Gli atomi costituiscono tutta la materia. Tutto con massa e volume, grande o piccolo, contiene atomi. Abbastanza sorprendentemente, i minuscoli atomi contengono particelle ancora più piccole. Protoni, neutroni ed elettroni sono i tre componenti principali di tutti gli atomi. Il numero e la disposizione di queste tre particelle inimmaginabilmente piccole determina le proprietà e il comportamento degli atomi che le contengono.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Per trovare il numero di neutroni in un isotopo, sottrarre il numero di protoni dalla massa atomica dell'isotopo. Il numero atomico dell'elemento è uguale al numero di protoni. Il calcolo del numero di neutroni diventa quindi massa atomica dell'isotopo meno il numero atomico dell'elemento è uguale al numero di neutroni. Per l'uranio-235, numero atomico 92, il numero di neutroni è 235-92=143, ovvero 143 neutroni.
Particelle negli atomi
Quasi tutti gli atomi contengono tre particelle principali: protoni, neutroni ed elettroni. Protoni e neutroni costituiscono il nucleo, o centro, dell'atomo. Gli elettroni, molto più piccoli dei protoni e dei neutroni, circondano il nucleo, sfrecciando alla velocità della luce. I protoni hanno carica positiva, i neutroni non hanno carica e gli elettroni hanno carica negativa. In un atomo neutro, il numero di protoni è uguale al numero di elettroni, ma il numero di neutroni non è sempre uguale al numero di protoni.
Identificare gli atomi
Il numero di protoni in un atomo determina il tipo di elemento formato dall'atomo. L'idrogeno, primo elemento della tavola periodica, ha un solo protone. L'elio, secondo nella tavola periodica, ha due protoni. L'oro, numero 79 sulla tavola periodica, ha 79 protoni. La tavola periodica degli elementi mostra gli elementi in ordine di numero di protoni negli atomi.
Isotopi degli atomi
Un isotopo di un elemento significa atomi con lo stesso numero atomico ma diversi numeri di massa. Quindi, gli isotopi di un elemento hanno un diverso numero di neutroni. L'idrogeno ha tre isotopi. L'idrogeno, la forma più comune dell'atomo, ha un protone e un elettrone. Il deuterio, un isotopo dell'idrogeno, ha ancora solo un protone e un elettrone, ma ha anche un neutrone. Il trizio, un altro isotopo dell'idrogeno, ha ancora solo un protone e un elettrone ma ha due neutroni.
Calcolo dei neutroni
La massa di un atomo è costituita dalle masse combinate dei protoni e dei neutroni. La massa degli elettroni è trascurabile nella massa complessiva dell'atomo. I protoni misurano circa un'unità di massa atomica e i neutroni misurano solo poco più di un'unità di massa atomica. Per trovare il numero di neutroni nell'atomo, sottrai il numero atomico dalla massa atomica.
Il numero atomico e la massa atomica media possono essere trovati sulla tavola periodica. Tuttavia, la massa dei diversi isotopi è spesso scritta come parte del nome dell'isotopo. Uranio-235 significa l'elemento uranio, numero atomico 92, ha 92 protoni e una massa atomica di 235. D'altra parte, l'uranio-238 ha una massa di 238 ma ha ancora solo 92 protoni. Un metodo alternativo per scrivere un isotopo mostra la massa atomica come apice e il numero atomico come pedice. L'uranio-235 potrebbe anche essere scritto come 23592 U dove U è l'abbreviazione standard per l'uranio.
Usando gli isotopi dell'idrogeno come esempi, l'atomo "normale" di idrogeno ha una massa atomica di 1 e il numero atomico è 1, il che significa che l'atomo ha solo un protone. Usando la formula, la massa atomica di 1 meno il numero atomico, o numero di protoni, di 1 dà l'equazione 1-1=0, quindi l'atomo di idrogeno ha 0 neutroni. D'altra parte, il trizio, un isotopo dell'idrogeno, ha una massa atomica di 3 ma il numero atomico dell'idrogeno rimane 1 perché l'atomo ha un solo protone. Usando l'equazione, la massa atomica meno il numero atomico è uguale al numero di neutroni, dà 3-1=2, quindi il trizio ha 2 neutroni.
Un altro elemento comune, il carbonio, ha anche diversi isotopi. L'atomo di carbonio normale, numero atomico 6, ha massa atomica 12. Usando la formula, la massa atomica meno il numero atomico è uguale al numero di neutroni, mostra 12-6=6, quindi l'atomo di carbonio-12 ha 6 neutroni. Il carbonio-14, utilizzato per la datazione radioattiva di fossili di età inferiore a 10.000 anni, ha ancora 6 protoni ma ha una massa atomica di 14. Calcolare il numero di neutroni usa la stessa formula, quindi 14-6=8, quindi il carbonio-14 ha 8 neutroni nel suo nucleo.