⚗️ Chemia ✓ Zweryfikowane

Budowa atomu — protony, neutrony i elektrony

Szybka odpowiedź

Atom składa się z jądra zawierającego protony i neutrony oraz z elektronów krążących wokół niego. Liczba protonów decyduje o rodzaju pierwiastka, a liczba elektronów o właściwościach chemicznych.

Atom to podstawowa jednostka materii, a jego budowa tłumaczy niemal całą chemię. Poniżej trzy cząstki, z których się składa, i wnioski wynikające z ich układu.

Trzy cząstki

Proton — ładunek dodatni, w jądrze; jego liczba to liczba atomowa Z
Neutron — bez ładunku, w jądrze; stabilizuje jądro
Elektron — ładunek ujemny, poza jądrem; decyduje o właściwościach chemicznych

Atom obojętny ma tyle samo protonów co elektronów, więc ładunki się równoważą.

Liczba atomowa i masowa

Liczba atomowa (Z) — liczba protonów; określa, jaki to pierwiastek
Liczba masowa (A) — suma protonów i neutronów
Liczba neutronów = A − Z

Kluczowa zasada: o rodzaju pierwiastka decyduje wyłącznie liczba protonów. Atom z sześcioma protonami jest węglem niezależnie od tego, ile ma neutronów czy elektronów.

Izotopy i jony

Izotopy to atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów. Węgiel-12 i węgiel-14 mają po sześć protonów, ale odpowiednio sześć i osiem neutronów. Właściwości chemiczne są niemal identyczne, różni je masa i trwałość jądra.

Jony powstają przez utratę albo przyjęcie elektronów. Kation ma ładunek dodatni (oddał elektrony), anion ujemny (przyjął). Liczba protonów pozostaje bez zmian — dlatego jon sodu wciąż jest sodem.

Jak rozmieszczone są elektrony

Elektrony zajmują powłoki o rosnącej energii. Maksymalna liczba elektronów na kolejnych powłokach to 2, 8, 18, 32 — wynika ze wzoru 2n².

Najważniejsza jest powłoka zewnętrzna, bo to jej elektrony biorą udział w reakcjach. Nazywamy je walencyjnymi, a ich liczba odpowiada numerowi grupy w układzie okresowym.

Atom to głównie pusta przestrzeń

Jądro skupia ponad 99,9 procent masy atomu, zajmując przy tym znikomą część jego objętości. Proporcje są trudne do wyobrażenia: gdyby jądro powiększyć do rozmiaru piłki nożnej, najbliższe elektrony krążyłyby kilka kilometrów dalej.

Cała reszta to przestrzeń, w której poruszają się elektrony. Gdyby usunąć te puste obszary ze wszystkich atomów ludzkiego ciała, pozostała materia zmieściłaby się w objętości ziarnka soli — zachowując pełną masę.

Wrażenie, że materia jest lita, bierze się z odpychania elektrostatycznego między elektronami. Dotykając stołu, nie stykamy się z jego atomami — odczuwamy odpychanie ich powłok elektronowych.

Skąd wiemy, jak wygląda atom

Kluczowe było doświadczenie Rutherforda z 1911 roku. Ostrzeliwując cienką folię złota cząstkami alfa, spodziewano się, że wszystkie przelecą na wylot. Większość tak zrobiła, ale nieliczne odbiły się pod dużym kątem.

Rutherford porównał to do wystrzelenia pocisku w bibułkę i odbicia go z powrotem. Wniosek: masa atomu skupiona jest w maleńkim, dodatnio naładowanym jądrze, a reszta to pustka.

Najczęstsze pytania

Z czego składa się atom?

Z jądra zawierającego protony i neutrony oraz z elektronów poruszających się wokół niego.

Co decyduje o rodzaju pierwiastka?

Wyłącznie liczba protonów. Atom z sześcioma protonami jest węglem niezależnie od liczby neutronów i elektronów.

Czym są izotopy?

Atomami tego samego pierwiastka różniącymi się liczbą neutronów, jak węgiel-12 i węgiel-14.

Jak obliczyć liczbę neutronów?

Odejmując liczbę atomową od masowej: A − Z. Liczba atomowa to liczba protonów.

Dlaczego materia wydaje się lita?

Atom to głównie pusta przestrzeń — wrażenie stałości bierze się z odpychania elektrostatycznego powłok elektronowych.