Mini-kurzus
Az atom felépítése
Az atom egy parányi, pozitív töltésű atommagból és az azt körülvevő elektronfelhőből áll. Az atommag protonjai határozzák meg, melyik elemről van szó; a neutronok az izotópot, az elektronok elrendeződése pedig nagyrészt a kémiai viselkedést szabja meg.
Mi található az atommagban?
A proton töltése +1 elemi töltés, a neutroné 0. Mindkettő tömege közel egy atomi tömegegység, ezért az atom tömegének döntő része a rendkívül kis térfogatú atommagban összpontosul. A rendszám, Z, a protonok száma: ha Z=8, az elem mindig oxigén, függetlenül a neutronok vagy elektronok számától.
Az elektronok nem apró bolygók
Az elektronokat nem célszerű klasszikus részecskékként, rögzített körpályákon elképzelni. A kvantummechanika olyan állapotokkal és orbitálokkal írja le őket, amelyek az elektron megtalálási valószínűségét és energiáját jellemzik. Az „elektronfelhő” ezért modell: azt mutatja meg, hol valószínű az elektron jelenléte, nem egy megrajzolható pályát.
Semleges atom és ion
Semleges atomban a protonok és elektronok száma azonos, így a töltések kiegyenlítik egymást. Ha egy nátriumatom, amelynek 11 protonja és 11 elektronja van, elveszít egy elektront, Na⁺ keletkezik: a protonok száma továbbra is 11, de már csak 10 elektron marad. Az elem azonossága nem változik, csak a nettó töltése.
Méret és üres tér
Az atommag sugara nagyságrendekkel kisebb az atom teljes sugaránál. Ezért az atom térfogatának nagy része nem tömör anyag, hanem az elektronállapotok által meghatározott tér. Ez nem azt jelenti, hogy „semmi sincs ott”: az elektromos kölcsönhatás és a kvantumállapotok határozzák meg, hogyan közelíthet két atom egymáshoz.
Miért fontos ez a kémiában?
A kémiai reakciókban rendszerint nem az atommag változik, hanem a külső elektronok rendeződnek át. Ezért ugyanaz az atommodell egyszerre magyarázza az ionképződést, a kémiai kötéseket és a periódusos rendszer mintázatait. Az atommag szerkezete akkor kerül előtérbe, amikor izotópokról vagy radioaktív átalakulásokról beszélünk.
Gyakori hiba
Ne keverd össze a tömegszámot a rendszámmal. A rendszám Z csak a protonok száma, a tömegszám A pedig protonok + neutronok. Egy ion töltése viszont a protonok és elektronok számának különbségéből adódik.
A modell határai
Az egyszerű mag–elektronfelhő kép jó kiindulópont, de nem mond el mindent. Többelektronos atomokban az elektronok egymást is taszítják, az energiák pedig a kvantumszámoktól és az árnyékolástól függnek. Ezért a periódusos rendszer részleteihez az atom szerkezetét nemcsak részecskeszámmal, hanem elektronállapotokkal is le kell írni.
Próbáld ki
Egy részecskének 17 protonja, 18 elektronja és 20 neutronja van. Melyik elem, mi a töltése és mennyi a tömegszáma?
Megoldás
Z=17, tehát klór. Egy elektronnal több van, mint proton, ezért a töltés −1: Cl⁻. A tömegszám A=17+20=37.