عدد اتمی

از ویکیپدیا، دانشنامه آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو

توضیحی در مورد بالانویس ها و زیرنویس های مشاهده شده در نماد اعداد اتمی. عدد اتمی تعداد پروتون‌ها و در نتیجه بار مثبت کل در هسته اتم است.
مدل رادرفورد-بور از اتم هیدروژن ( Z = 1 ) یا یک یون هیدروژن مانند ( Z > 1 ). در این مدل یک ویژگی ضروری است که انرژی فوتون (یا فرکانس) از تابش الکترومغناطیسی ساطع (نشان داده شده است) هنگامی که یک الکترون جهش از یک مداری را به یکی دیگر از متناسب با مربع ریاضی شارژ اتمی (شود Z 2 ). اندازه گیری تجربی این تابش توسط هنری موزلی برای بسیاری از عناصر (از Z = 13 تا 92 ) نتایج را همانطور که توسط بور پیش بینی شده بود نشان داد. به این ترتیب هم مفهوم عدد اتمی و هم مدل بور اعتبار علمی پیدا کردند.

عدد اتمی یا تعداد پروتون (نماد Z ) از یک عنصر شیمیایی تعداد است پروتون موجود در هسته هر اتم از آن عنصر است. عدد اتمی به طور منحصر به فردی یک عنصر شیمیایی را مشخص می کند . با شماره بار هسته یکسان است . در یک اتم بدون بار ، عدد اتمی نیز برابر با تعداد الکترون ها است .

مجموع عدد اتمی Z و تعداد نوترون N می دهد جرم تعداد یک اتم است. از آنجا که پروتون ها و نوترون تقریبا به همان جرم (و جرم الکترون برای بسیاری از اهداف ناچیز است) و نقص جرم از نوکلئون اتصال همیشه کوچک در مقایسه با جرم نوکلئون ها، جرم اتمی هر اتم، زمانی که در بیان متحد اتمی واحدهای جرمی (تولید کمیتی به نام " جرم ایزوتوپی نسبی ")، در 1٪ از عدد کل A است .

اتم هایی با عدد اتمی یکسان، اما اعداد نوترونی متفاوت، و در نتیجه اعداد جرمی متفاوت، به عنوان ایزوتوپ شناخته می شوند . کمی بیش از سه چهارم از عناصر طبیعی به عنوان ترکیبی از ایزوتوپهای (نگاه کنید به وجود عنصر تک ایزوتوپ )، و به طور متوسط جرم ایزوتوپی از مخلوط ایزوتوپی برای یک عنصر (به نام جرم اتمی نسبی) در یک محیط تعریف شده بر روی زمین، تعیین استاندارد عنصر وزن اتمی . از نظر تاریخی، این وزن اتمی عناصر (در مقایسه با هیدروژن) بود که مقادیر قابل اندازه گیری توسط شیمیدانان در قرن 19 بود.

نماد متعارف Z از کلمه آلمانی Z ahl 'عدد' می آید، که قبل از ترکیب مدرن ایده های شیمی و فیزیک، صرفاً مکان عددی یک عنصر را در جدول تناوبی نشان می دهد که ترتیب آن تقریباً اما نه کاملاً مطابق با آن است. ترتیب عناصر بر اساس وزن اتمی تنها پس از سال 1915، با پیشنهاد و شواهدی مبنی بر اینکه این عدد Z نیز بار هسته ای و مشخصه فیزیکی اتم ها است، کلمه Atom z ahl (و معادل انگلیسی آن عدد اتمی ) در این زمینه رایج شد.

تاریخچه

جدول تناوبی و یک عدد طبیعی برای هر عنصر

شیمیدان روسی دیمیتری مندلیف ، خالق جدول تناوبی.

به زبان ساده، وجود یا ساخت یک جدول تناوبی از عناصر، ترتیبی از عناصر را ایجاد می کند، و بنابراین می توان آنها را به ترتیب شماره گذاری کرد.

دیمیتری مندلیف ادعا کرد که اولین جداول تناوبی خود را (برای اولین بار در 6 مارس 1869 منتشر شد) به ترتیب وزن اتمی ("Atomgewicht") مرتب کرد. [1] با این حال، با توجه به خواص شیمیایی مشاهده شده عناصر، ترتیب را کمی تغییر داد و تلوریم (وزن اتمی 127.6) را جلوتر از ید (وزن اتمی 126.9) قرار داد. [1] [2] این قرارگیری با روش مدرن ترتیب دادن عناصر بر اساس عدد پروتون، Z مطابقت دارد ، اما این عدد در آن زمان شناخته شده یا مشکوک نبود.

با این حال، یک شماره گذاری ساده بر اساس موقعیت جدول تناوبی هرگز کاملاً رضایت بخش نبود. علاوه بر مورد ید و تلوریم، بعداً چندین جفت عنصر دیگر (مانند آرگون و پتاسیم ، کبالت و نیکل ) با وزن‌های اتمی تقریباً یکسان یا معکوس شناخته شدند، بنابراین لازم است قرارگیری آنها در جدول تناوبی براساس مواد شیمیایی آنها تعیین شود. خواص با این حال، شناسایی تدریجی عناصر لانتانیدی مشابه شیمیایی بیشتر و بیشتر ، که عدد اتمی آنها مشخص نبود، منجر به ناسازگاری و عدم قطعیت در شماره‌گذاری دوره‌ای عناصر حداقل از لوتتیوم (عنصر 71) به بعد ( هافنیوم) شد. در این زمان مشخص نبود).

مدل رادرفورد-بور و ون دن بروک

در سال 1911، ارنست رادرفورد داد مدل اتم که در آن یک هسته مرکزی از جرم اتم را و یک بار مثبت که، در واحد شارژ الکترون برگزار شد، بود که به تقریبا نیمی از وزن اتمی اتم برابر، بیان شده در تعداد اتم های هیدروژن بنابراین، این بار مرکزی تقریباً نصف وزن اتمی خواهد بود (اگرچه تقریباً 25٪ با عدد اتمی طلا تفاوت داشت ( Z = 79 ، A = 197 )، عنصر واحدی که رادرفورد حدس خود را از آن انجام داد. با این وجود، علیرغم تخمین رادرفورد مبنی بر اینکه طلا دارای بار مرکزی حدود 100 است (اما عنصر Z = 79 بود.در جدول تناوبی)، یک ماه پس از انتشار مقاله رادرفورد، آنتونیوس ون دن بروک برای اولین بار به طور رسمی پیشنهاد کرد که بار مرکزی و تعداد الکترون‌های یک اتم دقیقاً برابر با مکان آن در جدول تناوبی است (همچنین به عنوان عدد عنصر، عدد اتمی نیز شناخته می‌شود. ، و نماد Z ). این موضوع در نهایت ثابت شد.

آزمایش 1913 موزلی

هنری موزلی در آزمایشگاهش

موقعیت آزمایشی پس از تحقیقات هنری موزلی در سال 1913 به طرز چشمگیری بهبود یافت. [3] موزلی، پس از گفتگو با بور که در همان آزمایشگاه بود (و از فرضیه ون دن بروک در مدل بور اتم خود استفاده کرده بود)، تصمیم گرفت وان را آزمایش کند. فرضیه دن بروک و بور مستقیماً با مشاهده اینکه آیا خطوط طیفی ساطع شده از اتم های برانگیخته با فرضیه نظریه بور مطابقت دارد که فرکانس خطوط طیفی با مربع Z متناسب است یا خیر .

برای انجام این کار، موزلی طول موج های داخلی ترین انتقال فوتون (خطوط K و L) تولید شده توسط عناصر از آلومینیوم ( Z  = 13) به طلا ( Z  = 79) را اندازه گیری کرد که به عنوان یک سری اهداف آندی متحرک در داخل پرتو ایکس استفاده می شود. لوله . [4] جذر فرکانس این فوتون ها (اشعه ایکس) از یک هدف به هدف بعدی در یک پیشرفت حسابی افزایش یافت. این به این نتیجه رسید ( قانون موزلی ) که عدد اتمی با بار الکتریکی محاسبه‌شده هسته، یعنی عدد عنصر Z مطابقت نزدیکی دارد (در کار موزلی، با جابجایی یک واحد برای خطوط K) . در میان چیزهای دیگر، موزلی نشان داد کهسری لانتانید (از لانتانیم تا لوتتیوم شامل) باید 15 عضو داشته باشد - نه کمتر و نه بیشتر - که در آن زمان از شیمی شناخته شده دور بود.

عناصر گمشده

پس از مرگ موزلی در سال 1915، اعداد اتمی همه عناصر شناخته شده از هیدروژن تا اورانیوم ( Z  = 92) با روش او مورد بررسی قرار گرفت. هفت عنصر وجود داشت (با Z  <92) که یافت نشدند و بنابراین به عنوان هنوز کشف نشده بودند، مربوط به اعداد اتمی 43، 61، 72، 75، 85، 87 و 91. [5] از 1918 تا 1947، هر هفت عنصر این عناصر گم شده کشف شدند. [6] در این زمان، چهار عنصر اول ماوراء اورانیوم نیز کشف شده بود، به طوری که جدول تناوبی بدون شکاف تا کوریم کامل بود ( Z  = 96).

پروتون و ایده الکترون های هسته ای

در سال 1915، دلیل کوانتیزه شدن بار هسته‌ای در واحدهای Z که اکنون با عدد عنصر یکسان شناخته می‌شد، مشخص نشد. یک ایده قدیمی به نام فرضیه پروت فرض می‌کرد که عناصر همه از بقایای (یا «نمونه‌های») سبک‌ترین عنصر هیدروژن ساخته شده‌اند که در مدل بور-رادرفورد دارای یک الکترون و بار هسته‌ای یک است. با این حال، در اوایل سال 1907، رادرفورد و توماس رویدز نشان داده بودند که ذرات آلفا، که دارای بار 2 + هستند، هسته اتم های هلیوم هستند که دارای جرمی چهار برابر هیدروژن هستند، نه دو برابر. اگر فرضیه پروت درست بود، چیزی باید برخی از بار هسته های هیدروژن موجود در هسته اتم های سنگین تر را خنثی می کرد.

رادرفورد در سال 1917 موفق به تولید هسته هیدروژن از واکنش هسته ای بین ذرات آلفا و گاز نیتروژن شد [7] و معتقد بود که قانون پروت را ثابت کرده است. او ذرات جدید هسته‌ای سنگین را در سال 1920 پروتون نامید (نام‌های جایگزین پروتون و پروتیل). از کار موزلی فوراً مشخص شد که هسته اتم های سنگین بیش از دو برابر جرمی دارند که از هسته های هیدروژن ساخته شده اند، و بنابراین فرضیه ای برای خنثی سازی پروتون های اضافی وجود داشت.فرض می شود در تمام هسته های سنگین وجود دارد. فرض بر این بود که یک هسته هلیوم از چهار پروتون به اضافه دو "الکترون هسته ای" (الکترون های متصل به هسته) تشکیل شده است تا دو بار از بارها را خنثی کند. در انتهای دیگر جدول تناوبی، هسته‌ای از طلا با جرم 197 برابر هیدروژن حاوی 118 الکترون هسته‌ای در هسته تصور می‌شد که به آن یک بار باقیمانده 79+، مطابق با عدد اتمی آن، می‌دهد.

کشف نوترون Z را به عدد پروتون تبدیل می کند

همه نظر گرفتن الکترون هسته ای با به پایان رسید جیمز چدویک را کشف نوترون در سال 1932. یک اتم طلا در حال حاضر حاوی 118 نوترون به جای 118 الکترون هسته ای، و بار مثبت خود را در حال حاضر به طور کامل آمده از محتوای 79 متوجه شد به عنوان دیده می شد پروتون ها بنابراین، پس از سال 1932، عدد اتمی یک عنصر Z نیز با عدد پروتونی هسته‌های آن یکسان است .

نماد Z

نماد متعارف Z احتمالاً از کلمه آلمانی Atom z ahl (عدد اتمی) می آید. [8] با این حال، قبل از سال 1915، کلمه Zahl (به سادگی عدد ) برای عدد اختصاص داده شده یک عنصر در جدول تناوبی استفاده می شد.

خواص شیمیایی

هر عنصر دارای مجموعه خاصی از خواص شیمیایی به دلیل تعداد الکترون های موجود در اتم خنثی است که Z (عدد اتمی) است. پیکربندی از این الکترونها زیر از اصول مکانیک کوانتومی . تعداد الکترون ها در هر عنصر پوسته های الکترونی ، به ویژه خارجی ترین لایه ظرفیت ، عامل اصلی در تعیین آن است پیوند شیمیایی رفتار. از این رو، این عدد اتمی به تنهایی است که خواص شیمیایی یک عنصر را تعیین می کند. و به همین دلیل است که یک عنصر را می توان به عنوان متشکل از هر مخلوطی از اتم ها با یک عدد اتمی معین تعریف کرد.

عناصر جدید

جستجو برای عناصر جدید معمولاً با استفاده از اعداد اتمی توصیف می شود. از سال 2021، تمام عناصر با اعداد اتمی 1 تا 118 مشاهده شده اند. سنتز عناصر جدید با بمباران اتم های هدف عناصر سنگین با یون ها انجام می شود، به طوری که مجموع اعداد اتمی هدف و عناصر یونی برابر با عدد اتمی عنصر ایجاد شده است. به طور کلی، نیمه عمر یک هسته کوتاه تر و عدد اتمی افزایش می یابد، هر چند هسته کشف نشده با "خاص سحر و جادو " تعداد پروتون ها و نوترون ممکن است نسبتا طولانی نیمه عمر دارند و شامل جزیره ثبات .

همچنین ببینید

منابع

  1. ^ a b جدول تناوبی عناصر ، موسسه فیزیک آمریکا
  2. توسعه جدول تناوبی ، انجمن سلطنتی شیمی
  3. ^ ترتیب عناصر در جدول تناوبی ، انجمن سلطنتی شیمی
  4. موزلی، HGJ (1913). "XCIII. طیف فرکانس بالا عناصر" . مجله فلسفی . سری 6. 26 (156): 1024–1034. doi : 10.1080/14786441308635052 . بایگانی شده از نسخه اصلی در 22 ژانویه 2010.
  5. اریک اسکری ، داستانی از هفت عنصر، (انتشارات دانشگاه آکسفورد 2013) ISBN 978-0-19-539131-2 ، p.47 
  6. ^ تکه های اسکری. 3-9 (یک فصل برای هر عنصر)
  7. ارنست رادرفورد | NZHistory.net.nz، تاریخ نیوزیلند آنلاین . Nzhistory.net.nz (19 اکتبر 1937). بازبینی شده در 2011-01-26.
  8. ^ منشا Z نماد . frostburg.edu