Що таке атом, електрон, нейтрон і протон?

Атом, похідне від грецького слова, що вільно перекладається як "те, що не можна розділити", широко вважається фундаментальною одиницею всієї матерії. Атоми складаються з субатомних частинок, які називаються протонами, нейтронами та електронами, причому перші два мешкають в ядро атома і складає майже всю його масу, а електрони, приурочені до орбіталей на краю атом. Кількість протонів у природних атомах коливається від 1 до 92; ці різні атоми відповідають елементам, які мають різні електрохімічні властивості завдяки різній масі та унікальному розташуванню крихітних складових частинок у просторі.

Атоми - надзвичайно дрібні частинки, і їх неможливо розділити далі, крім як надзвичайними способами. Подумайте, з яких частин складається головоломка. Їх технічно можна розділити на менші шматки картону та паперу, знищивши їх, але для практичних цілей ці шматки є основними, неподільними елементами пазлів.

Атоми складаються з протонів, які несуть позитивний електричний заряд; електрони, які несуть негативний заряд; і нейтрони, які не несуть заряду. Таким чином, у звичайному, електрично нейтральному атомі, кількість протонів і число електронів дорівнює.

Атомна маса атома приблизно дорівнює кількості протонів плюс кількості електронів, оскільки маса електронів практично незначна.

Протон, по суті, є індексною частинкою будь-якого атома. Саме кількість протонів в атомі визначає ідентичність елемента, до якого належить атом; іншими словами, якщо два атоми мають різну кількість протонів, вони не є однаковим елементом.

Кількість протонів в елементі визначає його атомний номер, Z. Водень - найлегший елемент і має один протон (Z = 1); Уран є найважчим природним елементом і має 92 протони (Z = 92). Кожен протон, якому присвоєна маса 1,00728 одиниць атомної маси (аму), має заряд, позначений як +1.

Атоми можуть існувати лише з протоном у своєму ядрі, як це відбувається з атомами водню. Однак ядро ​​без хоча б одного супроводжуючого протона не є атомом.

Нейтрони за розмірами схожі на протони, амур яких становить 1,00867, а також населяють ядро ​​атомів. Кількість нейтронів в атомі в найбільш стабільній конфігурації елемента зазвичай перевищує кількість протонів, причому ця диспропорція стає більшою із збільшенням атомного числа. Наприклад, атом Гідрогену має протон, але нейтронів не має, тоді як атом гелію має по два з кожного. З іншого боку, олово має 50 протонів та 69 нейтронів, тоді як уран має 92 і 146 відповідно.

Кількість протонів плюс нейтронів в атомі є його масовим числом, М. Таким чином, число нейтронів в атомі є його атомним масовим числом мінус атомний номер, або M - Z.

Якщо атом отримує або втрачає нейтрони, він залишається тим самим елементом, але стає ізотопом цього елемента. Різні ізотопи ідентифікуються, додаючи М у верхній лівий кут абревіатури для цього елемента. Наприклад, ¹⁴С - ізотоп вуглецю (Z = 6), який має вісім нейтронів, а не звичайні шість.

Електрони - крихітні (0,000549 аму), негативно заряджені частинки, які описуються як орбіти протонів та нейтронів, що складають ядро ​​атома, як планети, що обертаються навколо Сонця. Однак у кращому випадку це приблизний опис, оскільки досягнення квантової фізики призвели до концепції дискретних орбіталей навколо ядра між якими можуть «стрибати» електрони. Ці орбіталі відповідають різним рівням електромагнітної енергії і отримують такі назви, як s, p, d та f. Рух електронів відбувається через те, що вони мають заряд -1 і притягуються до позитивно зарядженого ядра.

Зазвичай кількість електронів в атомі дорівнює Z, роблячи ці атоми нейтральними за загальним зарядом. Деякі атоми мають різну кількість протонів та електронів, що призводить до чистого позитивного чи негативного заряду. Ці атоми називаються іонами.