Vad är ett atomnummer?
Atomnumret är antalet protoner - positivt laddade partiklar - i kärnan en atom av ett kemiskt element. Element skiljer sig från varandra genom antalet partiklar de har, och så har varje element sitt eget unika atomnummer. De kemiska egenskaperna hos ett element bestäms av dess antal elektroner, men i en neutral atom är det samma som antalet protoner. Atomer kan emellertid vinna eller förlora elektroner för att bilda negativt eller positivt laddade joner, så atomenumret definieras som antalet protoner, eftersom det alltid är detsamma för ett givet element.
Atomnummer, massantal och atomenvikt
Det är möjligt att förvirra dessa värden, men de skiljer sig helt från varandra. Atomer består av en kärna som innehåller positivt laddade protoner och elektriskt neutrala neutroner, med elektroner som kretsar runt ett avstånd. Protoner och neutroner är relativt tunga och liknar i vikt, men elektroner är väldigt lättare och bidrar mycket lite till en atom. En atoms massantal är antalet protoner plus antalet neutroner och är nästan lika med atomens vikt.
Antalet neutroner i ett element kan variera. Former av ett element med olika antal neutroner kallas isotoper . Till exempel har den vanligaste väteformen en proton och inga neutroner, men två andra isotoper av väte finns, deuterium och tritium, med en respektive två neutroner. Naturligt förekommande element är ofta blandningar av olika isotoper. Kol är ett annat exempel, som består av isotoper med massan 12, 13 och 14. Dessa har alla sex protoner, men har sex, sju respektive åtta neutroner.
Även om kemister från 1800-talet hade upprättat goda tillnärmningar av atomvikterna hos de kända elementen, är de exakta beräkningarna inte alltid raka, på grund av förekomsten av olika isotoper i olika proportioner. Ofta bestäms atomvikten som ett genomsnitt, baserat på det relativa överflödet av isotoper. Eftersom vissa isotoper är instabila och med tiden ändras till andra element, kan atomvikter variera och kan representeras som ett intervall, snarare som ett enda värde. Isotoper representeras vanligtvis med atomnumret längst ner till vänster på den kemiska symbolen och massantalet, eller ungefärligt atomvikt, längst upp till höger. Exempelvis skulle kol 13 visas som 6C13.
Den periodiska tabellen
På 1860-talet arbetade den ryska kemisten Dimitri Mendeleev på en tabell över de kända elementen vid den tiden, och ursprungligen listade dem i ordning på atomvikten och ordnade dem i rader som grupperade element med liknande kemiska egenskaper tillsammans. Det har tidigare noterats av andra kemister att egenskaperna hos elementen, när de beställdes efter vikt, tenderade att upprepa med mer eller mindre regelbundna intervaller. Till exempel är litium, natrium och kalium alla reaktiva metaller som kombineras med icke-metaller på liknande sätt, medan helium, neon och argon alla är helt oreaktiva gaser. Av denna anledning blev Mendeleevs lista känd som det periodiska systemet.
Mendeleevs första utkast fungerade bra, men det fanns några inkonsekvenser. Till exempel, som anges i viktordning, kom jod före tellur. Problemet var att detta grupperade jod med syre, svavel och selen och tellur med fluor, klor och brom. Enligt deras kemiska egenskaper borde det omvända ha varit fallet, så innan Mendeleev publicerade sitt bord 1869 bytte Mendeleev helt enkelt dessa element runt. Först i början av 1900-talet avslöjades dock orsaken till dessa inkonsekvenser.
1913 etablerade fysikern HGJ Moseley en relation mellan våglängderna för röntgenstrålar producerade av olika element och deras sekvens i det periodiska systemet. Eftersom atomens struktur avslöjades av andra experiment runt denna tid, blev det tydligt att detta förhållande var beroende av antalet protoner i ett elementets kärna, med andra ord dess atomantal. Den periodiska tabellen kunde sedan beställas med detta nummer, vilket sätter de observerade kemiska egenskaperna hos elementen på en sund teoretisk grund. De tillfälliga inkonsekvenserna i den ursprungliga tabellen berodde på att variationer i antalet neutroner ibland kunde leda till att ett element har en högre atomvikt än ett annat element med ett högre atomantal.
Den moderna periodiska tabellen visar elementen i rutor arrangerade i rader och kolumner, med atomnumret stigande längs varje rad. Varje kolumn grupperar element med liknande kemiska egenskaper. Kolumnerna bestäms av antalet och arrangemanget av elektroner i atomerna, vilket i sin tur bestäms av antalet protoner. Varje ruta innehåller normalt den kemiska symbolen för elementet, med atomnumret ovan.