Атомный номер

редактировать
Число протонов, обнаруженных в ядре атома

Объяснение верхних и нижних индексов в обозначении атомных номеров. Атомный номер - это количество протонов и, следовательно, общий положительный заряд в атомном ядре. Модель Резерфорда – Бора атома водорода (Z = 1) или водородоподобный ион (Z>1). В этой модели существенной особенностью является то, что энергия фотона (или частота) электромагнитного излучения, испускаемого (показано), когда электрон прыгает с одной орбитали на другую, пропорциональна математическому квадрату атомного заряда (Z). Экспериментальные измерения этого излучения Генри Мозли для многих элементов (от Z = 13 до 92) показали результаты, предсказанные Бором. Таким образом, концепция атомного номера и модель Бора получили научное признание.

атомный номер или протонное число (символ Z) химического элемента - количество протонов, обнаруженных в ядре каждого атома этого элемента. Атомный номер однозначно идентифицирует химический элемент. Он идентичен зарядовому числу ядра. В незаряженном атоме атомный номер также равен количеству электронов.

Сумма атомного номера Z и количества нейтронов N дает массовое число A атома. Поскольку протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу (а масса электронов пренебрежимо мала для многих целей), а дефект массы связывания нуклона всегда мал по сравнению с массой нуклона, атомная масса любого атома, выраженная в унифицированных единицах атомной массы (составляющая величину, называемую «относительной изотопной массой »), находится в пределах 1% от целое число A.

Атомы с одинаковым атомным номером, но с разными нейтронными числами и, следовательно, с разными массовыми числами, известны как изотопы. Немногим более трех четвертей встречающихся в природе элементов существует в виде смеси изотопов (см. моноизотопные элементы ), и средняя изотопная масса изотопной смеси для элемента (называемая относительной атомной массой) в определенная среда на Земле, определяет стандартный атомный вес элемента. Исторически именно эти атомные массы элементов (по сравнению с водородом) были теми количествами, которые могли быть измерены химиками в 19 веке.

Условный символ Z происходит от немецкого слова Z ahl, означающего число, которое до современного синтеза идей из химии и физики просто обозначало числовое значение элемента. место в периодической таблице, порядок которой примерно, но не полностью соответствует порядку элементов по атомным весам. Только после 1915 года, с предположением и доказательством того, что это число Z было также зарядом ядра и физической характеристикой атомов, слово Atom z ahl (и его английский эквивалент атомного номера) стало широко использоваться в этот контекст.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Периодическая таблица и натуральное число для каждого элемента
    • 1.2 Модель Резерфорда-Бора и ван ден Брук
    • 1.3 Эксперимент Мозли 1913 года
    • 1.4 Недостающие элементы
    • 1.5 Протон и идея ядерных электронов
    • 1.6 Открытие нейтрона делает Z числом протона
  • 2 Символ Z
  • 3 Химические свойства
  • 4 Новые элементы
  • 5 См. также
  • 6 Источники

История

Периодическая таблица и натуральное число для каждого элемента

Русский химик Дмитрий Менделеев, создатель периодической таблицы.

Свободно. 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»). 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). Такое размещение соответствует современной практике упорядочивания элементов по протонному числу 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. свойства. Однако постепенная идентификация все более и более близких по химическому составу элементов лантаноидов, атомный номер которых не был очевиден, привела к несогласованности и неопределенности в периодической нумерации элементов по крайней мере из лютеция (элемент 71) и далее (гафний в то время не был известен).

Нильс Бор, создатель модели Бора.

Модель Резерфорда-Бора и ван ден Брук

В 1911 году Эрнест Резерфорд дал оценку модель атома, в которой центральное ядро ​​удерживает большую часть массы атома и положительный заряд, который в единицах заряда электрона должен быть приблизительно равен половине атомного веса атома, выраженного в количестве водорода. атомы. 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, что у золота центральный заряд около 100 (но был элементом Z = 79 в периодической таблице), через месяц после появления статьи Резерфорда Антониус ван ден Брук впервые официально предположил, что центральный заряд и количество электронов в атоме были в точности равны его месту в периодической таблице (также известный как номер элемента, атомный номер и обозначается Z). В конце концов, так оно и было.

Эксперимент Мозли 1913 года

Генри Мозли в своей лаборатории.

Экспериментальная позиция значительно улучшилась после исследования Генри Мозли в 1913 году. Мозли после обсуждения с Бором, который находился в той же лаборатории (и который использовал гипотезу Ван ден Брука в своей модели Бора атома), решил проверить гипотезу Ван ден Брука и Бора напрямую, проверив, спектральные линии излучение возбужденных атомов соответствовало постулированию теории Бора о том, что частота спектральных линий пропорциональна квадрату Z.

Для этого Мозли измерил длины волн самых внутренних фотонных переходов (линии K и L) производятся элементами от алюминия (Z = 13) до золота (Z = 79), используемыми в качестве серии подвижных анодных мишеней внутри рентгеновской трубки. 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 действительно близко соответствует (со смещением на одну единицу для K-линий в работе Мозли) расчетному электрическому заряду ядро, то есть номер элемента Z. Среди прочего, Мозли продемонстрировал, что ряд лантаноидов (от лантана до лютеция включительно) должен иметь 15 членов - нет меньше и не больше - что было далеко не очевидным из известной химии того времени.

Недостающие элементы

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) which were not found and therefore identified as still undiscovered, corresponding to atomic numbers 43, 61, 72, 75, 85, 87 and 91. From 1918 to 1947, all seven of these missing elements were discovered. By this time, the first four transuranium elements had also been discovered, so that the periodic table was complete with no gaps as far as curium (Z = 96).

протон и идея ядерных электронов

В 1915 году причина квантования заряда ядра в единицах Z, которые теперь были признаны такими же, как элемент число, не было понято. Старая идея под названием гипотеза Праута предполагала, что все элементы состоят из остатков (или "протилов") легчайшего элемента водорода, который в модели Бора-Резерфорда имел электрона и заряда ядра, равного единице. Однако еще в 1907 году Резерфорд и Томас Ройдс показали, что альфа-частицы, которые имели заряд +2, были ядрами атомов гелия, которые имели массу 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 создать ядра водорода от ядерной реакции между альфа-частицами и газообразным азотом, и b 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 были сделаны из ядер водорода, и поэтому требовалась гипотеза для нейтрализация дополнительных протонов, предположительно присутствующих 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 периодической таблицы, ядро ​​золота с массой в 197 раз больше, чем водород, как полагали, содержало 118 ядерных электронов в ядре, что давало ему остаточный заряд +79, соответствующий его атомному номеру.

Открытие нейтрона делает Z числом протона

Все рассмотрение ядерных электронов закончилось Джеймсом Чедвиком, открытием нейтрона в 1932. Теперь считалось, что атом золота содержит 118 нейтронов, а не 118 ядерных электронов, и теперь было установлено, что его положительный заряд полностью исходит из 79 протонов. Таким образом, после 1932 года атомный номер элемента Z также был признан идентичным протонному числу его ядер.

Символ Z

Условный символ Z, возможно, происходит от немецкого слова Atom z ahl (атомный номер). Однако до 1915 года слово Zahl (просто число) использовалось для обозначения номера элемента в периодической таблице.

Химические свойства

Каждый элемент имеет определенный набор химических свойств, как следствие количества электронов, присутствующих в нейтральном атоме, которым является Z (атомный номер). Конфигурация этих электронов следует из принципов квантовой механики. Количество электронов в электронных оболочках каждого элемента, в частности во внешней валентной оболочке, является основным фактором, определяющим его поведение химической 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

Поиск новых элементов обычно описывается атомными числами. По состоянию на 2019 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 полураспада становится короче по мере увеличения атомного номера, хотя «остров стабильности » может существовать для неоткрытых изотопов с определенным количеством протонов и нейтронов.

См. Также

Найдите атомный номер в Wiktionary, бесплатном словаре.

Литература

Последняя правка сделана 2021-06-12 16:26:11
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте