Vad är ett atom, elektron, neutron och proton?

Atomen, härledd från ett grekiskt ord som löst översätts till "det som inte kan delas", anses allmänt vara den materiella grundenheten. Atomer består av subatomära partiklar som kallas protoner, neutroner och elektroner, med de tidigare två som finns i atomens kärna och står för nästan hela dess massa, och elektroner begränsade till orbitaler på kanten av atom. Antalet protoner i naturligt förekommande atomer sträcker sig från 1 till 92; dessa olika atomer motsvarar element, som har olika elektrokemiska egenskaper på grund av deras varierande massor och det unika arrangemanget av deras små beståndsdelar i rymden.

Atomer är extremt små partiklar och kan inte delas vidare förutom på extraordinära sätt. Tänk på bitarna som utgör ett pussel. Dessa kan tekniskt delas in i mindre bitar av papp och papper genom att förstöra dem, men för praktiska ändamål är dessa bitar de grundläggande, odelbara delarna i pussel.

Atomer består av protoner, som har en positiv elektrisk laddning; elektroner, som har en negativ laddning; och neutroner, som inte har någon laddning. Således är antalet protoner och antalet elektroner i en vanlig, elektromagnetisk atom lika.

Atommassan för en atom är ungefär lika med antalet protoner plus antalet elektroner, eftersom massan av elektroner är praktiskt taget försumbar.

Protonen är i själva verket indexpartikeln för vilken atom som helst. Det är antalet protoner i en atom som bestämmer identiteten för det element en atom tillhör; med andra ord, om två atomer har olika antal protoner, är de inte samma element.

Antalet protoner i ett element bestämmer dess atomnummer, Z. Väte är det lättaste elementet och har en proton (Z = 1); uran är det tyngsta naturligt förekommande elementet och har 92 protoner (Z = 92). Varje proton, som tilldelas en massa av 1.00728 atommasseenheter (amu), har en laddning betecknad +1.

Atomer kan existera med bara en proton i sin kärna, vilket är fallet med väteatomer. En kärna utan åtminstone en medföljande proton är dock inte en atom.

Neutroner har samma storlek som protoner, med en amu på 1.00867 och bor också i atomkärnan. Antalet neutroner i en atom i ett grunds mest stabila konfiguration är vanligtvis större än antalet protoner, med denna skillnad blir större när atomantalet ökar. En väteatom har till exempel en proton men inga neutroner, medan en heliumatom har två av vardera. Tenn, å andra sidan, har 50 protoner och 69 neutroner, medan uran har 92 respektive 146.

Antalet protoner plus neutroner i en atom är dess massnummer, M. Antalet neutroner i en atom är således dess atommassantal minus dess atomnummer, eller M - Z.

Om en atom vinner eller förlorar neutroner förblir den samma element men blir en isotop för det elementet. Olika isotoper identifieras genom att lägga till M i det övre vänstra hörnet av förkortningen för det elementet. Till exempel, ¹⁴C är en isotop av kol (Z = 6) som har åtta neutroner snarare än de vanliga sex.

Elektroner är små (0,000549 amu), negativt laddade partiklar som beskrivs som kretsar kring protonerna och neutronerna som utgör en atoms kärna, på samma sätt som planeter som kretsar kring solen. Detta är dock i bästa fall en grov beskrivning, eftersom framsteg inom kvantfysik har lett till begreppet diskreta orbitaler om kärnan mellan vilka elektroner kan "hoppa". Dessa orbitaler motsvarar olika elektromagnetiska energinivåer och ges namn som s, p, d och f. Elektronernas rörelse härrör från att de har en laddning på -1 och attraheras av den positivt laddade kärnan.

Normalt är antalet elektroner i en atom lika med Z, vilket gör dessa atomer neutrala i total laddning. Vissa atomer har olika antal protoner och elektroner, vilket resulterar i en positiv eller negativ nettoladdning. Dessa atomer kallas joner.