Mis on aatom, elektron, neutron ja prooton?

Aatomit, mis on tuletatud kreeka sõnast, mis tõlgib lõdvalt sõnaks "see, mida ei saa jagada", peetakse laialdaselt kogu aine põhiüksuseks. Aatomid koosnevad subatoomsetest osakestest, mida nimetatakse prootoniteks, neutroniteks ja elektronideks, kusjuures kaks esimest elavad aatomites aatomi tuum ja moodustab peaaegu kogu selle massi ning elektronid piirduvad orbiitidega aatom. Prootonite arv looduses esinevates aatomites on vahemikus 1 kuni 92; need erinevad aatomid vastavad elementidele, millel on erinevad elektrokeemilised omadused tänu nende erinevale massile ja nende väikeste koostisosade ainulaadsele paigutusele ruumis.

Aatomid on äärmiselt väikesed osakesed ja neid ei saa edasi jagada, välja arvatud erakordsete vahenditega. Mõelge tükkidele, millest mosaiikpildi moodustab. Neid saab tehniliselt jagada hävitades väiksemateks papp- ja paberitükkideks, kuid praktilistel eesmärkidel on need tükid mosaiikpildi põhilised, jagamatud elemendid.

Aatomid koosnevad prootonitest, millel on positiivne elektrilaeng; elektronid, mis kannavad negatiivset laengut; ja neutronid, millel pole laengut. Seega tavalises elektriliselt neutraalses aatomis on prootonite arv ja elektronide arv võrdne.

Aatomi aatommass on ligikaudu võrdne prootonite arvu pluss elektronide arvuga, kuna elektronide mass on praktiliselt tühine.

Prooton on tegelikult mis tahes aatomi indeksosake. See on aatomi prootonite arv, mis määrab elemendi, kuhu aatom kuulub; teisisõnu, kui kahel aatomil on erinev prootonite arv, pole nad sama element.

Prootonite arv elemendis määrab selle aatomnumbri Z. Vesinik on kõige kergem element ja sellel on üks prooton (Z = 1); uraan on looduslikult kõige raskem element ja sellel on 92 prootonit (Z = 92). Igal prootonil, millele on määratud massiks 1,00728 aatommassiühikut (amu), on laeng tähistatud kui +1.

Aatomid võivad eksisteerida ainult tuumas oleva prootoniga, nagu vesinikuaatomite puhul. Tuum, millel puudub vähemalt üks kaasnev prooton, ei ole siiski aatom.

Neutronid on suuruselt sarnased prootonitega, nende amu on 1,00867, ja need elavad ka aatomite tuumas. Elemendi kõige stabiilsemas konfiguratsioonis oleva aatomi neutronite arv on tavaliselt suurem kui prootonite arv, kusjuures see erinevus suureneb aatomite arvu suurenemisel. Näiteks vesinikuaatomil on prooton, kuid sellel pole neutroneid, heeliumi aatomil aga mõlemat. Tinas on seevastu 50 prootonit ja 69 neutronit, uraanis aga vastavalt 92 ja 146.

Prootonite ja neutronite arv aatomis on selle massinumber M. Seega on neutronite arv aatomis tema aatomimassi arv, millest on lahutatud aatomi number, ehk M - Z.

Kui aatom omandab või kaotab neutronid, jääb see samaks elemendiks, kuid muutub selle elemendi isotoopiks. Erinevad isotoopid identifitseeritakse, lisades M selle elemendi lühendi vasakusse ülanurka. Näiteks, ¹⁴C on süsiniku isotoop (Z = 6), millel on tavalise kuue asemel kaheksa neutronit.

Elektronid on pisikesed (0,000549 amu) negatiivselt laetud osakesed, mida kirjeldatakse ümber aatomi tuuma moodustavate prootonite ja neutronite orbiidina, nagu planeedid, mis tiirlevad ümber päikese. See on parimal juhul umbkaudne kirjeldus, sest kvantfüüsika areng on viinud tuuma ümbritsevate diskreetsete orbitaalide kontseptsioonini mille vahel elektronid võivad "hüpata". Need orbitaalid vastavad erinevatele elektromagnetilise energia tasemetele ja neile antakse sellised nimed nagu s, p, d ja f. Elektronide liikumine tuleneb sellest, et nende laeng on -1 ja neid tõmbab positiivselt laetud tuum.

Tavaliselt on elektronide arv aatomis võrdne Z-ga, muutes need aatomid üldises laengus neutraalseks. Mõnel aatomil on erinev prootonite ja elektronide arv, mille tulemuseks on positiivne või negatiivne netolaeng. Neid aatomeid nimetatakse ioonideks.