Zgradba atoma

Trije delci imajo različne vloge

Proton ima naboj +e in je v jedru. Število protonov Z je atomsko število; sprememba Z pomeni drug element. Nevtron nima neto električnega naboja, sprememba števila nevtronov pa ustvari drug izotop istega elementa.

Elektron ima naboj −e in maso približno 1/1836 mase protona. Nevtralni atom ima enako število elektronov in protonov. Odvzem ali dodajanje elektronov ustvari ion, ne spremeni pa identitete jedra.

Atomsko število, masno število in naboj

Masno število A šteje protone in nevtrone, zato je N = A − Z. Za ²³₁₁Na velja Z = 11, A = 23 in N = 12. Ion ²³Na⁺ ima še vedno 11 protonov in 12 nevtronov, vendar le 10 elektronov.

Naboj iona izhaja iz neravnovesja protonov in elektronov: q/e = Z − N_e. A ne smemo zamenjati z relativno atomsko maso v periodnem sistemu; ta je pogosto uteženo povprečje izotopskih mas.

Jedro je majhno, vendar vsebuje skoraj vso maso

Polmer jedra je približno stotisočkrat manjši od polmera atoma. Večina prostornine atoma pripada prostoru elektronskega oblaka, skoraj vsa masa pa je skoncentrirana v jedru.

Elektrone na pozitivno jedro veže elektromagnetna privlačnost. Protoni se v jedru električno odbijajo, vendar lahko na zelo kratkih razdaljah močna jedrska interakcija veže protone in nevtrone.

Orbitala ni tirnica

Rutherfordovi poskusi so pokazali majhno gosto jedro, klasični krožeči elektroni pa niso pojasnili stabilnosti atoma in spektrov. Kvantna mehanika je fiksne tirnice nadomestila z valovnimi funkcijami in orbitalami.

Orbitala je kvantno stanje, |ψ|² pa določa gostoto verjetnosti za meritev položaja elektrona. Narisana meja orbitale običajno zajame izbrani delež verjetnosti in zato ni trda površina atoma.

Model mora prestati preizkus z meritvami

Katodni žarki so razkrili elektrone, Millikanov poskus njihov naboj, Rutherfordovo sipanje jedro, atomski spektri diskretne energije in Chadwickovi poskusi nevtron.

Vsaka stopnja je popravila starejšo sliko. Model atoma je zato orodje za napovedovanje elektronske konfiguracije, spektrov, ionizacije in vezi, ne fotografija mikroskopske resničnosti. Pri vsakem zapisu je zato koristno ločiti tri vprašanja: kateri element določa Z, kateri izotop določa A in kateri električni naboj določa razlika med protoni in elektroni.

Rešeni primeri