Budowa atomu — protony, neutrony i elektrony

Budowa atomu wyjaśnia, z czego składa się atom: z protonów, neutronów i elektronów. W skrócie: protony określają pierwiastek, neutrony zmieniają izotop, a elektrony zmieniają ładunek.

Jeśli rozdzielisz te trzy role, większość pytań początkujących staje się dużo prostsza. Możesz określić, czym jest dany atom, czy należy do konkretnego izotopu oraz czy jest obojętny, czy jest jonem.

Budowa atomu w skrócie

Atom ma w środku bardzo małe jądro atomowe, a poza nim znajdują się elektrony. Jądro zawiera prawie całą masę atomu, ponieważ znajdują się w nim protony i neutrony.

Na początkowym etapie chemii najważniejszy jest taki obraz:

• protony mają ładunek dodatni i znajdują się w jądrze
• neutrony są obojętne i znajdują się w jądrze
• elektrony mają ładunek ujemny i zajmują obszary wokół jądra

Co zmienia każda cząstka

Protony

Protony znajdują się w jądrze i mają ładunek dodatni. Liczba protonów to liczba atomowa, a ta liczba określa pierwiastek.

Jeśli atom ma 8 protonów, jest tlenem. Jeśli ma 6 protonów, jest węglem. To pozostaje prawdą nawet wtedy, gdy zmienia się liczba neutronów.

Neutrony

Neutrony również znajdują się w jądrze, ale nie mają ładunku elektrycznego. Zwiększają masę i pomagają odróżnić jeden izotop pierwiastka od innego.

Zmiana liczby neutronów nie tworzy nowego pierwiastka. Tworzy inny izotop tego samego pierwiastka, na przykład węgiel-12 i węgiel-14.

Elektrony

Elektrony mają ładunek ujemny i zajmują obszary wokół jądra. W początkowej chemii często opisuje się je jako zapełniające powłoki lub poziomy energetyczne.

Elektrony są najważniejsze przy tworzeniu wiązań i jonów. Jeśli atom jest obojętny, liczba elektronów jest równa liczbie protonów. Jeśli atom jest jonem, ta równość już nie zachodzi.

Liczba atomowa a liczba masowa

Te dwa pojęcia łatwo pomylić, ponieważ oba są liczbami, ale odpowiadają na różne pytania.

Liczba atomowa mówi, ile protonów ma atom:

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

Liczba masowa mówi, ile protonów i neutronów znajduje się w jednym konkretnym atomie:

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

Jeśli więc podano liczbę masową dla jednego izotopu, liczbę neutronów możesz obliczyć ze wzoru

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

To odejmowanie działa tylko wtedy, gdy używasz liczby masowej jednego izotopu, takiego jak węgiel-12 lub sód-23. Wartość dziesiętna w układzie okresowym to coś innego: jest to średnia ważona masa atomowa, a nie liczba masowa jednego konkretnego atomu.

Przykład: węgiel-12

Węgiel-12 to dobry przykład, ponieważ liczba każdej cząstki pokazuje inną ideę.

Węgiel ma liczbę atomową 6, więc każdy atom węgla ma 6 protonów. Nazwa węgiel-12 mówi, że liczba masowa wynosi 12, więc

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

Jeśli atom jest obojętny, ma także 6 elektronów, ponieważ atomy obojętne mają tyle samo protonów co elektronów.

Zatem obojętny atom węgla-12 ma:

1. 6 protonów
2. 6 neutronów
3. 6 elektronów

Ten jeden przykład pozwala wyraźnie rozdzielić role cząstek. 6 protonów sprawia, że to węgiel, 6 neutronów sprawia, że jest to izotop węgla-12, a 6 elektronów sprawia, że atom jest obojętny, a nie naładowany.

Dlaczego budowa atomu ma znaczenie

Budowa atomu to punkt wyjścia dla dużej części podstaw chemii. Gdy już wiesz, która cząstka co zmienia, późniejsze tematy przestają wydawać się oderwane od siebie.

• Liczba protonów łączy się bezpośrednio z układem okresowym.
• Liczba elektronów pomaga wyjaśnić jony i wiązania chemiczne.
• Liczba neutronów pomaga wyjaśnić izotopy i różnice mas atomowych.

Dlatego budowa atomu pojawia się ponownie przy konfiguracji elektronowej, trendach okresowych i wiązaniach.

Częste błędy dotyczące budowy atomu

Traktowanie liczby atomowej i liczby masowej jako tego samego

Nie są zamienne. Liczba atomowa liczy tylko protony. Liczba masowa liczy protony i neutrony.

Myślenie, że neutrony zmieniają pierwiastek

Nie zmieniają. Atom o innej liczbie neutronów jest zwykle innym izotopem, a nie innym pierwiastkiem.

Zapominanie o warunku atomu obojętnego

Liczba elektronów jest równa liczbie protonów tylko wtedy, gdy atom jest obojętny. W przypadku jonu liczba elektronów zmienia się wraz z ładunkiem.

Używanie masy atomowej z układu okresowego jako liczby masowej

W układzie okresowym zwykle podaje się średnią masę atomową. Nie należy odejmować od tej wartości dziesiętnej liczby atomowej i oczekiwać liczby neutronów dla jednego dokładnie określonego atomu.

Kiedy używa się budowy atomu

Budowy atomu używasz podczas nauki:

1. izotopów
2. jonów
3. konfiguracji elektronowej
4. trendów okresowych
5. wiązań chemicznych

To także pierwszy krok do odczytywania zapisu nuklidowego i do zrozumienia, dlaczego atomy tego samego pierwiastka mogą mieć różne masy.

Spróbuj samodzielnie

Teraz spróbuj z sodem-23. Sód ma liczbę atomową 11, więc najpierw wyznacz protony, potem neutrony, a następnie elektrony dla atomu obojętnego.

Potem porównaj obojętny sód z $Na^+$. To prosty sposób, by zobaczyć, że liczba protonów określa pierwiastek, a liczba elektronów decyduje o ładunku.