Mitkä ovat protonien, neutronien ja elektronien maksut?

Atomit koostuvat kolmesta eri varauksellisesta partikkelista: positiivisesti varautuneesta protonista, negatiivisesti varautuneesta elektronista ja neutraalista neutronista. Protonin ja elektronin varaukset ovat suuruudeltaan yhtä suuria, mutta suunnassaan vastakkaisia. Vahva voima pitää protonit ja neutronit yhdessä atomin ytimessä. Ydintä ympäröivän elektronipilven sisällä olevat elektronit pidetään atomissa paljon heikommalla sähkömagneettisella voimalla.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Tämä on yksinkertaista: elektroneilla on negatiivinen varaus, protoneilla on positiivinen varaus ja neutronit - kuten nimestä käy ilmi - ovat neutraaleja.

Elementit erotetaan toisistaan ​​niiden ytimessä olevien protonien lukumäärän mukaan. Esimerkiksi hiiliatomien ytimessä on kuusi protonia. Atomit, joissa on seitsemän protonia, ovat typpiatomeja. Kunkin alkuaineen protonien lukumäärä tunnetaan atomilukuna, eikä se muutu kemiallisissa reaktioissa. Toisin sanoen reaktion alussa olevat alkuaineet - reaktantit - ovat samat alkuaineet reaktion lopussa - tunnetaan tuotteina.

Vaikka elementeillä on tietty määrä protoneja, saman elementin atomilla voi olla erilainen määrä neutroneja ja niitä kutsutaan isotoopeiksi. Esimerkiksi vedyllä on kolme isotooppia, joista jokaisella on yksi protoni. Protium on vedyn isotooppi, jossa ei ole neutroneja, deuteriumissa on yksi neutroni ja tritiumissa on kaksi neutronia. Vaikka neutronien lukumäärä voi vaihdella isotooppien välillä, kaikki isotoopit käyttäytyvät kemiallisesti samalla tavalla.

Elektronit eivät ole sitoutuneet atomiin yhtä tiukasti kuin protonit ja neutronit. Tämä sallii elektronien häviämisen, hankkimisen tai jopa jakamisen atomien välillä. Elektroneja menettävät atomit muuttuvat ioneiksi +1-varauksella, koska protoneja on nyt yksi enemmän kuin elektroneja. Elektroneja saavilla atomilla on yksi elektroni enemmän kuin protoneilla ja niistä tulee -1-ioni. Kemialliset sidokset, jotka pitävät atomeja yhdessä muodostaen yhdisteitä, johtuvat näistä muutoksista elektronien lukumäärässä ja järjestelyssä.

Atomin massa määräytyy ytimen protonien ja neutronien lukumäärän mukaan. Elektroneilla on niin pieni massaosuus verrattuna protoneihin ja neutroneihin, että ne jätetään yleensä huomiotta atomin massaa määritettäessä. Protonien ja neutronien summa tunnetaan atomimassana ja se on erilainen jokaiselle isotoopille. Esimerkiksi vedyn isotooppiprotumilla on yksi protoni ja yhden atomimassa. Deuteriumissa, jossa on yksi protoni ja yksi neutroni, on atomimassa kaksi.

Kemiallisissa reaktioissa on mukana monia, monia atomeja, ja luonnossa nämä atomit ovat isotooppien seosta. Elementin atomipaino on elementin atomimassa, joka on painotettu näytteessä olevien isotooppien prosenttiosuudella. Suurin osa vetyatomista on protium-isotooppeja, joiden atomimassa on yksi. Pieni prosenttiosuus näistä atomeista on kuitenkin deuterium, jonka atomimassa on kaksi, ja tritium, jonka atomimassa on kolme. Siten vetyatominäytteen atomipaino olisi 1,008 johtuen näiden raskaampien isotooppien pienestä määrästä, joka nostaa hieman keskimääräistä atomimassaa. Huomaa, että isotooppien prosenttiosuus voi vaihdella näytteiden välillä, mutta on yleensä hyvin samanlainen.