Co jsou atom, elektron, neutron a proton?

Atom odvozený z řeckého slova, které se volně překládá na „to, co nelze rozdělit“, je široce považován za základní jednotku veškeré hmoty. Atomy se skládají ze subatomárních částic nazývaných protony, neutrony a elektrony, přičemž první dva jsou umístěny v jádro atomu, které představuje téměř veškerou jeho hmotnost, a elektrony omezené na orbitály na okraji atom. Počet protonů v přirozeně se vyskytujících atomech se pohybuje od 1 do 92; tyto různé atomy odpovídají prvkům, které mají různé elektrochemické vlastnosti díky své různé hmotnosti a jedinečnému uspořádání jejich drobných základních částic v prostoru.

Atomy jsou extrémně malé částice a nelze je dále dělit, kromě výjimečných prostředků. Pomyslete na kousky, které tvoří skládačku. Ty lze technicky rozdělit na menší kousky lepenky a papíru zničením, ale pro praktické účely jsou tyto kousky základními, nedělitelnými prvky skládaček.

Atomy se skládají z protonů, které nesou kladný elektrický náboj; elektrony, které nesou záporný náboj; a neutrony, které nemají žádný náboj. V běžném, elektricky neutrálním atomu je tedy počet protonů a počet elektronů stejný.

Atomová hmotnost atomu se přibližně rovná počtu protonů plus počtu elektronů, protože hmotnost elektronů je prakticky zanedbatelná.

Proton je ve skutečnosti indexová částice libovolného atomu. Je to počet protonů v atomu, který určuje identitu prvku, ke kterému atom patří; jinými slovy, pokud mají dva atomy odlišný počet protonů, nejedná se o stejný prvek.

Počet protonů v prvku určuje jeho atomové číslo, Z. Vodík je nejlehčí prvek a má jeden proton (Z = 1); uran je nejtěžší přirozeně se vyskytující prvek a má 92 protonů (Z = 92). Každý proton, kterému je přiřazena hmotnost 1,00728 atomových hmotnostních jednotek (amu), má náboj označený jako +1.

Atomy mohou existovat pouze s protonem v jádře, jako je tomu v případě atomů vodíku. Jádro bez alespoň jednoho doprovázejícího protonu však není atom.

Neutrony mají podobnou velikost jako protony, mají amu 1,00867 a také obývají jádro atomů. Počet neutronů v atomu v nejstabilnější konfiguraci prvku je obvykle větší než počet protonů, přičemž tato nerovnost se s rostoucím atomovým číslem zvětšuje. Například atom vodíku má proton, ale žádné neutrony, zatímco atom helia má každý dva. Cín má na druhou stranu 50 protonů a 69 neutronů, zatímco uran 92 a 146 neutronů.

Počet protonů plus neutronů v atomu je jeho hmotnostní číslo, M. Počet neutronů v atomu je tedy jeho atomové hmotnostní číslo minus jeho atomové číslo nebo M - Z.

Pokud atom získá nebo ztratí neutrony, zůstane stejným prvkem, ale stane se izotopem tohoto prvku. Různé izotopy jsou identifikovány připojením M do levého horního rohu zkratky pro tento prvek. Například, ¹⁴C je izotop uhlíku (Z = 6), který má spíše osm neutronů než obvyklých šest.

Elektrony jsou malé (0,000549 amu), negativně nabité částice, které jsou popsány jako obíhající kolem protonů a neutronů, které tvoří jádro atomu, způsobem planet obíhajících kolem Slunce. Toto je přinejmenším hrubý popis, protože pokroky v kvantové fyzice vedly ke konceptu diskrétních orbitalů kolem jádra mezi kterými mohou elektrony „skákat“. Tyto orbitaly odpovídají různým úrovním elektromagnetické energie a jsou pojmenovány jako s, p, d a f. Pohyb elektronů vychází z toho, že mají náboj -1 a jsou přitahovány ke kladně nabitému jádru.

Normálně se počet elektronů v atomu rovná Z, což činí tyto atomy v celkovém náboji neutrální. Některé atomy mají různý počet protonů a elektronů, což vede k čistému kladnému nebo zápornému náboji. Tyto atomy se nazývají ionty.