כיצד למצוא כמה פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים נמצאים באיזוטופים

החומר מגיע בגדלים, צורות וצבעים רבים ושונים. שקול כלור, גז צהבהב או עופרת, מוצק אפור-שחור, או כספית, נוזל כסוף. שלושה אלמנטים שונים מאוד, כל חומר עשוי אטום מסוג אחד בלבד. ההבדלים בחומר מסתכמים בהבדלים הזעירים ביותר במבנה האטומי.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

הבן כי לאיזוטופים של יסוד יש מספר מסות שונה אך מספר זהה של פרוטונים. בעזרת הטבלה המחזורית, מצא את המספר האטומי של היסוד. המספר האטומי שווה למספר הפרוטונים. באטום מאוזן, מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים. באטום לא מאוזן, מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים בתוספת ההפך ממטען היונים. חשב את מספר הנויטרונים על ידי הפחתת המספר האטומי ממספר המסה. אם מספר המסה של איזוטופ ספציפי אינו ידוע, השתמש במסה האטומית מהטבלה המחזורית, המעוגלת למספר השלם הקרוב ביותר, פחות המספר האטומי כדי למצוא את המספר הממוצע של נויטרונים עבור ה- אֵלֵמֶנט.

שלושה חלקיקים עיקריים יוצרים כל אטום. פרוטונים ונויטרונים מקבצים בגרעין שבמרכז האטום. אלקטרונים יוצרים ענן מסתובב סביב הגרעין. פרוטונים ונויטרונים מהווים את מסת האטומים. אלקטרונים, זעירים לעומת הפרוטונים והנייטרונים, תורמים מעט מאוד למסה הכוללת של האטומים.

לאטומים מאותו יסוד יש אותו מספר פרוטונים. לכל אטומי הנחושת 29 פרוטונים. לכל אטומי הליום 2 פרוטונים. איזוטופים מתרחשים כאשר אטומים מאותו יסוד הם בעלי מסות שונות. מכיוון שמספר הפרוטונים של אלמנט אינו משתנה, ההבדל במסה מתרחש בגלל מספר שונה של נויטרונים. לנחושת, למשל, יש שני איזוטופים, נחושת -63 ונחושת -65. לנחושת 63 יש 29 פרוטונים ומספרם המוני של 63. לנחושת 65 יש 29 פרוטונים ומסה 65. להליום יש 2 פרוטונים וכמעט תמיד יש מספר מסה של 4. לעתים רחוקות מאוד, הליום יוצר את האיזוטופ הליום -3, שיש לו עדיין 2 פרוטונים אך יש לו מספר מסה 3.

שיטה אחת לכתיבת הנוסחה לאיזוטופ מציגה את שם היסוד או את הסמל ואחריו את המסה, כמו הליום -4 או He-4. זיהוי קצר יותר של איזוטופים מראה את מספר המסה ככתב עליון ואת המספר האטומי כתת-משנה, שניהם מוצגים לפני סמל האטום. לדוגמה, ⁴₂הוא מציין את איזוטופ הליום עם מסה מספר 4.

סידור הטבלה המחזורית של אלמנטים מספק מידע חיוני למציאת מספר הפרוטונים, הנויטרונים והאלקטרונים באטומים. הטבלה המחזורית המודרנית מסדרת את האלמנטים לפי הפרוטונים שלהם. לאלמנט הראשון על השולחן, מימן, יש פרוטון אחד. לאלמנט האחרון (לפחות בינתיים) על השולחן, Oganesson או Ununoctium, יש 118 פרוטונים.

המספר האטומי בטבלה המחזורית מזהה את מספר הפרוטונים בכל אטום של אותו יסוד. לנחושת, מספר אטומי 29, יש 29 פרוטונים. מציאת המספר האטומי של יסוד מגלה את מספר הפרוטונים.

ההבדל בין איזוטופים של יסוד תלוי במספר הנייטרונים. כדי למצוא את מספר הנויטרונים באיזוטופ, מצא את מספר המסה של האיזוטופ ואת המספר האטומי. המספר האטומי, או מספר הפרוטונים, נמצא בטבלה המחזורית. המסה האטומית, הנמצאת גם בטבלה המחזורית, היא הממוצע המשוקלל של כל האיזוטופים של היסוד. אם לא מזוהה איזוטופ, ניתן לעגל את המסה האטומית למספר השלם הקרוב ביותר ולהשתמש בה כדי למצוא את המספר הממוצע של נויטרונים.

לדוגמא, המסה האטומית של הכספית היא 200.592. לכספית יש כמה איזוטופים עם מספרים המוניים שנעים בין 196 ל -204. בעזרת המסה האטומית הממוצעת, חישבו את המספר הממוצע של נויטרונים על ידי עיגול ראשון של המסה האטומית בין 200.592 ל 201. עכשיו הפחיתו את מספר הפרוטונים, 80, ממסת האטום, 201-80, כדי למצוא את המספר הממוצע של נויטרונים, 121.

אם ידוע על מספר המסה של איזוטופ, ניתן לחשב את מספר הנויטרונים בפועל. השתמש באותה הנוסחה, מספר המסה פחות המספר האטומי, כדי לחשב את מספר הנויטרונים. במקרה של כספית, האיזוטופ הנפוץ ביותר הוא כספית -202. השתמש במשוואה, 202-80 = 122, כדי לגלות כי לכספית 202 יש 122 נויטרונים.

לאיזוטופ ניטראלי אין מטען, כלומר המטענים החיוביים והשליליים מאזנים באיזוטופ ניטרלי. באיזוטופ ניטרלי, מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים. כמו למצוא את מספר הפרוטונים, מציאת מספר האלקטרונים באיזוטופ ניטרלי מחייבת מציאת המספר האטומי של היסוד.

ביון, איזוטופ עם מטען חיובי או שלילי, מספר הפרוטונים אינו שווה למספר האלקטרונים. אם פרוטונים עולים על מספר אלקטרונים, לאיזוטופ יש מטענים חיוביים יותר מאשר מטענים שליליים. במילים אחרות, מספר הפרוטונים עולה על מספר האלקטרונים באותו המספר כמו המטען החיובי. אם מספר האלקטרונים עולה על מספר הפרוטונים, מטען היונים יהיה שלילי. כדי למצוא את מספר האלקטרונים, הוסף את ההפך מחוסר איזון המטען למספר הפרוטונים.

לדוגמא, אם לאיזוטופ יש מטען -3, כמו עם זרחן (מספר אטומי 15), אז מספר האלקטרונים גדול משלושה ממספר הפרוטונים. חישוב מספר האלקטרונים הופך ל -15 + (- 1) (- 3) או ל- 15 + 3 = 18, או ל- 18 אלקטרונים. אם לאיזוטופ יש מטען +2, כמו בסטרונציום (מספר אטומי 38), אז מספר האלקטרונים הוא שניים פחות ממספר הפרוטונים. במקרה זה, החישוב הופך ל -38 + (- 1) (+ 2) = 38-2 = 36, ולכן ליון יש 36 אלקטרונים. הקיצור הרגיל ליונים מראה את חוסר האיזון במטען ככתב עליון בעקבות הסמל האטומי. בדוגמא הזרחן, היון ייכתב כ- P^-3.