Ατομική Δομή — Πρωτόνια, Νετρόνια και Ηλεκτρόνια

Η ατομική δομή εξηγεί πώς είναι φτιαγμένο ένα άτομο από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Η σύντομη εκδοχή είναι η εξής: τα πρωτόνια καθορίζουν το στοιχείο, τα νετρόνια αλλάζουν το ισότοπο και τα ηλεκτρόνια αλλάζουν το φορτίο.

Αν κρατάς αυτούς τους τρεις ρόλους ξεχωριστούς, οι περισσότερες βασικές απορίες γίνονται πολύ πιο εύκολες. Μπορείς να καταλάβεις ποιο είναι το άτομο, αν πρόκειται για συγκεκριμένο ισότοπο και αν είναι ουδέτερο ή ιόν.

Η Ατομική Δομή Με Μια Ματιά

Ένα άτομο έχει έναν πολύ μικρό πυρήνα στο κέντρο και ηλεκτρόνια έξω από αυτόν. Ο πυρήνας περιέχει σχεδόν όλη τη μάζα του ατόμου, επειδή εκεί βρίσκονται τα πρωτόνια και τα νετρόνια.

Για τη βασική χημεία, αυτή είναι η πιο σημαντική εικόνα:

• τα πρωτόνια είναι θετικά και βρίσκονται στον πυρήνα
• τα νετρόνια είναι ουδέτερα και βρίσκονται στον πυρήνα
• τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά και καταλαμβάνουν περιοχές γύρω από τον πυρήνα

Τι Αλλάζει Κάθε Σωματίδιο

Πρωτόνια

Τα πρωτόνια βρίσκονται στον πυρήνα και έχουν θετικό φορτίο. Ο αριθμός των πρωτονίων είναι ο ατομικός αριθμός, και αυτός ο αριθμός καθορίζει το στοιχείο.

Αν ένα άτομο έχει 8 πρωτόνια, είναι οξυγόνο. Αν έχει 6 πρωτόνια, είναι άνθρακας. Αυτό παραμένει αληθινό ακόμη κι αν αλλάξει ο αριθμός των νετρονίων.

Νετρόνια

Τα νετρόνια βρίσκονται επίσης στον πυρήνα, αλλά δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Προσθέτουν μάζα και βοηθούν να ξεχωρίζουμε ένα ισότοπο ενός στοιχείου από ένα άλλο.

Η αλλαγή στον αριθμό των νετρονίων δεν δημιουργεί νέο στοιχείο. Δημιουργεί διαφορετικό ισότοπο του ίδιου στοιχείου, όπως ο άνθρακας-12 και ο άνθρακας-14.

Ηλεκτρόνια

Τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο και καταλαμβάνουν περιοχές γύρω από τον πυρήνα. Στη βασική χημεία, συχνά περιγράφονται ως σωματίδια που γεμίζουν στιβάδες ή ενεργειακά επίπεδα.

Τα ηλεκτρόνια είναι πιο σημαντικά για τους δεσμούς και τον σχηματισμό ιόντων. Αν το άτομο είναι ουδέτερο, ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων. Αν το άτομο είναι ιόν, αυτή η ισότητα δεν ισχύει πλέον.

Ατομικός Αριθμός Vs. Μαζικός Αριθμός

Αυτοί οι δύο όροι μπερδεύονται εύκολα, επειδή και οι δύο είναι μετρήσεις, αλλά απαντούν σε διαφορετικές ερωτήσεις.

Ο ατομικός αριθμός δείχνει πόσα πρωτόνια έχει το άτομο:

$$\text{atomic number} = \text{number of protons}$$

Ο μαζικός αριθμός δείχνει πόσα πρωτόνια και νετρόνια υπάρχουν σε ένα συγκεκριμένο άτομο:

$$\text{mass number} = \text{protons} + \text{neutrons}$$

Άρα, αν δίνεται ο μαζικός αριθμός για ένα ισότοπο, μπορείς να βρεις τα νετρόνια με

$$\text{neutrons} = \text{mass number} - \text{atomic number}$$

Αυτή η αφαίρεση λειτουργεί μόνο όταν χρησιμοποιείς τον μαζικό αριθμό ενός ισοτόπου, όπως ο άνθρακας-12 ή το νάτριο-23. Η δεκαδική τιμή στον περιοδικό πίνακα είναι κάτι διαφορετικό: είναι η σχετική ατομική μάζα ως σταθμισμένος μέσος όρος, όχι ο μαζικός αριθμός ενός μόνο ατόμου.

Λυμένο Παράδειγμα: Άνθρακας-12

Ο άνθρακας-12 είναι καλό παράδειγμα, επειδή κάθε αριθμός σωματιδίων δείχνει μια διαφορετική ιδέα.

Ο άνθρακας έχει ατομικό αριθμό 6, άρα κάθε άτομο άνθρακα έχει 6 πρωτόνια. Το όνομα άνθρακας-12 δείχνει ότι ο μαζικός αριθμός είναι 12, οπότε

$$\text{neutrons} = 12 - 6 = 6$$

Αν το άτομο είναι ουδέτερο, τότε έχει και 6 ηλεκτρόνια, επειδή τα ουδέτερα άτομα έχουν ίσο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων.

Άρα ένα ουδέτερο άτομο άνθρακα-12 έχει:

1. 6 πρωτόνια
2. 6 νετρόνια
3. 6 ηλεκτρόνια

Αυτό το ένα παράδειγμα σε βοηθά να ξεχωρίσεις καθαρά τους ρόλους. Τα 6 πρωτόνια το κάνουν άνθρακα, τα 6 νετρόνια το κάνουν το ισότοπο άνθρακας-12 και τα 6 ηλεκτρόνια το κάνουν ουδέτερο αντί για φορτισμένο.

Γιατί Έχει Σημασία η Ατομική Δομή

Η ατομική δομή είναι το σημείο εκκίνησης για μεγάλο μέρος της βασικής χημείας. Μόλις καταλάβεις ποιο σωματίδιο αλλάζει τι, τα επόμενα θέματα δεν φαίνονται πια ασύνδετα.

• Ο αριθμός των πρωτονίων συνδέεται άμεσα με τον περιοδικό πίνακα.
• Ο αριθμός των ηλεκτρονίων βοηθά να εξηγηθούν τα ιόντα και ο χημικός δεσμός.
• Ο αριθμός των νετρονίων βοηθά να εξηγηθούν τα ισότοπα και οι διαφορές στην ατομική μάζα.

Γι’ αυτό η ατομική δομή εμφανίζεται ξανά στην ηλεκτρονιακή δομή, στις περιοδικές τάσεις και στους δεσμούς.

Συνηθισμένα Λάθη Στην Ατομική Δομή

Να Θεωρείς Ότι Ο Ατομικός Αριθμός Και Ο Μαζικός Αριθμός Είναι Το Ίδιο

Δεν είναι εναλλάξιμοι όροι. Ο ατομικός αριθμός μετρά μόνο τα πρωτόνια. Ο μαζικός αριθμός μετρά πρωτόνια και νετρόνια μαζί.

Να Νομίζεις Ότι Τα Νετρόνια Αλλάζουν Το Στοιχείο

Δεν το αλλάζουν. Ένα άτομο με διαφορετικό αριθμό νετρονίων είναι συνήθως διαφορετικό ισότοπο, όχι διαφορετικό στοιχείο.

Να Ξεχνάς Τη Συνθήκη Του Ουδέτερου Ατόμου

Τα ηλεκτρόνια είναι ίσα με τα πρωτόνια μόνο όταν το άτομο είναι ουδέτερο. Στην περίπτωση ιόντος, ο αριθμός των ηλεκτρονίων αλλάζει ανάλογα με το φορτίο.

Να Χρησιμοποιείς Την Ατομική Μάζα Του Περιοδικού Πίνακα Ως Μαζικό Αριθμό

Ο περιοδικός πίνακας συνήθως δίνει μια μέση ατομική μάζα. Δεν πρέπει να αφαιρείς τον ατομικό αριθμό από αυτή τη δεκαδική τιμή και να περιμένεις να βρεις τον αριθμό νετρονίων ενός συγκεκριμένου ατόμου.

Πότε Χρησιμοποιείς Την Ατομική Δομή

Χρησιμοποιείς την ατομική δομή όταν μαθαίνεις:

1. ισότοπα
2. ιόντα
3. ηλεκτρονιακή δομή
4. περιοδικές τάσεις
5. χημικό δεσμό

Είναι επίσης το πρώτο βήμα για να διαβάζεις τη σημειογραφία νουκλιδίων και να καταλαβαίνεις γιατί άτομα του ίδιου στοιχείου μπορούν να έχουν διαφορετικές μάζες.

Δοκίμασε Τη Δική Σου Εκδοχή

Δοκίμασε τώρα το νάτριο-23. Το νάτριο έχει ατομικό αριθμό 11, οπότε βρες πρώτα τα πρωτόνια, μετά τα νετρόνια και έπειτα τα ηλεκτρόνια για ένα ουδέτερο άτομο.

Μετά από αυτό, σύγκρινε το ουδέτερο νάτριο με το $Na^+$. Είναι ένας απλός τρόπος να δεις ότι ο αριθμός των πρωτονίων καθορίζει το στοιχείο, ενώ ο αριθμός των ηλεκτρονίων καθορίζει το φορτίο.