Атомный номер или номер протона (символ Z ) из химического элемента является числом протонов , находящихся в ядре каждого атома этого элемента. Атомный номер однозначно определяет химический элемент . Оно идентично зарядовому числу ядра. В незаряженном атоме атомный номер также равен количеству электронов .
Сумма атомного номера Z и числа нейтронов N дает массовое число A атома. Так как протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу (а масса электронов ничтожно мала для многих целей) и дефект массы из нуклона связывания всегда мал по сравнению с массой нуклона, то атомная масса любого атома, при экспрессии в единой атомной единицы массы (изготовление величины , называемая « относительная изотопная массой »), находится в пределах 1% от общего числа A .
Атомы с одинаковым атомным номером, но с разными нейтронными числами и, следовательно, с разными массовыми числами, известны как изотопы . Чуть более трех четвертей встречающихся в природе элементов существуют в виде смеси изотопов (см. Моноизотопные элементы ), и средняя изотопная масса изотопной смеси для элемента (называемая относительной атомной массой) в определенной среде на Земле определяет стандартный атомный вес элемента . Исторически именно эти атомные веса элементов (по сравнению с водородом) были количествами, измеряемыми химиками в 19 веке.
Традиционный символ Z происходит от немецкого слова Z ahl, означающего число , которое до современного синтеза идей из химии и физики просто обозначало числовое место элемента в периодической таблице , порядок которого приблизительно, но не полностью, согласуется с порядок элементов по атомным весам. Только после 1915 года, с предположением и свидетельством того, что это число Z было также зарядом ядра и физической характеристикой атомов, слово Atom z ahl (и его английский эквивалентный атомный номер ) стало широко использоваться в этом контексте.
История [ править ]
Таблица Менделеева и натуральное число для каждого элемента [ править ]
Грубо говоря, существование или построение периодической таблицы элементов создает порядок элементов, и поэтому они могут быть пронумерованы по порядку.
Дмитрий Менделеев утверждал, что он расположил свои первые периодические таблицы (впервые опубликованные 6 марта 1869 г.) в порядке атомного веса («Atomgewicht»). [1] Однако, принимая во внимание наблюдаемые химические свойства элементов, он немного изменил порядок и поместил теллур (атомный вес 127,6) перед йодом (атомный вес 126,9). [1] [2] Такое расположение соответствует современной практике упорядочивания элементов по числу протонов Z , но в то время это число не было известно или предполагалось.
Однако простая нумерация, основанная на положении таблицы Менделеева, никогда не была полностью удовлетворительной. Помимо йода и теллура, позже было известно, что несколько других пар элементов (таких как аргон и калий , кобальт и никель ) имеют почти одинаковые или обратные атомные веса, поэтому их размещение в периодической таблице должно определяться их химическим составом. характеристики. Однако постепенная идентификация все более и более близких по химическому составу элементов лантаноидов , чей атомный номер не был очевиден, привела к несогласованности и неопределенности в периодической нумерации элементов, по крайней мере, начиная с лютеция (элемент 71) и далее ( гафний не был известен в то время).
Модель Резерфорда-Бора и ван ден Брук [ править ]
В 1911 году Эрнест Резерфорд дал модель атома, в которой центральное ядро несло большую часть массы атома и положительный заряд, который в единицах заряда электрона должен был быть примерно равен половине атомной массы атома, выраженной в количество атомов водорода. Таким образом, этот центральный заряд будет составлять примерно половину атомного веса (хотя он почти на 25% отличается от атомного номера золота ( Z = 79 , A = 197 ), единственного элемента, из которого Резерфорд сделал свое предположение). Тем не менее, несмотря на оценку Резерфорда, центральный заряд золота составлял около 100 (но был элемент Z = 79в периодической таблице), через месяц после публикации статьи Резерфорда Антониус ван ден Брук впервые официально предположил, что центральный заряд и количество электронов в атоме в точности равны его месту в периодической таблице (также известное как номер элемента, атомный номер , и обозначается Z ). В конце концов, так оно и было.
Эксперимент Мозли 1913 г. [ править ]
Экспериментальная позиция значительно улучшилась после исследования Генри Мозли в 1913 году. [3] Мозли, после обсуждения с Бором, который был в той же лаборатории (и который использовал гипотезу Ван ден Брука в своей боровской модели атома), решил проверить Ван. ден Брук - х и гипотеза Боры непосредственно, видя , если спектральные линии , излучаемые из возбужденных атомов установлены постулировании теории Боры о том , что частота спектральных линий пропорциональна квадрату Z .
Для этого Мозли измерил длины волн самых внутренних фотонных переходов (линии K и L), создаваемых элементами из алюминия ( Z = 13) в золото ( Z = 79), используемых в качестве серии подвижных анодных мишеней внутри рентгеновского трубка . [4] Корень квадратный из частоты этих фотонов (рентгеновских лучей) увеличивался от одной цели к другой в арифметической прогрессии. Это привело к выводу ( закон Мозли ) , что атомный номер делает близко соответствуют (со смещением одной единицы для K-линии, в работе Мозли) к расчетному электрического заряда ядра, то есть число элементов Z . Среди прочего, Мозли продемонстрировал, чторяды лантаноидов (от лантана до лютеция включительно) должны состоять из 15 членов - ни меньше, ни больше, что было далеко не очевидно из известной химии того времени.
Отсутствующие элементы [ править ]
После смерти Мозли в 1915 году по его методу были исследованы атомные номера всех известных элементов от водорода до урана ( Z = 92). Было семь элементов (с Z <92), которые не были обнаружены и поэтому идентифицированы как еще неоткрытые, соответствующие атомным номерам 43, 61, 72, 75, 85, 87 и 91. [5] С 1918 по 1947 год все семь из них. эти недостающие элементы были обнаружены. [6] К этому времени были обнаружены также первые четыре трансурановых элемента, так что периодическая таблица была полной без пробелов вплоть до кюрия ( Z = 96).
Протон и идея ядерных электронов [ править ]
В 1915 году причина квантования заряда ядра в единицах Z , которые теперь считались такими же, как номер элемента, не была понята. Старая идея, называемая гипотезой Праута, постулировала, что все элементы состоят из остатков (или «протилов») легчайшего элемента водорода, который в модели Бора-Резерфорда имеет один электрон и заряд ядра, равный единице. Однако еще в 1907 году Резерфорд и Томас Ройдс показали, что альфа-частицы с зарядом +2 являются ядрами атомов гелия, масса которых в четыре раза больше, чем у водорода, а не в два раза. Если гипотеза Праута верна, что-то должно нейтрализовать часть заряда ядер водорода, присутствующих в ядрах более тяжелых атомов.
В 1917 году Резерфорду удалось получить ядра водорода в результате ядерной реакции между альфа-частицами и газообразным азотом [7], и он считал, что доказал закон Праута. В 1920 году он назвал новые тяжелые ядерные частицы протонами (альтернативные названия - прутоны и протилы). Из работы Мозли сразу стало очевидно, что ядра тяжелых атомов имеют более чем вдвое большую массу, чем можно было бы ожидать, если бы они состояли из ядер водорода , и поэтому требовалась гипотеза нейтрализации лишних протонов.предположительно присутствует во всех тяжелых ядрах. Предполагалось, что ядро гелия состоит из четырех протонов и двух «ядерных электронов» (электронов, связанных внутри ядра), чтобы нейтрализовать два заряда. На другом конце таблицы Менделеева считалось, что ядро золота с массой в 197 раз больше, чем водород, содержит 118 ядерных электронов в ядре, что дает ему остаточный заряд +79, соответствующий его атомному номеру.
Открытие нейтрона делает Z числом протона [ править ]
Все внимание атомных электронов закончилось Джеймс Чедвик «s открытия нейтрона в 1932 году атома золота в настоящее время рассматривались как содержащие 118 нейтронов , а не 118 атомных электронов, и его положительный заряд в настоящее время он сделал возможное прийти полностью из содержания 79 протоны. Таким образом, после 1932 года атомный номер элемента Z также был признан идентичным протонному числу его ядер.
Символ Z [ править ]
Условный символ Z, возможно, происходит от немецкого слова Atom z ahl (атомный номер). [8] Однако до 1915 года слово Zahl (просто число ) использовалось для обозначения номера элемента в периодической таблице.
Химические свойства [ править ]
Каждый элемент имеет определенный набор химических свойств как следствие количества электронов, присутствующих в нейтральном атоме, которое является Z (атомным номером). Конфигурации этих электронов следует из принципов квантовой механики . Количество электронов в электронных оболочках каждого элемента , особенно в самой внешней валентной оболочке , является основным фактором, определяющим его химические связи . Следовательно, только атомный номер определяет химические свойства элемента; и именно по этой причине элемент может быть определен как состоящий из любой смеси атомов с данным атомным номером.
Новые элементы [ править ]
Поиск новых элементов обычно описывается атомными числами. По состоянию на 2021 год наблюдались все элементы с атомными номерами от 1 до 118. Синтез новых элементов осуществляется путем бомбардировки целевых атомов тяжелых элементов ионами, так что сумма атомных номеров целевого и ионного элементов равна атомному номеру создаваемого элемента. В общем, период полувыведение из нуклида становится короче по мере увеличения числа атомов, хотя неоткрытые нуклиды с некоторым « магическим » числом протонов и нейтронов могут иметь относительно более длительные периоды полураспада и содержать островок стабильности .
См. Также [ править ]
 | Найдите атомный номер в Викисловаре, бесплатном словаре. |
- Эффективный атомный номер
- Массовое число
- Нейтронное число
- Атомная теория
- Химический элемент
- История периодической таблицы
- Список элементов по атомному номеру
- Гипотеза Праута
Ссылки [ править ]
- ^ a b Периодическая таблица элементов , Американский институт физики
- ^ Разработка периодической таблицы , Королевское химическое общество
- ^ Упорядочивание элементов в Периодической таблице , Королевское химическое общество
- ^ Мозли, HGJ (1913). «XCIII. Высокочастотные спектры элементов» . Философский журнал . Серия 6. 26 (156): 1024. doi : 10.1080 / 14786441308635052 . Архивировано из оригинала 22 января 2010 года.
- ^ Эрик Шерри , Рассказ о семи элементах, (Oxford University Press, 2013) ISBN 978-0-19-539131-2 , стр.47
- ^ Шерри гл. 3–9 (одна глава на элемент)
- ^ Эрнест Резерфорд | NZHistory.net.nz, История Новой Зеландии в Интернете . Nzhistory.net.nz (19 октября 1937 г.). Проверено 26 января 2011.
- ^ Происхождение символа Z . frostburg.edu
