Δομή του ατόμου

Μέσα σε ένα σύρμα χαλκού

Κόψε ένα καλώδιο και κοίτα τον χαλκό. Αν μπορούσες να τον μοιράζεις ξανά και ξανά, κάποια στιγμή θα έφτανες σε ένα κομμάτι που δεν χωρίζεται άλλο χωρίς να πάψει να είναι χαλκός: το άτομο. Ένα σύρμα $1$ mm² κρατάει δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων άτομα σε κάθε χιλιοστό του μήκους του.

Το άτομο έχει στη μέση έναν μικροσκοπικό πυρήνα και γύρω του ηλεκτρόνια. Ο πυρήνας είναι τόσο μικρός που, αν ήταν ένα μπαλάκι του πινγκ πονγκ, το άτομο θα είχε διάμετρο μερικά χιλιόμετρα. Κι όμως, εκεί είναι σχεδόν όλη η μάζα.

Τρία σωματίδια

Ένα άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο: έχει τόσα ηλεκτρόνια όσα πρωτόνια, και τα φορτία αλληλοαναιρούνται.

Δύο αριθμοί τα λένε όλα

• Ατομικός αριθμός $Z$: πόσα πρωτόνια έχει ο πυρήνας. Αυτός ορίζει το στοιχείο. Κάθε άτομο με $29$ πρωτόνια είναι χαλκός· με $26$, σίδηρος· με $13$, αλουμίνιο.
• Μαζικός αριθμός $A$: πόσα πρωτόνια και νετρόνια έχει μαζί ο πυρήνας.

Άρα τα νετρόνια βγαίνουν με μια αφαίρεση: νετρόνια $= A - Z$.

Τα δύο γράφονται δίπλα στο σύμβολο, ο $A$ πάνω και ο $Z$ κάτω: $^{63}_{29}\text{Cu}$ είναι χαλκός με $29$ πρωτόνια και $63 - 29 = 34$ νετρόνια.

Φτιάξε ένα άτομο

Άλλαξε μόνο τα νετρόνια και δες ότι το στοιχείο μένει ίδιο. Μετά άλλαξε μόνο τα ηλεκτρόνια και δες να εμφανίζεται φορτίο. Τέλος, άλλαξε ένα πρωτόνιο: γίνεται άλλο στοιχείο.

Πρωτόνια6

Νετρόνια6

Ηλεκτρόνια6

Ζωντανή ενημέρωση

Στοιχείο

C — Άνθρακας

Μαζικός αριθμός A

12

Φορτίο

0 · ουδέτερο άτομο

Στιβάδες

2 · 4

Ηλεκτρόνια εξωτερικής στιβάδας

4

Ιόντα: όταν τα ηλεκτρόνια δεν ισούνται με τα πρωτόνια

Ένα άτομο μπορεί να χάσει ή να κερδίσει ηλεκτρόνια. Τα πρωτόνια δεν αλλάζουν — αυτό θα το έκανε άλλο στοιχείο.

• Χάνει ηλεκτρόνια — περισσεύουν πρωτόνια — θετικό ιόν (κατιόν). Το $\text{Na}^{+}$ έχει ένα ηλεκτρόνιο λιγότερο.
• Κερδίζει ηλεκτρόνια — περισσεύουν ηλεκτρόνια — αρνητικό ιόν (ανιόν). Το $\text{Cl}^{-}$ έχει ένα ηλεκτρόνιο περισσότερο.

Τα ιόντα είναι παντού στη δουλειά. Τα άλατα του σκληρού νερού, που κάνουν πουρί στους λέβητες, στις αντιστάσεις του θερμοσίφωνα και στις βρύσες, είναι κυρίως ιόντα ασβεστίου $\text{Ca}^{2+}$ και μαγνησίου $\text{Mg}^{2+}$. Οι ηλεκτρολύτες στο αίμα, που μετράει κάθε εξέταση, είναι ιόντα $\text{Na}^{+}$, $\text{K}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$.

Ισότοπα

Άτομα του ίδιου στοιχείου (ίδιος $Z$) με διαφορετικό αριθμό νετρονίων (άλλος $A$) λέγονται ισότοπα. Ο χαλκός των καλωδίων είναι μείγμα δύο ισοτόπων: $^{63}\text{Cu}$ (περίπου $69\%$) και $^{65}\text{Cu}$ (περίπου $31\%$). Στο καλώδιο συμπεριφέρονται ακριβώς το ίδιο — ίδια αγωγιμότητα, ίδια σκουριά — γιατί η χημεία κρίνεται από τα ηλεκτρόνια, όχι από τα νετρόνια.

Μερικά ισότοπα είναι ραδιενεργά: ο πυρήνας τους διασπάται με τον καιρό και εκπέμπει ακτινοβολία. Αυτό έχει χρήσεις. Ο άνθρακας-14 χρονολογεί αρχαία ξύλα και οστά. Το αμερίκιο-241 είναι μέσα σε ορισμένους ανιχνευτές καπνού. Ισότοπα όπως το ιώδιο-131 χρησιμοποιούνται στην πυρηνική ιατρική.

Επειδή κάθε στοιχείο είναι μείγμα ισοτόπων, η σχετική ατομική μάζα του είναι σταθμισμένος μέσος όρος: κάθε μαζικός αριθμός επί το ποσοστό του. Για τον χαλκό:

$$63 \cdot 0{,}69 + 65 \cdot 0{,}31 \approx 63{,}6$$

Ο πίνακας γράφει $63{,}5$, γιατί οι ακριβείς μάζες των ισοτόπων δεν είναι ακριβώς ακέραιοι· για τους δικούς μας υπολογισμούς η διαφορά δεν μετράει.

Πώς κάθονται τα ηλεκτρόνια

Τα ηλεκτρόνια μπαίνουν σε στιβάδες γύρω από τον πυρήνα, από μέσα προς τα έξω. Για τα πρώτα είκοσι στοιχεία αρκεί ο απλός κανόνας:

Γεμίζεις την πρώτη, μετά τη δεύτερη, και ούτω καθεξής. Το αλουμίνιο ($Z = 13$): $2, 8, 3$. Το χλώριο ($Z = 17$): $2, 8, 7$.

Λυμένα παραδείγματα

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση