Что такое атомный номер?

Атомный номер - это число протонов - положительно заряженных частиц - в ядре атома химического элемента. Элементы отличаются друг от друга количеством этих частиц, и каждый элемент имеет свой уникальный атомный номер. Химические свойства элемента определяются его количеством электронов, но в нейтральном атоме это то же самое, что и число протонов. Однако атомы могут приобретать или терять электроны, образуя отрицательно или положительно заряженные ионы, поэтому атомный номер определяется как число протонов, поскольку оно всегда одинаково для данного элемента.

Атомный номер, массовое число и атомный вес

Можно спутать эти значения, но они довольно сильно отличаются друг от друга. Атомы состоят из ядра, содержащего положительно заряженные протоны и электрически нейтральные нейтроны, причем электроны вращаются на некотором расстоянии. Протоны и нейтроны относительно тяжелы и схожи по весу, но электроны намного легче и вносят очень небольшой вклад в вес атома. Массовое число атома - это число протонов плюс число нейтронов и почти равно весу атома.

Количество нейтронов в элементе может варьироваться. Формы элемента с различным числом нейтронов известны как изотопы . Например, самая распространенная форма водорода имеет один протон и не имеет нейтронов, но существуют два других изотопа водорода, дейтерий и тритий, с одним и двумя нейтронами соответственно. Встречающиеся в природе элементы часто представляют собой смеси различных изотопов. Углерод является еще одним примером, состоящим из изотопов с массовыми числами 12, 13 и 14. Все они имеют шесть протонов, но имеют шесть, семь и восемь нейтронов соответственно.

Хотя химики 19-го века установили хорошие приближения атомных весов известных элементов, точные вычисления не всегда просты из-за появления различных изотопов в различных пропорциях. Часто атомный вес определяется как среднее значение, основанное на относительном содержании изотопов. Поскольку некоторые изотопы нестабильны, изменяются со временем на другие элементы, атомные веса могут изменяться и могут быть представлены как диапазон, а не как одно значение. Изотопы обычно представлены с атомным номером в левом нижнем углу химического символа, и массовое число, или приблизительный атомный вес, в правом верхнем углу. Например, углерод 13 будет показан как ₆ C ¹³ .

Периодическая таблица

В 1860-х годах русский химик Дмитрий Менделеев работал над таблицей элементов, известных в то время, первоначально перечисляя их в порядке атомного веса и упорядочивая их в ряды, которые группировали элементы с одинаковыми химическими свойствами. Ранее другими химиками было замечено, что свойства элементов, упорядоченные по весу, имеют тенденцию повторяться с более или менее регулярными интервалами. Например, литий, натрий и калий являются химически активными металлами, которые сходным образом соединяются с неметаллами, в то время как гелий, неон и аргон являются абсолютно нереакционноспособными газами. По этой причине список Менделеева стал называться периодической таблицей.

Первый набросок Менделеева сработал хорошо, но было несколько несоответствий. Например, в указанном порядке веса йод появился раньше, чем теллур. Проблема заключалась в том, что это сгруппировало йод с кислородом, серой и селеном, а теллур с фтором, хлором и бромом. В соответствии с их химическими свойствами, обратное должно было иметь место, поэтому перед публикацией своей таблицы в 1869 году Менделеев просто поменял местами эти элементы. Однако только в начале 20-го века причина этих несоответствий была раскрыта.

В 1913 году физик Г. Г. Мозли установил связь между длинами волн рентгеновских лучей, создаваемых различными элементами, и их последовательностью в периодической таблице. Поскольку структура атома была обнаружена другими экспериментами в это время, стало ясно, что эта зависимость зависит от количества протонов в ядре элемента, иными словами, от его атомного номера. Периодическая таблица может затем быть упорядочена по этому номеру, что дает наблюдаемые химические свойства элементов на обоснованной теоретической основе Случайные несоответствия в исходной таблице были вызваны тем фактом, что вариации числа нейтронов могут иногда приводить к тому, что элемент имеет более высокий атомный вес, чем другой элемент с более высоким атомным номером.

Современная периодическая таблица показывает элементы в ящиках, расположенных в строки и столбцы, с атомным номером, возрастающим вдоль каждой строки. Каждый столбец группирует элементы с одинаковыми химическими свойствами. Столбцы определяются количеством и расположением электронов в атомах, что, в свою очередь, определяется количеством протонов. Каждая коробка обычно содержит химический символ для элемента с атомным номером выше.