Πόσα πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια υπάρχουν σε ένα άτομο;

Για να κατανοήσουμε πώς να προσδιορίσουμε τα πρωτόνια, τα ηλεκτρόνια και τα νετρόνια σε ένα άτομο, πρέπει πρώτα να γνωρίζουμε ποια είναι τα χαρακτηριστικά αυτών των υποατομικών σωματιδίων. Ένα άτομο είναι η μικρότερη οντότητα στην οποία μπορεί να διαιρεθεί ένα στοιχείο χωρίς να χάσει τις χημικές του ιδιότητες . Τα άτομα αποτελούνται από ακόμη μικρότερα σωματίδια, υποατομικά σωματίδια, και βασικά υπάρχουν τρία από αυτά: ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια.

Τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά φορτισμένα και είναι τα ελαφρύτερα υποατομικά σωματίδια που αποτελούν τα άτομα. Το φορτίο στα  πρωτόνια  είναι θετικό και τα πρωτόνια ζυγίζουν περίπου 1.836 φορές περισσότερο από τα ηλεκτρόνια. Τα μόνα υποατομικά σωματίδια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο είναι  τα νετρόνια,  τα οποία ζυγίζουν περίπου το ίδιο με τα πρωτόνια.

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια ομαδοποιούνται στο κέντρο του ατόμου σχηματίζοντας τον ατομικό πυρήνα, ενώ τα ηλεκτρόνια κινούνται περιγράφοντας διάφορες τροχιές γύρω από τον πυρήνα του ατόμου.

Ποια είναι τα βήματα που πρέπει να ακολουθήσετε για να μάθετε τον αριθμό των υποατομικών σωματιδίων σε ένα άτομο

1. Λάβετε πληροφορίες για το αντικείμενο που σας ενδιαφέρει

Μπορούμε να βρούμε τις βασικές πληροφορίες για ένα στοιχείο στον Περιοδικό Πίνακα , συμπεριλαμβανομένου του αριθμού των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων. Ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίσος με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου, που αντιπροσωπεύεται από το γράμμα Z, και ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων. Ορισμένες εκδόσεις του Περιοδικού Πίνακα περιλαμβάνουν επίσης την ισοτοπική σύνθεση κάθε στοιχείου, δηλαδή εκείνα τα άτομα που έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων.

2. Πώς να μάθετε τον αριθμό των πρωτονίων

Κάθε στοιχείο ορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων που βρίσκονται σε κάθε άτομό του. Ανεξάρτητα από το πόσα ηλεκτρόνια ή νετρόνια έχει ένα άτομο, το στοιχείο ορίζεται πάντα από τον αριθμό των πρωτονίων. Συγκεκριμένα, είναι δυνατό να έχουμε ένα άτομο που αποτελείται από ένα μόνο πρωτόνιο: ιονισμένο υδρογόνο. Ο Περιοδικός Πίνακας είναι οργανωμένος σύμφωνα με τον αυξανόμενο ατομικό αριθμό των στοιχείων, επομένως ο αριθμός των πρωτονίων είναι ο αριθμός του στοιχείου στον πίνακα. Για παράδειγμα, για το υδρογόνο ο αριθμός των πρωτονίων είναι 1, για τον ψευδάργυρο ο αριθμός των πρωτονίων είναι 30.

Εάν έχετε την ατομική μάζα ενός ισοτόπου, μπορείτε να βρείτε τον αριθμό των πρωτονίων αφαιρώντας τον αριθμό των νετρονίων από την ατομική μάζα. Αλλά αν έχετε το ατομικό βάρος,που είναι ο σταθμισμένος μέσος όρος με την ισοτοπική αφθονία της ατομικής μάζας των διαφορετικών ισοτόπων που αποτελούν ένα στοιχείο, μπορούν να προκύψουν διαφορετικές καταστάσεις. Ας δούμε μερικά παραδείγματα. Εάν έχετε ένα στοιχείο με ατομικό βάρος κοντά στο 2, η μόνη πιθανότητα είναι να αποτελείται κυρίως από ένα ισότοπο υδρογόνου, το δευτέριο, το οποίο έχει ένα νετρόνιο στον πυρήνα του, καθώς το επόμενο στοιχείο στον Περιοδικό Πίνακα, το ήλιο, δεν έχουν κανένα ισότοπο που να έχει μόνο πρωτόνια, χωρίς νετρόνια. Αν, από την άλλη πλευρά, το ατομικό βάρος είναι γύρω στο 4, αυτό είναι το ήλιο, του οποίου το πιο άφθονο ισότοπο έχει 2 πρωτόνια και 2 νετρόνια στον πυρήνα του (αν και έχει επίσης ένα σταθερό ισότοπο με ένα μόνο νετρόνιο και ατομική μάζα 3). Αλλά τι θα μπορούσαμε να πούμε εάν το ατομικό βάρος είναι περίπου 3.

3. Πώς να μάθετε τον αριθμό των ηλεκτρονίων

Γενικά, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων και το άτομο έχει τότε καθαρό μηδέν ή ουδέτερο φορτίο, αλλά μερικές φορές ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο δεν είναι ο ίδιος, επομένως το άτομο έχει καθαρό θετικό ή αρνητικό φορτίο και ονομάζεται ιόν ή ιονισμένο άτομο. Αν γνωρίζουμε το καθαρό φορτίο του ατόμου, μπορούμε να προσδιορίσουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων αφαιρώντας το φορτίο, λαμβάνοντας υπόψη το πρόσημο του φορτίου, από τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα. Ένα άτομο με καθαρό θετικό φορτίο και έχει περισσότερα πρωτόνια από ηλεκτρόνια ονομάζεται κατιόν, ενώ ένα ανιόν έχει καθαρό αρνητικό φορτίο και έχει περισσότερα ηλεκτρόνια από πρωτόνια. Τα νετρόνια δεν έχουν καθαρό ηλεκτρικό φορτίο, επομένως ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα δεν είναι σχετικός σε αυτόν τον υπολογισμό.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι χημικές αντιδράσεις δεν αλλάζουν τον αριθμό των πρωτονίων σε ένα άτομο, ο αριθμός των οποίων καθορίζει το καθαρό φορτίο του ατόμου χάνοντας ή κερδίζοντας ηλεκτρόνια στις χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν. 

παραδείγματα

Εάν ένα ιόν έχει καθαρό θετικό φορτίο δύο μονάδων, όπως το Zn ²⁺ , αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός των πρωτονίων υπερβαίνει τον αριθμό των ηλεκτρονίων κατά δύο μονάδες. Ο ατομικός αριθμός του ψευδαργύρου (Zn) είναι 30, επομένως, εφαρμόζοντας τον προηγούμενο κανόνα, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό το άτομο είναι 28: 30 – 2 = 28 ηλεκτρόνια.

Εάν ένα ιόν έχει καθαρό αρνητικό φορτίο μίας μονάδας, όπως F ^– , τότε ο αριθμός των ηλεκτρονίων υπερβαίνει τον αριθμό των πρωτονίων κατά μία μονάδα. Ο ατομικός αριθμός του φθορίου (F) είναι 9, επομένως, εφαρμόζοντας τον προηγούμενο κανόνα, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό το άτομο είναι 10: 9 – (-1) = 10.

4. Πώς να μάθετε τον αριθμό των νετρονίων

Ο αριθμός των νετρονίων σε ένα ισότοπο υπολογίζεται ως ο μαζικός αριθμός του μείον τον αριθμό των πρωτονίων. Για να βρούμε τον αριθμό των νετρονίων σε ένα άτομο, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τον μαζικό του αριθμό. Στον Περιοδικό Πίνακα μπορούμε να βρούμε το ατομικό βάρος κάθε στοιχείου που, όπως έχουμε ήδη πει, είναι ο σταθμισμένος μέσος όρος με την ισοτοπική αφθονία της ατομικής μάζας των ισοτόπων που το συνθέτουν (γι’ αυτό τα βάρη μπορούν να βρεθούν στο Περιοδικό Πίνακας ατομικών αριθμών με δεκαδικούς αριθμούς ενώ η ατομική μάζα είναι ακέραιος, που ορίζεται ως το άθροισμα του αριθμού των νετρονίων και των πρωτονίων του ισοτόπου). Πρέπει να σημειωθεί ότι ο αριθμός των νετρονίων εξαρτάται από το ισότοπο ενός στοιχείου που θεωρούμε, επομένως δεν αποτελεί ιδιότητα του ίδιου του στοιχείου. Για παράδειγμα, Το πιο άφθονο ισότοπο υδρογόνου είναι αυτό με ένα μόνο πρωτόνιο και κανένα νετρόνιο, αλλά ένα μικρό κλάσμα των ατόμων υδρογόνου που βρίσκονται στη φύση αντιστοιχεί στο ισότοπο που έχει ένα νετρόνιο, το δευτέριο. Οι περισσότερες εκδόσεις του Περιοδικού Πίνακα δεν περιλαμβάνουν την ισοτοπική σύνθεση των στοιχείων, επομένως δεν μπορούμε να λάβουμε σε αυτήν την περίπτωση τις απαραίτητες πληροφορίες για τον προσδιορισμό του αριθμού των νετρονίων των ισοτόπων ενός στοιχείου και πρέπει να αναζητήσουμε συγκεκριμένα τις πληροφορίες του ισοτόπου μελετάμε. Στην πράξη, ένα ισότοπο ορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων, που αντιστοιχεί στο στοιχείο στο οποίο ανήκει, και τον αριθμό των νετρονίων του. Οι περισσότερες εκδόσεις του Περιοδικού Πίνακα δεν περιλαμβάνουν την ισοτοπική σύνθεση των στοιχείων, επομένως δεν μπορούμε να λάβουμε σε αυτήν την περίπτωση τις απαραίτητες πληροφορίες για τον προσδιορισμό του αριθμού των νετρονίων των ισοτόπων ενός στοιχείου και πρέπει να αναζητήσουμε συγκεκριμένα τις πληροφορίες του ισοτόπου μελετάμε. Στην πράξη, ένα ισότοπο ορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων, που αντιστοιχεί στο στοιχείο στο οποίο ανήκει, και τον αριθμό των νετρονίων του. Οι περισσότερες εκδόσεις του Περιοδικού Πίνακα δεν περιλαμβάνουν την ισοτοπική σύνθεση των στοιχείων, επομένως δεν μπορούμε να λάβουμε σε αυτήν την περίπτωση τις απαραίτητες πληροφορίες για τον προσδιορισμό του αριθμού των νετρονίων των ισοτόπων ενός στοιχείου και πρέπει να αναζητήσουμε συγκεκριμένα τις πληροφορίες του ισοτόπου μελετάμε. Στην πράξη, ένα ισότοπο ορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων, που αντιστοιχεί στο στοιχείο στο οποίο ανήκει, και τον αριθμό των νετρονίων του.

Κρήνη

WN Cottingham, DA Greenwood, DA Μια εισαγωγή στην πυρηνική φυσική . Cambridge University Press, 2004.