Jądro atomu

Oznaczenia i symbole

Jak już wspomniano w środku atomu, jest jądro w którym znajdują się protony i netrony. Badania atomów różnych pierwiastków wykazały, że liczba protonów i neutronów w jądrze zależy od rodzaju pierwiastka. I tak atom wodoru ma tylko jeden proton w jądrze, atom helu 2 protony i 2 neutrony, atom litu 3 protony i 4 neutrony. Obliczenie ilości protonów i neutronów w jądrze atomu nie jest trudne. Staje się to łatwe po przyswojeniu sobie takich pojęć jak liczba atomowa i liczba masowa..

Rys. 4 Jądro atomu chloru zawiera 17 protonów i 35 - 17 = 18 neutronów

Jądro składa się z Z protonów i N neutronów. Wobec tego liczba nukleonów (protonów i neutronów), będzie odpowiadać sumie protonów i neutronów, co zapisujemy równaniem. A = Z + N gdzie - A nosi nazwę liczby masowej i jest ona równa sumie protonów i neutronów. Liczba protonów (Z) i liczba masowa (A) są wielkościami charakterystycznymi dla określonego typu pierwiastka i przyjęte jest umieszczanie tych wartości przy symbolu pierwiastka w układzie okresowym (rys.5).

Przykłady z układu okresowego

Rys. 5 Liczba atomowa i masowa	Na rysunku dolny wskaźnik to liczba atomowa Z a górny liczba masowa A (rys. 5). Mając podaną liczbę masową i liczbę atomową możemy obliczyć liczbę neutronów jako różnicę N = A - Z

Dla przykładu z rys. 5 atom sodu (Na) zawiera 11 protonów i N = 22 -11 = 11 neutronów, a uran (U) zawiera 92 protony i N = 238 - 92 = 146 neutronów.
Spoglądając na układ okresowy pierwiastków znajdujący się w każdym podręczniku do chemii widzimy, że liczba atomowa jest zawsze liczbą całkowitą w odróżnieniu od drugiego wskaznika, który najczęściej ma wartości ułamkowe. W tym miejscu może pojawić się pytanie - czy protony i neutrony zostały podzielone na części?. Otóż nie, to co jest zapisane w układzie okresowym pierwiastków w waszych podręcznikach przedstawia średnią wartość masy atomu, która zaokrąglona do wartości całkowitej jest w przybliżeniu równa liczbie masowej. Na przykład, dla atomu magnezu odczytana z układu okresowego średnia wartość masy atomu wynosi - 24,3. Po zaokrągleniu do wartości całkowitej, przyjmujemy że liczba masowa dla magnezu wynosi - 24.
Więcej informacji o masach atomów znajdziesz w kolejnych częściach podręcznika.

Wszystkie atomy danego pierwiastka cechuje stała liczba protonów w jądrze, określana jako liczba atomowa. Suma liczby protonów Z (liczba atomowa) i liczby neutronów N nazywa się liczbą masową.

Atom jako całość jest elektrycznie obojętny, liczba otaczających jądro elektronów musi być równa liczbie protonów w jądrze. Dla wodoru Z = 1, wiemy więc, że atom wodoru musi zawierać jeden elektron. Dla uranu Z = 92; wynika z tego, że każdy atom uranu zawiera 92 elektrony.

W atomie cały ładunek dodatni i niemal cała masa jest skupiona w jądrze; ujemnie naładowane elektrony otaczają jądro jak chmura. Liczba atomowa jest liczbą protonów w jądrze, równą liczbie elektronów na zewnątrz jądra.

Izotopy

W 1912 roku J.J. Thomson, podczas badań promieniowania katodowego (promienie wysyłane przez katodę) w polu elektrycznym i magnetycznym, stwierdził występowanie dwóch rodzajów neonu (Z = 10), jednego o masie około 20 razy, a drugiego około 22 razy większej od protonu. Nazwano je izotopami, od greckich słów isos - taki sam i tops - miejsce (w układzie okresowym).

Izotopy różnią się liczbą masową.

W kolejnych latach badania nad pierwiastkami wykazały, że wszystkie znane pieriwastki mają dwa lub więcej izotopów.

Przykładem jest atom węgla.

Rys. 6 Izotopy węgla

Wszystkie atomy węgla (C), niezależnie od pochodzenia, mają 6 protonów i 6 elektronów. Ta ilość protonów i elektronów określa wartość liczby atomowej. Jest to uwidoczniane w postaci zapisu przy symbolu pierwiastka jako wskaźnik dolny z lewej strony symbolu pierwiastka: Druga liczba nazywana, "liczbą masową" jest zapisywana z lewej strony jako górny wskaźnik. I okazuje się, że dla atomu węgla ma ona dwie wartości, tj. 12 i 14 (rys. 9). W powyższym przykładzie izotop węgla ma 6 protonów i 6 neutronów. Następny izotop węgla: ma 6 protonów (liczba atomowa) i 8 neutronów (8=14-6).

Te izotopy znane są jako "węgiel-14" i "wegiel-12". Z ogólnej ilości izotopów węgla - węgla-12 jest najwięcej (ok.99%).
Większość naturalnych pierwiastków zawiera mieszaninę różnych izotopów. Najwięcej typów trwałych izotopów zawiera cyna - bo aż 10 rodzajów. Pierwiastków czystych składających się z jąder (izotopów) tylko jednego rodzaju jest 22 tj. Be, F, Na, Al., P, Sc, V, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Tl, Au, Bi.
Izotopy tego samego pierwiastka mają bardzo zbliżone właściwości chemiczne, ponieważ o właściwościach chemicznych atomu decyduje liczba elektronów oraz energia oddziaływań.

Ważne pojęcia

Liczba atomowa - ustala miejsce pierwiastka w układzie okresowym. Równa jest liczbie protonów w jądrze atomu i liczbie elektronów w atomie. Liczba masowa - suma liczby protonów Z i liczby neutronów N w atomie. (A = Z + N). Izotopy - są to atomy danego pierwiastka różniące się liczbą neutronów, a więc liczbą masową