Stavba atomu

Tři částice mají tři různé úlohy

Proton má náboj +e a leží v jádře. Počet protonů Z je protonové číslo; změna Z znamená jiný chemický prvek. Neutron nemá výsledný elektrický náboj a změna počtu neutronů vytváří jiný izotop téhož prvku.

Elektron má náboj −e a hmotnost asi 1/1836 hmotnosti protonu. Neutrální atom má stejný počet elektronů a protonů. Odebrání nebo přidání elektronů vytváří ion, ale nemění identitu jádra.

Protonové číslo, nukleonové číslo a náboj

Nukleonové číslo A počítá protony a neutrony, proto N = A − Z. Pro ²³₁₁Na je Z = 11, A = 23 a N = 12. Ion ²³Na⁺ má stále 11 protonů a 12 neutronů, ale jen 10 elektronů.

Náboj iontu plyne z nerovnováhy protonů a elektronů: q/e = Z − N_e. A nelze zaměňovat s relativní atomovou hmotností v periodické tabulce; ta bývá váženým průměrem izotopových hmotností.

Jádro je malé, ale nese téměř všechnu hmotnost

Poloměr jádra je přibližně stotisíckrát menší než poloměr atomu. Většina objemu atomu odpovídá prostoru elektronového oblaku, zatímco téměř veškerá hmotnost je soustředěna v jádře.

Elektrony váže k pozitivnímu jádru elektromagnetická přitažlivost. Protony se v jádře elektricky odpuzují, avšak na velmi krátkých vzdálenostech může silná jaderná interakce vázat protony a neutrony.

Orbital není dráha

Rutherfordovy experimenty ukázaly malé husté jádro, ale klasické obíhající elektrony nevysvětlily stabilitu atomu ani spektra. Kvantová mechanika nahradila pevné dráhy vlnovými funkcemi a orbitaly.

Orbital je kvantový stav a |ψ|² určuje hustotu pravděpodobnosti nalezení elektronu. Nakreslená hranice orbitalu obvykle uzavírá zvolenou část pravděpodobnosti, takže nejde o tvrdý povrch atomu.

Model musí obstát proti experimentu

Katodové paprsky odhalily elektrony, Millikanův pokus jejich náboj, Rutherfordův rozptyl jádro, atomová spektra diskrétní energie a Chadwickovy experimenty neutron.

Každý krok opravil starší obraz. Atomový model je proto nástroj pro předpovědi elektronové konfigurace, spekter, ionizace a vazeb, nikoli fotografie mikroskopické skutečnosti. Rozdíl chemické a jaderné škály je zásadní: chemické děje přeskupují především elektrony, zatímco jaderné reakce mění nukleony a pracují s řádově většími energiemi.

Řešené příklady