Građa atoma

Tri čestice imaju različite uloge

Proton ima naboj +e i nalazi se u jezgri. Broj protona Z jest atomski broj; promjena Z znači drugi element. Neutron nema neto električni naboj, a promjena broja neutrona stvara drugi izotop istog elementa.

Elektron ima naboj −e i masu približno 1/1836 mase protona. Neutralan atom ima jednak broj elektrona i protona. Uklanjanje ili dodavanje elektrona stvara ion, ali ne mijenja identitet jezgre.

Atomski broj, maseni broj i naboj

Maseni broj A broji protone i neutrone, pa je N = A − Z. Za ²³₁₁Na vrijedi Z = 11, A = 23 i N = 12. Ion ²³Na⁺ i dalje ima 11 protona i 12 neutrona, ali samo 10 elektrona.

Naboj iona proizlazi iz neravnoteže protona i elektrona: q/e = Z − N_e. A se ne smije zamijeniti s relativnom atomskom masom u periodnom sustavu; ona je često ponderirani prosjek izotopskih masa.

Jezgra je mala, ali nosi gotovo svu masu

Polumjer jezgre približno je sto tisuća puta manji od polumjera atoma. Većina volumena atoma pripada prostoru elektronskog oblaka, dok je gotovo sva masa koncentrirana u jezgri.

Elektrone za pozitivnu jezgru veže elektromagnetska privlačnost. Protoni se u jezgri električki odbijaju, ali na vrlo kratkim udaljenostima jaka nuklearna interakcija može vezati protone i neutrone.

Orbitala nije putanja

Rutherfordovi pokusi pokazali su malu gustu jezgru, ali klasični elektroni u putanjama nisu objasnili stabilnost atoma ni spektre. Kvantna mehanika zamijenila je fiksne putanje valnim funkcijama i orbitalama.

Orbitala je kvantno stanje, a |ψ|² određuje gustoću vjerojatnosti mjerenja položaja elektrona. Nacrtana granica orbitale obično obuhvaća odabrani dio vjerojatnosti i nije tvrda površina atoma.

Model mora odgovarati mjerenjima

Katodne zrake otkrile su elektrone, Millikanov pokus njihov naboj, Rutherfordovo raspršenje jezgru, atomski spektri diskretne energije, a Chadwickovi pokusi neutron.

Svaki je korak ispravio stariju sliku. Model atoma zato je alat za predviđanje elektronske konfiguracije, spektara, ionizacije i veza, a ne fotografija mikroskopske stvarnosti. Razlika kemijske i nuklearne skale ključna je: kemijski procesi ponajprije preraspodjeljuju elektrone, dok nuklearne reakcije mijenjaju nukleone i uključuju mnogo veće energije.

Riješeni primjeri