2.2: Елементи та атомний номер

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21989

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Використовуйте атомний номер і масове число для опису атома.

Сучасна атомна теорія стверджує, що атоми одного елемента однакові, в той час як атоми різних елементів різні. Що робить атоми різних елементів різними? Фундаментальною характеристикою, яку поділяють всі атоми одного елемента, є кількість протонів. Всі атоми водню мають один і тільки один протон в ядрі; всі атоми заліза мають 26 протонів в ядрі. Це число протонів настільки важливо для ідентичності атома, що його називають атомним номером (Z). Кількість протонів в атомі - це атомний номер елемента. Таким чином, водень має атомний номер 1, тоді як залізо - атомний номер 26. Кожен елемент має свій характерний атомний номер.

Атоми електрично нейтральні, що означає, що загальний електричний заряд дорівнює нулю. Це пояснюється тим, що кількість протонів (позитивний заряд) дорівнює кількості електронів (негативний заряд). Тому атомний номер також забезпечує кількість електронів. Наприклад, гелій має Z = 2, що говорить нам про те, що в ядрі є 2 протони і 2 електрона поза ядром. Іноді атоми будуть набирати або втрачати електрони, що призводить до різниці в кількості протонів і електронів, що означає, що заряд більше не дорівнює нулю. Атоми, які мають заряд, називаються іонами і будуть розглянуті далі в наступних розділах.

\[atomic\ number = Z = p^+ = e^{–1}\]

Як ми дізналися раніше, протони і нейтрони, які знаходяться в ядрі атома, мають масу ~1 аму. Оскільки електрон має незначну масу відносно протона або нейтрона, більшість маси атома знаходиться в ядрі. Масове число (А) визначається як загальна кількість протонів (\(p^+\)) і нейтронів (\(n\)) в атомі:

\[mass\ number = A = p^+ + n\]

Атоми одного і того ж елемента завжди мають однакову кількість протонів, однаковий Z, але часто мають різну кількість нейтронів, отже, різні масові числа. Ці атоми називаються ізотопами і будуть розглянуті більш детально в наступному розділі.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Найбільш поширені атоми вуглецю мають в своїх ядрах шість протонів і шість нейтронів. Що таке атомний номер і масове число цих атомів вуглецю?
Ізотоп урану має атомний номер 92 і масове число 235. Яке число протонів і нейтронів в ядрі цього атома?

Рішення

Якщо атом вуглецю має шість протонів у своєму ядрі, його атомний номер дорівнює 6. Якщо він також має шість нейтронів в ядрі, то масове число - 6 + 6, або 12.
Якщо атомний номер урану дорівнює 92, то це кількість протонів в ядрі. Оскільки число маси становить 235, то кількість нейтронів в ядрі становить 235 − 92, або 143.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Кількість протонів в ядрі атома олова дорівнює 50, тоді як кількість нейтронів в ядрі - 68. Що таке атомний номер і масове число цього ізотопу?

Відповідь: Атомне число = 50, масове число = 118

Приклад\(\PageIndex{2}\):

Що таке символ ізотопу урану, який має атомний номер 92 і масове число 235?
Скільки протонів і нейтронів в\(\ce{_{26}^{56}Fe}\)

Рішення

Символом цього ізотопу є\(\ce{_{92}^{235}U}\)
Цей атом заліза має 26 протонів і 56 − 26 = 30 нейтронів.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Скільки протонів в\(\ce{_{11}^{23} Na}\)

Відповідь: 11 протонів

Ключові виноси

Самі атоми складаються з протонів, нейтронів і електронів.
Кожен елемент має свій атомний номер, який дорівнює кількості протонів в його ядрі.
Ізотопи елемента містять різну кількість нейтронів.
Елементи представлені атомним символом.

Дописувачі

Ліза Шарп Еллс, Університет Канзасу