Stavba atómu

Tri častice majú tri odlišné úlohy

Protón má náboj +e a nachádza sa v jadre. Počet protónov Z je protónové číslo; zmena Z znamená iný chemický prvok. Neutrón nemá výsledný elektrický náboj a zmena počtu neutrónov vytvorí iný izotop toho istého prvku.

Elektrón má náboj −e a hmotnosť približne 1/1836 hmotnosti protónu. Neutrálny atóm má rovnaký počet elektrónov a protónov. Odobratie alebo pridanie elektrónov vytvára ión, ale nemení identitu jadra.

Protónové číslo, nukleónové číslo a náboj

Nukleónové číslo A počíta protóny a neutróny, preto N = A − Z. Pre ²³₁₁Na je Z = 11, A = 23 a N = 12. Ión ²³Na⁺ má stále 11 protónov a 12 neutrónov, ale iba 10 elektrónov.

Náboj iónu vyplýva z nerovnováhy protónov a elektrónov: q/e = Z − N_e. A si netreba zamieňať s relatívnou atómovou hmotnosťou v periodickej tabuľke; tá je často váženým priemerom izotopových hmotností.

Jadro je malé, ale nesie takmer celú hmotnosť

Polomer jadra je približne stotisíckrát menší než polomer atómu. Väčšina objemu atómu patrí priestoru elektrónového oblaku, zatiaľ čo takmer všetka hmotnosť je sústredená v jadre.

Elektróny viaže ku kladnému jadru elektromagnetická príťažlivosť. Protóny sa v jadre elektricky odpudzujú, ale na veľmi krátkych vzdialenostiach môže silná jadrová interakcia viazať protóny a neutróny.

Orbitál nie je dráha

Rutherfordove experimenty ukázali malé husté jadro, no klasické obiehajúce elektróny nevysvetlili stabilitu atómu ani spektrá. Kvantová mechanika nahradila pevné dráhy vlnovými funkciami a orbitálmi.

Orbitál je kvantový stav a |ψ|² určuje hustotu pravdepodobnosti nájdenia elektrónu. Nakreslená hranica orbitálu zvyčajne uzatvára zvolenú časť pravdepodobnosti, takže nejde o tvrdý povrch atómu.

Model musí súhlasiť s experimentom

Katódové lúče odhalili elektróny, Millikanov experiment ich náboj, Rutherfordov rozptyl jadro, atómové spektrá diskrétne energie a Chadwickove experimenty neutrón.

Každý krok opravil starší obraz. Model atómu je preto nástroj na predpovedanie elektrónovej konfigurácie, spektier, ionizácie a väzieb, nie fotografia mikroskopickej reality. Pri každom zápise je preto užitočné oddeliť tri otázky: ktorý prvok určuje Z, ktorý izotop určuje A a aký elektrický náboj určuje rozdiel medzi protónmi a elektrónmi.

Vyriešené príklady