Što su atom, elektron, neutron i proton?

Atom, izveden iz grčke riječi koja se labavo prevodi u "ono što se ne može podijeliti", široko se smatra temeljnom jedinicom sve tvari. Atomi se sastoje od subatomskih čestica nazvanih protoni, neutroni i elektroni, a prva dva borave u jezgra atoma i čini gotovo svu njegovu masu, a elektroni ograničeni na orbitale na rubu atom. Broj protona u prirodnim atomima kreće se od 1 do 92; ti različiti atomi odgovaraju elementima koji imaju različita elektrokemijska svojstva zbog različitih masa i jedinstvenog rasporeda njihovih sitnih sastavnih čestica u prostoru.

Atomi su izuzetno male čestice i ne mogu se dalje dijeliti, osim izvanrednim sredstvima. Razmislite o dijelovima koji čine slagalicu. Tehnički ih se može razdvojiti na manje dijelove kartona i papira uništavanjem, ali u praktične svrhe ti su dijelovi temeljni, nedjeljivi elementi slagalica.

Atomi se sastoje od protona koji nose pozitivan električni naboj; elektroni koji nose negativni naboj; i neutroni, koji ne nose naboj. Tako je u običnom, električki neutralnom atomu, broj protona i broj elektrona jednak.

Atomska masa atoma približno je jednaka broju protona plus broju elektrona, jer je masa elektrona praktički zanemariva.

Proton je u stvari indeksna čestica bilo kojeg atoma. Broj protona u atomu određuje identitet elementa kojem atom pripada; drugim riječima, ako dva atoma imaju različit broj protona, oni nisu isti element.

Broj protona u elementu određuje njegov atomski broj, Z. Vodik je najlakši element i ima jedan proton (Z = 1); uran je najteži prirodni element i ima 92 protona (Z = 92). Svaki proton, kojem je dodijeljena masa 1.00728 atomskih masenih jedinica (amu), ima naboj označen s +1.

Atomi mogu postojati samo s protonom u svojoj jezgri, kao što je slučaj s atomima vodika. Jezgra bez barem jednog pratećeg protona, međutim, nije atom.

Neutroni su slični veličini protona, s amu od 1,00867, a također nastanjuju jezgru atoma. Broj neutrona u atomu u najstabilnijoj konfiguraciji elementa obično je veći od broja protona, s tim da taj nesklad postaje veći kako atomski broj raste. Atom vodika, na primjer, ima proton, ali ne i neutrone, dok atom helija ima po dva. Tin, s druge strane, ima 50 protona i 69 neutrona, dok uran ima 92, odnosno 146.

Broj protona plus neutrona u atomu je njegov maseni broj, M. Stoga je broj neutrona u atomu njegov atomski masni broj umanjen za njegov atomski broj, ili M - Z.

Ako atom dobije ili izgubi neutrone, ostaje isti element, ali postaje izotop tog elementa. Različiti izotopi identificiraju se dodavanjem M u gornji lijevi kut kratice za taj element. Na primjer, ¹⁴C je izotop ugljika (Z = 6) koji ima osam neutrona, a ne uobičajenih šest.

Elektroni su malene (0,000549 amu), negativno nabijene čestice za koje je opisano da kruže oko protona i neutrona koji čine jezgru atoma, na način planeta koji kruže oko Sunca. Ovo je u najboljem slučaju grub opis, budući da je napredak u kvantnoj fizici doveo do koncepta diskretnih orbitala oko jezgre između kojih elektroni mogu "skakati". Te orbitale odgovaraju različitim razinama elektromagnetske energije i daju im imena poput s, p, d i f. Kretanje elektrona proizlazi iz toga što imaju naboj od -1 i što ih privlači pozitivno nabijena jezgra.

Obično je broj elektrona u atomu jednak Z, što čini te atome neutralnima u ukupnom naboju. Neki atomi imaju različit broj protona i elektrona, što rezultira neto pozitivnim ili negativnim nabojem. Ti se atomi nazivaju ioni.