โครงสร้างอะตอม

จากนิวเคลียสสู่เมฆอิเล็กตรอน

เลขอะตอม Z คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส และเป็นตัวกำหนดว่าอะตอมนั้นเป็นธาตุใด เลขมวล A คือผลรวมของโปรตอนกับนิวตรอน อะตอมของธาตุเดียวกันจึงมีจำนวนนิวตรอนต่างกันได้โดยยังเป็นธาตุเดิม อะตอมเหล่านี้เรียกว่าไอโซโทป สำหรับอะตอมเป็นกลาง จำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน ส่วนการรับหรือเสียอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนประจุแต่ไม่เปลี่ยน Z

นิวเคลียสมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับอะตอมทั้งอะตอม แต่มีมวลเกือบทั้งหมดอยู่ภายใน อิเล็กตรอนไม่ได้โคจรเป็นเส้นทางแน่นอนแบบดาวเคราะห์ กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายอิเล็กตรอนด้วยออร์บิทัล ซึ่งเป็นการกระจายความน่าจะเป็นในอวกาศ ดังนั้นคำว่าอะตอม “ส่วนใหญ่เป็นที่ว่าง” ไม่ได้หมายความว่าบริเวณนอกนิวเคลียสไม่มีโครงสร้าง เพราะความหนาแน่นอิเล็กตรอนเป็นสิ่งกำหนดขนาดและปฏิสัมพันธ์ทางเคมีของอะตอม

เมื่ออ่านสัญลักษณ์นิวเคลียร์ ᴬZX ควรแยกการนับสามอย่างให้ชัด: Z ให้จำนวนโปรตอน A ให้จำนวนอนุภาคนิวคลีออนทั้งหมด และประจุให้ความต่างระหว่างโปรตอนกับอิเล็กตรอน จำนวนนิวตรอนจึงเท่ากับ A−Z วิธีนี้ช่วยไม่ให้สับสนระหว่างไอโซโทปซึ่งต่างกันที่นิวตรอน กับไอออนซึ่งต่างกันที่อิเล็กตรอน

สมบัติทางเคมีขึ้นกับโครงสร้างอิเล็กตรอนเป็นหลัก โดยเฉพาะอิเล็กตรอนเวเลนซ์ เมื่อรูปแบบของชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกเกิดซ้ำ สมบัติจึงแสดงความเป็นคาบ ส่วนการเปลี่ยนจำนวนนิวตรอนมีผลเด่นต่อมวลและเสถียรภาพของนิวเคลียส แม้ความต่างของมวลไอโซโทปจะส่งผลเล็กน้อยต่ออัตราปฏิกิริยาบางชนิดได้

แบบฝึกหัดพร้อมเฉลย