Mitä ovat atomi, elektroni, neutroni ja protoni?

Atomia, joka on johdettu kreikkalaisesta sanasta, joka kääntyy löyhästi "siihen, jota ei voida jakaa", pidetään laajalti kaiken aineen perusyksikkönä. Atomit koostuvat subatomisista hiukkasista, joita kutsutaan protoneiksi, neutroneiksi ja elektroneiksi, joista kaksi edellistä asuvat atomin ydin ja melkein koko sen massa, ja elektronit rajoittuvat kiertoradalle atomi. Protonien lukumäärä luonnossa esiintyvissä atomeissa vaihtelee välillä 1 - 92; nämä erilaiset atomit vastaavat alkuaineita, joilla on erilaiset sähkökemialliset ominaisuudet johtuen niiden vaihtelevasta massasta ja niiden pienten osien ainutlaatuisesta järjestelystä avaruudessa.

Atomit ovat erittäin pieniä hiukkasia, eikä niitä voida jakaa pidemmälle kuin poikkeuksellisilla keinoilla. Ajattele palapelejä. Ne voidaan teknisesti erottaa pienemmiksi pahvi- ja paperikappaleiksi tuhoamalla ne, mutta käytännön syistä nämä palat ovat palapelien perustavanlaatuisia, jakamattomia osia.

Atomit koostuvat protoneista, joilla on positiivinen sähkövaraus; elektronit, joilla on negatiivinen varaus; ja neutronit, joilla ei ole varausta. Täten tavallisessa, sähköisesti neutraalissa atomissa protonien ja elektronien lukumäärä on sama.

Atomin atomimassa on suunnilleen yhtä suuri kuin protonien lukumäärä plus elektronien lukumäärä, koska elektronien massa on käytännössä merkityksetön.

Protoni on itse asiassa minkä tahansa atomin indeksipartikkeli. Atomissa olevien protonien lukumäärä määrittää sen elementin identiteetin, johon atomi kuuluu; toisin sanoen, jos kahdella atomilla on erilainen määrä protoneja, ne eivät ole sama alkuaine.

Elementissä olevien protonien lukumäärä määrää sen atomiluvun Z. Vety on kevyin alkuaine ja siinä on yksi protoni (Z = 1); uraani on raskain luonnossa esiintyvä alkuaine, ja siinä on 92 protonia (Z = 92). Jokaisella protonilla, jolle on määritetty massa 1,00728 atomimassayksikköä (amu), on varaus, joka on merkitty +1.

Atomeja voi olla ytimessään vain protonin kanssa, kuten vetyatomien tapauksessa. Ydin, jossa ei ole ainakin yhtä mukana olevaa protonia, ei kuitenkaan ole atomi.

Neutronit ovat kooltaan samanlaisia ​​kuin protonit, joiden amu on 1,00867, ja ne elävät myös atomien ytimessä. Neutronien määrä atomissa vakaimmassa kokoonpanossa on yleensä suurempi kuin protonien lukumäärä, jolloin tämä ero kasvaa atomien määrän kasvaessa. Esimerkiksi vetyatomissa on protoni, mutta ei neutroneja, kun taas heliumatomissa on kaksi kumpaakin. Tinassa on toisaalta 50 protonia ja 69 neutronia, kun taas uraanissa on vastaavasti 92 ja 146.

Protonien ja neutronien lukumäärä atomissa on sen massanumero M. Siten neutronien lukumäärä atomissa on sen atomimassa miinus atomiluku tai M - Z.

Jos atomi saa tai menettää neutroneja, se pysyy samana elementtinä, mutta siitä tulee kyseisen elementin isotooppi. Eri isotoopit tunnistetaan liittämällä M kyseisen elementin lyhenteen vasempaan yläkulmaan. Esimerkiksi, ¹⁴C on hiilen isotooppi (Z = 6), jossa on kahdeksan neutronia tavallisten kuuden sijaan.

Elektronit ovat pieniä (0,000549 amu) negatiivisesti varautuneita hiukkasia, joiden kuvataan kiertävän atomin ytimen muodostavia protoneja ja neutroneja ympäri aurinkoa kiertävien planeettojen tapaan. Tämä on parhaimmillaan karkea kuvaus, koska kvanttifysiikan kehitys on johtanut käsitteeseen erillisistä orbitaaleista ytimen ympärillä joiden välillä elektronit voivat "hypätä". Nämä kiertoradat vastaavat erilaisia ​​sähkömagneettisia energiatasoja ja niille annetaan nimiä kuten s, p, d ja f. Elektronien liike johtuu siitä, että niiden varaus on -1 ja jotka ovat houkutelleet positiivisesti varautuneeseen ytimeen.

Normaalisti elektronien määrä atomissa on yhtä suuri kuin Z, jolloin nämä atomit ovat neutraaleja kokonaisvarastossa. Joillakin atomeilla on erilainen määrä protoneja ja elektroneja, mikä johtaa positiiviseen tai negatiiviseen nettovaraukseen. Näitä atomeja kutsutaan ioneiksi.