych właściwościach chemicznych. Kolumny zależą od liczby i rozmieszczenia elektronów w atomach, co z kolei zależy od liczby protonów. Każde pudełko zwykle zawiera symbol chemiczny pierwiastka, z liczbą atomową powyżej.