Суперпрофесійний атомний номер
15 березня 2017 р., 6 хвилин читання
Визначення
Атом складається з ядра, а сам складається з нуклонів: протонів та нейтронів. Ці протони, що мають позитивний заряд, зараховуються завдяки атомному номеру.
Отже, саме величина характеризує не кожен атом, як може свідчити його назва, а кожен хімічний елемент. Він пишеться Z і відповідає кількості протонів, присутніх в ядрі елемента. Це характерно для хімічного елемента: якщо це число змінюється (наприклад, через втрату або приріст протона), хімічний елемент змінюється. Це принцип ядерних реакцій.
- Атомний номер золота Au дорівнює 79, оскільки в атомах та іонах золота знаходиться 79 протонів
- Атомний номер кисню O дорівнює 8, оскільки в атомах та іонах кисню є 8 протонів
Перелік
Ось таблиця, що показує відповідність між назвою елемента та атомним номером елемента, як це знайдено в періодичній таблиці. Елементи перераховані в алфавітному порядку.
| Актиній | 89 | Молібден | 42 |
| Алюміній | 13 | Неодим | 60 |
| Америцій | 95 | Неон | 10 |
| Сурма | 51 | Нептуній | 93 |
| Срібло | 47 | Нікель | 28 |
| Аргон | 18 | Ніобій | 41 |
| Миш'як | 33 | Нобелій | 102 |
| Стан | 85 | Осмію | 76 |
| Азот | 7 | Золото | 79 |
| Барій | 56 | Кисень | 8 |
| Беркеліум | 97 | Паладій | 46 |
| Берріліум | 4 | Фосфор | 15 |
| Вісмут | 83 | Платина | 78 |
| Боріум | 107 | Вести | 82 |
| Бор | 5 | Плутоній | 94 |
| Бром | 35 | Полоній | 84 |
| Кадмій | 48 | Калій | 19 |
| Кальцій | 20 | Празеодім | 59 |
| Каліфорній | 98 | Прометій | 61 |
| Вуглець | 6 | Протактиній | 91 |
| Керіум | 58 | Радій | 88 |
| Цезію | 55 | Радон | 86 |
| Хлор | 17 | Реній | 75 |
| Хром | 24 | Родій | 45 |
| Кобальт | 27 | Рубідій | 37 |
| Мідь | 29 | Рутеній | 44 |
| Куріум | 96 | Рутерфордіум | 104 |
| Дармстадтій | 110 | Самарій | 62 |
| Дубній | 105 | Скандій | 21 |
| Диспрозіум | 66 | Морський боргіум | 106 |
| Ейнштейніум | 99 | Селен | 34 |
| Ербій | 68 | Кремній | 14 |
| Олово | 50 | Натрію | 11 |
| Європіум | 63 | Стронцій | 38 |
| Залізо | 26 | Сірка | 16 |
| Фермій | 100 | Тантал | 73 |
| Фтор | 9 | Технецій | 43 |
| Францій | 87 | Теллур | 52 |
| Гадоліній | 64 | Тербій | 65 |
| Галій | 31 | Талій | 81 |
| Германій | 32 | Торій | 90 |
| Гафній | 72 | Тулій | 69 |
| Hassium | 108 | Титан | 22 |
| Гелій | 2 | Вольфрам | 74 |
| Гольмію | 67 | Уннбій | 112 |
| Гідроген | 1 | Ununhexium | 116 |
| Індій | 49 | Уноноктій | 118 |
| Йод | 53 | Унпентіум | 115 |
| Іридій | 77 | Унункадіум | 114 |
| Криптон | 36 | Ununseptium | 117 |
| Лантан | 57 | Унтріум | 113 |
| Лоуренцій | 103 | Уруній | 111 |
| Літій | 3 | Уран | 92 |
| Лютецій | 71 | Ванадій | 23 |
| Магній | 12 | Ксенон | 54 |
| Марганець | 25 | Іттербій | 70 |
| Мейтнерій | 109 | Ітрій | 39 |
| Менделевій | 101 | Цинк | 30 |
| Меркурій | 80 | Цирконій | 40 |
Одиниця атомного числа
Атомний номер не має одиниці! Дійсно, це не фізична величина, а число, в даному випадку кількість протонів: тому їй не присвоєна одиниця. Це також справедливо для масового числа A та числа нейтронів N.
Атомне число та масове число
Коли атомний номер (Z) і масове число (A) елемента відомі, можна повністю описати склад його ядра та електронну конфігурацію:
- Z позначає кількість протонів і, для електричної нейтральності атома, кількість електронів. Будьте обережні, ми тут говоримо про атом, а не про електрон.
- A відповідає загальній кількості нуклонів, присутніх в ядрі
- N = A - Z відповідає кількості нейтронів
Зчеплення ядра виникає в результаті балансу між сильною ядерною силою (яка притягує нуклони разом) і електромагнітною силою (відштовхування між протонами). Це сили, які стабілізують ядро.
Більшість стабільних ізотопів елемента (з ядром, що має однаковий Z, але різний N між ядрами) має кількість нейтронів, дуже близьке або рівне кількості протонів (Z, близьке до N або рівне).
Отже, масове число A часто має значення, близьке до подвійного Z (A = 2 x Z), але ця тенденція особливо підтверджується для легких елементів. Для важчих елементів N, як правило, стає менше, ніж Z.
Існує кілька можливих форм нукліду:
- ізотопи: два ізотопних атоми мають однакову кількість протонів (отже, однаковий Z), але кількість нейтронів змінюється
- ізотони: два атоми ізотону мають однакову кількість нейтронів (однаковий N), але кількість нейтронів змінюється
- ізобари: два ізобаричні атоми мають однакову кількість маси (однакові А). Якщо N збільшується, Z зменшується на стільки ж.
- ізомери: два ізомерні атоми мають однакові A, Z та N, але стан збудження атомів змінюється.
Атомне число та атомна маса
Коли ми знаємо лише атомний номер атома, неможливо визначити його атомну масу, оскільки це можна отримати лише за умови, що ми знаємо повний склад ядра. Але Z вказує лише кількість протонів. Ядро також містить нейтрони, які необхідно враховувати для обчислення атомної маси.
Більша частина маси атома зосереджена в ядрі. Однак маса ядра менше суми мас нуклонів до утворення ядра: є дефект маси, зумовлений сумарною енергією зв’язку ядра, що зменшує загальну масу ядра.
Отже, сума виділених складових кожного ядра буде більшою, ніж у ядра з еквівалентним складом, через цей дефект маси.
У цій формулі дефект маси ∆m виражається в м.д.м., або "одиниці атомної маси", одиниці, заснованої на масі атома вуглецю 12, так що цей атом має масу 12 м.а.
Маса нуклона близька до 1 ночі Енергетичний еквівалент дефекту маси Е еквівалентний повній енергії зв’язку ядра В, а с відповідає швидкості світла у вакуумі. Ми можемо виразити E в МеВ з еквівалентністю: 1 аму х c 2 = 931,5 МеВ.
Атомне число та число електронів
Атом, який за визначенням є нейтральним, його кількість електронів (кожен з яких несе заряд -e) дорівнює кількості протонів (кожен із зарядом + e): атомний номер Z відповідає як кількості протонів, так і кількості електрони.
У випадку з іонами це вже не відповідає дійсності, необхідно визначити кількість електронів, втрачених або отриманих під час утворення іона, щоб знайти загальну кількість електронів. Це можливо для цього:
- використовувати формулу іона (коли це відомо): іон Ca 2+ втратить, наприклад, 2 електрони порівняно з елементом Ca, тоді як іон Cl отримає один електрон порівняно з елементом Cl
- встановити електронну структуру атома, щоб за допомогою правила дуету або байта передбачити кількість втрачених або отриманих електронів (для реалізації правила байта або дуету)
Атомне число в іоні або молекулі
Хімічний елемент може бути в атомній або іонній формі, у простому або складеному тілі. Але кожна з цих форм не впливає на ядро: отже, елемент зберігає однакову кількість протонів і, отже, однаковий атомний номер. Елемент водень зберігає, наприклад, атомний номер Z = 1, незалежно від того, знаходиться він у формі іону водню (H +), у формі дигідрогену (H2) або у формі води (H2O). Це збереження атомного номера лежить в основі поняття хімічного елемента.
Модифікація атомного номера: концепція поділу та ядерного синтезу
Стійкість атомного ядра визначається за кількома критеріями, видимими з кривої Астона. Ця крива дозволяє встановити зв'язок між середньою енергією зв'язку на нуклон В/А (вираженою в МеВ) та кількістю нуклонів в ядрі.
Крива Астона базується на формулі Бете-Вейцакера, яка дає приблизне значення енергії ядерного зв’язку B. Площа найбільш стабільних ядер визначається для енергії зв’язку B/A між 8 і 9 МеВ, для кількість нуклонів А між 40 і 180. Крім цього, ядра прагнуть до досягнення стабільності шляхом ділення ядер, нижче вони досягнуть стабільності за рахунок ядерного синтезу.
Дві ядерні реакції дозволяють ядрам досягти цієї стабільності:
- Ядерний синтез: він відбувається між двома легкими ядрами і вимагає енергії, що перевищує B/A
- Ділення ядра: воно включає важке ядро і вивільняє частину енергії B-зв’язку ядра. Ним можна керувати в ядерному реакторі або в ланцюгу в атомній бомбі.
В обох випадках реакції змінюють початковий атомний номер Z атома, і тому утворюється новий хімічний елемент.
Ядерний синтез
При ядерному синтезі два легкі атомні ядра об’єднуються, використовуючи теплову енергію, утворюючи важче ядро. Цей синтез призводить до викидів α-частинок та нейтронів. Це явище виявлено в Н-бомбі, або водневій бомбі, теоретично в 1000 разів потужніші, ніж бомби, скинуті на Хіросіму або Нагасакі під час Другої світової війни.
Ділення ядер
В ядерному реакторі реакція поділу досягається шляхом бомбардування ядер урану 235 U нейтронами. Це ядро урану від природи нестійке. Бомбардування вивільняють енергію, що відповідає дефекту маси у вигляді кінетичної енергії та фотонів, а також 2 ядра з масовим числом А приблизно від 100 до 140.
Періодична система
Періодична система використовувалася для впорядкування елементів відповідно до їх атомного номера, який приблизно відповідає їх атомній масі. Різні версії періодичної таблиці мають змінну кількість інформації для кожного елемента, але вони повинні вказувати свій атомний номер. Якщо в якості елемента вказано лише одне значення, це обов’язково він !
У більшості періодичних класифікацій атомний номер супроводжується масовим числом (A), але їх легко розрізнити, оскільки атомний номер завжди менший за масовий номер. Для отримання додаткової інформації з цього питання дивіться курс "Живопис Менделєєва".
Вам сподобалась стаття ?
Засновник Superprof та інженер, ми намагаємось надати найбільшу базу знань.
Захоплюючись фізикою та хімією та вивчаючи природничі науки в середній школі, я ділюсь своїми уроками (після оновлення їх відповідно до Національної освітньої програми).