Atomik numara - Atomic number

Atom numarası gösteriminde görülen üst simgelerin ve alt simgelerin açıklaması. Atom numarası, atom çekirdeğindeki proton sayısı ve dolayısıyla toplam pozitif yüktür.
Rutherford-Bohr modeli arasında hidrojen atomu ( Z = 1 ) veya bir hidrojen benzeri iyon ( Z > 1 ). Bir elektron başka atom şarj (matematiksel karesi ile orantılı olmasını yörünge bir atlar, bu modelde bu yayılan elektromanyetik ışımanın foton enerjisi (ya da frekansı) (gösterilmemiş olan) bu önemli bir özelliktir , Z 2 ). Bu radyasyonun birçok element için ( Z = 13'ten 92'ye kadar ) Henry Moseley tarafından deneysel ölçümü , sonuçları Bohr'un tahmin ettiği gibi gösterdi. Hem atom numarası kavramına hem de Bohr modeline böylece bilimsel bir güven verildi.

Atom numarası ya da proton sayısı (sembol , Z a) kimyasal element sayısı proton bulunan çekirdeğin her bir atom , o elementin. Atom numarası, bir kimyasal elementi benzersiz şekilde tanımlar . Çekirdeğin yük sayısı ile aynıdır . Bir in yüksüz atom, atom numarası aynı zamanda sayısına eşittir elektron .

Atom numarası Z ve nötron sayısı N'nin toplamı, bir atomun kütle numarasını A verir . Protonlar ve nötronlar yaklaşık olarak aynı kütleye sahip olduklarından (ve elektronların kütlesi birçok amaç için ihmal edilebilir olduğundan) ve nükleon bağlanmasının kütle kusuru , birleşik atomik olarak ifade edildiğinde herhangi bir atomun atom kütlesi olan nükleon kütlesine kıyasla her zaman küçüktür. kütle birimleri (" göreceli izotopik kütle " olarak adlandırılan bir nicelik yaparak ), A tam sayısının %1'i içindedir .

Aynı atom numarasına, ancak farklı nötron numaralarına ve dolayısıyla farklı kütle numaralarına sahip atomlara izotop denir . Doğal olarak meydana gelen elemanlarının dörtte üçü izotoplarının (bkz bir karışımı olarak var fazla biraz monoizotopik elemanları ) ve yeryüzünde tanımlı bir ortam içinde (nispi atom kütlesi olarak da adlandırılır), bir eleman için bir izotopik karışımın ortalama izotopik kütle belirler elementin standart atom ağırlığı . Tarihsel olarak, 19. yüzyılda kimyagerler tarafından ölçülebilen miktarlar, elementlerin bu atom ağırlıklarıydı (hidrojene kıyasla).

Geleneksel Z sembolü , kimya ve fizikteki fikirlerin modern sentezinden önce, sadece bir elementin periyodik tablodaki sayısal yerini gösteren ve sırası yaklaşık olarak, ancak tamamen tutarlı olmayan Almanca Z ahl 'sayı' kelimesinden gelir. Elementlerin atom ağırlıklarına göre sıralaması. Ancak 1915'ten sonra, bu Z sayısının aynı zamanda nükleer yük ve atomların fiziksel bir özelliği olduğunun öneri ve kanıtlarıyla, Atom z ahl (ve onun İngilizce karşılığı olan atom numarası ) sözcüğü bu bağlamda yaygın olarak kullanılmaya başlandı.

Tarih

Periyodik tablo ve her element için bir doğal sayı

Rus kimyager Dmitri Mendeleev , periyodik tablonun yaratıcısı.

Açıkça söylemek gerekirse, periyodik bir element tablosunun varlığı veya yapısı, elementlerin bir sıralamasını yaratır ve böylece sırayla numaralandırılabilirler.

Dmitri Mendeleev , ilk periyodik tablolarını (ilk olarak 6 Mart 1869'da yayınlandı) atom ağırlığı ("Atomgewicht") sırasına göre düzenlediğini iddia etti . Ancak, elementlerin gözlenen kimyasal özelliklerini göz önünde bulundurarak, sırayı biraz değiştirdi ve tellürü (atom ağırlığı 127.6) iyotun (atom ağırlığı 126.9) önüne yerleştirdi . Bu yerleştirme, elementleri proton sayısına göre sıralamanın modern uygulamasıyla tutarlıdır, Z , ancak o zaman bu sayı bilinmiyordu veya bundan şüphelenilmiyordu.

Bohr modelinin yaratıcısı Niels Bohr .

Bununla birlikte, periyodik tablo konumuna dayalı basit bir numaralandırma hiçbir zaman tam anlamıyla tatmin edici olmamıştır. İyot ve tellür durumunun yanı sıra, daha sonra diğer birkaç element çiftinin ( argon ve potasyum , kobalt ve nikel gibi ) hemen hemen aynı veya ters atom ağırlıklarına sahip olduğu biliniyordu, bu nedenle periyodik tabloya yerleştirilmelerinin kimyasallarına göre belirlenmesi gerekiyordu. özellikler. Bununla birlikte, atom numarası açık olmayan , giderek daha fazla kimyasal olarak benzer lantanit elementlerinin kademeli olarak tanımlanması, elementlerin en azından lutesyumdan (element 71) itibaren periyodik olarak numaralandırılmasında tutarsızlığa ve belirsizliğe yol açtı ( bu sırada hafniyum bilinmiyordu).

Rutherford-Bohr modeli ve van den Broek

1911'de Ernest Rutherford , merkezi bir çekirdeğin atom kütlesinin çoğunu ve pozitif yükün elektron yükünün birimleri olarak atomun atom ağırlığının yaklaşık yarısına eşit olduğu bir atom modelini verdi . hidrojen atomlarının sayısı. Dolayısıyla bu merkezi yük, atom ağırlığının yaklaşık yarısı olacaktır ( rutherford'un tahminini yaptığı tek element olan altının atom numarasından ( Z = 79 , A = 197 ) neredeyse %25 farklı olmasına rağmen ). Bununla birlikte, Rutherford'un altının merkezi yükünün yaklaşık 100 olduğu (ancak periyodik tabloda Z = 79 elementi olduğu) tahminine rağmen, Rutherford'un makalesinin ortaya çıkmasından bir ay sonra, Antonius van den Broek ilk olarak merkezi yükün ve altın sayısının altın olduğunu resmen önerdi. bir atomdaki elektronlar , periyodik tablodaki yerine tam olarak eşitti (aynı zamanda element numarası, atom numarası ve sembolize edilmiş Z olarak da bilinir ). Bu, sonunda böyle olduğunu kanıtladı.

Moseley'in 1913 deneyi

Henry Moseley laboratuvarında.

Deneysel konum , 1913'te Henry Moseley tarafından yapılan araştırmadan sonra çarpıcı biçimde iyileşti . Moseley, aynı laboratuvarda bulunan (ve Bohr atom modelinde Van den Broek'in hipotezini kullanmış olan) Bohr ile yaptığı görüşmelerden sonra , Van den Broek'in ve Bohr'un doğrudan, uyarılmış atomlardan yayılan spektral çizgilerin , Bohr teorisinin, spektral çizgilerin frekansının Z'nin karesiyle orantılı olduğu varsayımına uyup uymadığını görerek hipotezi .

Bunu yapmak için Moseley,  bir x-ışını içinde bir dizi hareketli anodik hedef olarak kullanılan alüminyumdan ( Z  = 13) altına ( Z = 79) elementler tarafından üretilen en içteki foton geçişlerinin (K ve L çizgileri) dalga boylarını ölçtü. tüp . Bu fotonların (x-ışınları) frekansının karekökü, aritmetik bir ilerlemeyle bir hedeften diğerine arttı. Bu , atom numarasının (Moseley'nin çalışmasında K-çizgileri için bir birimlik bir kayma ile) çekirdeğin hesaplanan elektrik yüküne , yani element numarası Z'ye çok yakın olduğu sonucuna ( Moseley yasası ) yol açtı . Diğer şeylerin yanı sıra, Moseley gösterdi lantanit (den seri lantan için lutesyum Anin) olması gerekir 15 üye-hayır daha az sayıda ve daha -ki o zaman kadar bilinen kimya dan bariz oldu.

Eksik öğeler

Moseley'in 1915'teki ölümünden sonra, hidrojenden uranyuma ( Z  =92) kadar bilinen tüm elementlerin atom numaraları onun yöntemiyle incelendi.  43, 61, 72, 75, 85, 87 ve 91 atom numaralarına tekabül eden, bulunamayan ve bu nedenle hala keşfedilmemiş olarak tanımlanan yedi element ( Z < 92 ile) vardı. 1918'den 1947'ye kadar, bu eksik elementlerin yedisi de vardı. keşfedildi. Bu zamana kadar, ilk dört uranyumötesi element de keşfedilmişti, böylece periyodik tablo, curium ( Z  = 96) kadar boşluk olmadan tamamlanmıştı .

Proton ve nükleer elektron fikri

1915'te, nükleer yükün , şimdi element numarasıyla aynı olduğu kabul edilen Z birimlerinde nicelleştirilmesinin nedeni anlaşılamadı. Prout'un hipotezi adı verilen eski bir fikir , elementlerin hepsinin Bohr-Rutherford modelinde tek bir elektrona ve bir nükleer yüke sahip olan en hafif hidrojen elementinin kalıntılarından (veya "protillerinden") oluştuğunu varsaymıştı. Ancak, 1907 gibi erken bir tarihte Rutherford ve Thomas Royds , +2 yüklü alfa parçacıklarının, iki katı değil, dört katı kütleye sahip helyum atomlarının çekirdeği olduğunu göstermişlerdi. Prout'un hipotezi doğruysa, daha ağır atomların çekirdeklerinde bulunan hidrojen çekirdeklerinin yükünün bir kısmını nötralize eden bir şey olmalıydı.

1917'de Rutherford, alfa parçacıkları ve nitrojen gazı arasındaki nükleer reaksiyondan hidrojen çekirdeği üretmeyi başardı ve Prout yasasını kanıtladığına inanıyordu. 1920'de yeni ağır nükleer parçacıkları protonlar olarak adlandırdı (alternatif isimler proutonlar ve protiller). Moseley'in çalışmasından, ağır atomların çekirdeklerinin, hidrojen çekirdeklerinden yapılmalarından beklenebilecek olandan iki kat daha fazla kütleye sahip olduğu hemen anlaşılmıştı ve bu nedenle, varsayılan ekstra protonların nötralizasyonu için bir hipotez gerekliydi. tüm ağır çekirdeklerde bulunur. Bir helyum çekirdeğinin, iki yükü iptal etmek için dört proton artı iki "nükleer elektrondan" (çekirdeğin içinde bağlı elektronlar) oluştuğu varsayıldı. Periyodik tablonun diğer ucunda, hidrojenin 197 katı kütleye sahip bir altın çekirdeğinin, atom numarasıyla tutarlı olarak +79'luk bir artık yük vermek için çekirdeğinde 118 nükleer elektron içerdiği düşünülüyordu.

Nötronun keşfi, Z'yi proton sayısı yapar

Nükleer elektronların tüm göz ile sona erdi James Chadwick 'in nötronun keşfi şimdi 79 bir içerikten tamamen gelmeye gerçekleşmiştir 118 nötron yerine 118 nükleer elektronları ve bunun pozitif yük içeren olarak görüldü altının 1932 Bir atomun içinde protonlar. 1932'den sonra, bir elementin atom numarası Z'nin de çekirdeğinin proton numarasıyla aynı olduğu anlaşıldı .

Z'nin sembolü

Geleneksel Z sembolü muhtemelen Almanca Atom z ahl (atom numarası) kelimesinden gelir . Ancak, 1915'ten önce, bir elementin periyodik tablodaki atanmış numarası için Zahl (sadece sayı ) kelimesi kullanılıyordu.

Kimyasal özellikler

Her element, nötr atomda bulunan elektron sayısının bir sonucu olarak, Z (atom numarası) olan belirli bir kimyasal özelliklere sahiptir . Yapılandırma bu elektronların ilkelerinden izler kuantum mekaniği . Her elementin elektron kabuklarındaki , özellikle en dıştaki değerlik kabuğundaki elektronların sayısı , kimyasal bağlanma davranışını belirlemede birincil faktördür . Dolayısıyla, bir elementin kimyasal özelliklerini belirleyen tek başına atom numarasıdır; ve bu nedenle bir element, belirli bir atom numarasına sahip herhangi bir atom karışımından oluşan olarak tanımlanabilir .

Yeni öğeler

Yeni element arayışı genellikle atom numaraları kullanılarak tanımlanır. 2021 itibariyle atom numarası 1 ila 118 olan tüm elementler gözlemlenmiştir. Yeni elementlerin sentezi, hedef ve iyon elementlerinin atom numaralarının toplamı, oluşturulan elementin atom numarasına eşit olacak şekilde, ağır elementlerin hedef atomlarını iyonlarla bombardıman ederek gerçekleştirilir. Genel olarak, bir nüklidin yarı ömrü atom numarası arttıkça kısalır, ancak belirli " sihirli " proton ve nötron sayılarına sahip keşfedilmemiş nüklidlerin yarı ömürleri nispeten daha uzun olabilir ve bir kararlılık adası içerebilir .

Ayrıca bakınız

Referanslar