Hva er et atom, elektron, nøytron og proton?

Atomet, avledet av et gresk ord som oversettes løst til "det som ikke kan deles", blir allment betraktet som den grunnleggende enheten i all materie. Atomer består av subatomære partikler kalt protoner, nøytroner og elektroner, med de to tidligere bosatt i atomkjernen og utgjør nesten all dens masse, og elektroner begrenset til orbitaler på kanten av atom. Antall protoner i naturlig forekommende atomer varierer fra 1 til 92; disse forskjellige atomer tilsvarer grunnstoffer, som har forskjellige elektrokjemiske egenskaper på grunn av deres varierende masse og det unike arrangementet av deres små bestanddeler i rommet.

Atomer er ekstremt små partikler og kan ikke deles videre bortsett fra på ekstraordinære måter. Tenk på brikkene som utgjør et puslespill. Disse kan teknisk skilles i mindre stykker papp og papir ved å ødelegge dem, men for praktiske formål er disse bitene de grunnleggende, udelelige elementene i puslespill.

Atomer består av protoner, som har en positiv elektrisk ladning; elektroner som har en negativ ladning; og nøytroner, som ikke har noen ladning. I et vanlig, elektrisk nøytralt atom er antallet protoner og antallet elektroner lik.

Atommassen til et atom er omtrent lik antall protoner pluss antall elektroner, siden massen av elektroner er praktisk talt ubetydelig.

Protonen er faktisk indekspartikkelen til ethvert atom. Det er antall protoner i et atom som bestemmer identiteten til elementet et atom tilhører; med andre ord, hvis to atomer har et annet antall protoner, er de ikke det samme elementet.

Antallet protoner i et element bestemmer atomnummeret, Z. Hydrogen er det letteste elementet og har ett proton (Z = 1); uran er det tyngste naturlig forekommende elementet og har 92 protoner (Z = 92). Hver proton, som er tildelt en masse på 1,00728 atommasseenheter (amu), har en ladning betegnet som +1.

Atomer kan eksistere med bare en proton i kjernen, slik tilfellet er med hydrogenatomer. En kjerne uten minst en medfølgende proton er imidlertid ikke et atom.

Nøytroner er like store som protoner, med en amu på 1.00867, og bor også i atomkjernen. Antall nøytroner i et atom i et elementets mest stabile konfigurasjon er vanligvis større enn antall protoner, med denne forskjellen som blir større når atomnummeret øker. Et hydrogenatom har for eksempel et proton, men ingen nøytroner, mens et heliumatom har to av hver. Tinn har derimot 50 protoner og 69 nøytroner, mens uran har henholdsvis 92 og 146.

Antallet protoner pluss nøytroner i et atom er dets massetall, M. Dermed er antall nøytroner i et atom dets atommassetall minus atomnummeret, eller M - Z.

Hvis et atom får eller mister nøytroner, forblir det det samme elementet, men blir en isotop av det elementet. Ulike isotoper identifiseres ved å føye M til øvre venstre hjørne av forkortelsen for det elementet. For eksempel, ¹⁴C er en isotop av karbon (Z = 6) som har åtte nøytroner i stedet for de vanlige seks.

Elektroner er små (0,000549 amu), negativt ladede partikler som er beskrevet som kretser rundt protonene og nøytronene som utgjør et atoms kjernen, på samme måte som planeter som kretser rundt solen. Dette er i beste fall en grov beskrivelse, men fremskritt innen kvantefysikk har ført til begrepet diskrete orbitaler om kjernen mellom hvilke elektroner kan "hoppe". Disse orbitalene tilsvarer forskjellige elektromagnetiske energinivåer og får navn som s, p, d og f. Bevegelsen til elektroner stammer fra at de har en ladning på -1 og tiltrekkes av den positivt ladede kjernen.

Normalt er antall elektroner i et atom lik Z, noe som gjør disse atomene nøytrale i total ladning. Noen atomer har forskjellige antall protoner og elektroner, noe som resulterer i en netto positiv eller negativ ladning. Disse atomene kalles ioner.