Budowa atomu

Trzy cząstki pełnią różne role

Proton ma ładunek +e i znajduje się w jądrze. Liczba protonów Z jest liczbą atomową: jeśli zmienimy Z, otrzymujemy inny pierwiastek. Neutron nie ma ładunku elektrycznego netto; zmiana liczby neutronów tworzy inny izotop tego samego pierwiastka.

Elektron ma ładunek −e i masę około 1/1836 masy protonu. Neutralny atom ma tyle samo elektronów co protonów. Utrata lub przyłączenie elektronów tworzy jon, ale nie zmienia tożsamości jądra.

Liczba atomowa, liczba masowa i ładunek

Liczba masowa A liczy protony i neutrony, dlatego N = A − Z. Dla ²³₁₁Na mamy Z = 11, A = 23 i N = 12. Jon ²³Na⁺ ma nadal 11 protonów i 12 neutronów, lecz tylko 10 elektronów.

Ładunek jonu wynika z nierównowagi protonów i elektronów: q/e = Z − N_e. Nie należy mylić liczby masowej A z masą atomową z układu okresowego; ta druga jest zwykle średnią ważoną mas izotopowych.

Jądro jest małe, ale zawiera prawie całą masę

Promień jądra jest około sto tysięcy razy mniejszy od promienia atomu. Większość objętości atomu odpowiada przestrzeni, w której rozciąga się chmura elektronowa, natomiast prawie cała masa skupia się w jądrze.

Elektrony są związane z dodatnim jądrem oddziaływaniem elektromagnetycznym. W jądrze protony odpychają się elektrycznie, ale na bardzo małych odległościach silne oddziaływanie jądrowe może wiązać protony i neutrony.

Orbital nie jest torem ruchu

Doświadczenia Rutherforda wykazały małe, gęste jądro, lecz klasyczny model orbitujących elektronów nie potrafił wyjaśnić stabilności atomu ani widm. Mechanika kwantowa zastąpiła ustalone orbity funkcjami falowymi i orbitalami.

Orbital jest stanem kwantowym; |ψ|² określa gęstość prawdopodobieństwa znalezienia elektronu. Granica rysowanego orbitalu obejmuje umowną część prawdopodobieństwa, więc nie jest twardą powierzchnią atomu.

Model musi być zgodny z doświadczeniem

Promienie katodowe ujawniły elektrony, doświadczenie Millikana wyznaczyło ich ładunek, rozpraszanie Rutherforda wskazało jądro, widma atomowe pokazały dyskretne energie, a doświadczenia Chadwicka potwierdziły neutron.

Każdy etap poprawiał wcześniejszy model. Dlatego schemat atomu jest narzędziem do przewidywania wyników — konfiguracji elektronowej, widm, jonizacji i wiązań — a nie fotografią mikroskopowej rzeczywistości.

Przykłady rozwiązane