Número atómico
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En la química y la física , el número atómico (también conocido como el número de protones) es el número de protones se encuentran en el núcleo de un átomo y por lo tanto idéntica a la número de cargar el núcleo. Se convencionalmente está representado por el símbolo Z. El número atómico identifica un elemento químico . En un átomo de carga neutra , el número atómico es también igual al número de electrones .
El número atómico, Z, no se debe confundir con la número de masa, A, que es el número de nucleones, el número total de protones y neutrones en el núcleo de un átomo. El número de neutrones, N, es conocido como el número de neutrones del átomo; Por lo tanto, A = Z + N (estas cantidades son siempre números enteros ). Dado que los protones y los neutrones tienen aproximadamente la misma masa (y la masa de los electrones se insignificante para muchos propósitos), y el defecto de masa de la unión de nucleones es siempre pequeña en comparación con la masa de nucleones, la masa atómica de cualquier átomo, cuando se expresa en unidades de masa atómica unificada (haciendo una cantidad llamada la " masa isotópica relativa ") es más o menos (al 1%) igual al número total A.
Átomos que tienen el mismo por lo tanto, diferentes masas atómicas número atómico Z pero el número de neutrones N diferente, y, se conocen como isótopos . Existen un poco más de las tres cuartas partes de los elementos presentes en la naturaleza como una mezcla de isótopos (ver elementos monoisotopic), y el promedio de masa isotópica de una mezcla de isótopos de un elemento (llamado la masa atómica relativa) en un entorno definido en la Tierra, determina el estándar del elemento peso atomico. Históricamente, fueron estos los pesos atómicos de los elementos (en comparación con hidrógeno) que eran las cantidades medibles por los químicos en el siglo 19.
El símbolo convencional Z viene del alemán palabra número significado ahl Z / número / figura, que antes de la síntesis moderna de las ideas de la química y la física, simplemente denota lugar numérico de un elemento en la tabla periódica , una propiedad más o menos determinado por atómica pesos, pero no en todos los casos (véase más adelante). Sólo después de 1915, con la sugerencia y la evidencia de que este número Z fue también la carga nuclear y una característica física de los átomos, hizo la palabra Atom z ahl y su número atómico equivalente Inglés entró en uso común.
Historia
La tabla periódica y un número natural para cada elemento
En términos generales, la existencia o la construcción de una tabla periódica de elementos crea un ordenamiento de los elementos. Tal ordenamiento no es necesariamente una numeración, pero que puede ser utilizado para construir una numeración por Fiat (es decir, simplemente descartar que se den los elementos de números enteros accoding a su lugar en la mesa, comenzando con hidrógeno como "número uno".
Dmitri Mendeleev afirmó que organizó sus primeras tablas periódicas con el fin de peso atómico ("Atomgewicht") Sin embargo, en deferencia a las propiedades químicas observadas, violó su propia regla y colocado telurio (peso atómico 127,6) por delante de yodo (peso atómico 126,9). Esta colocación es consistente con la práctica moderna de ordenar los elementos por el número de protones, Z, pero este número no se sabe o se sospecha en el momento.
Un numeración sencilla basada en posición de la tabla periódica nunca fue del todo satisfactorio, sin embargo. Además del caso de yodo y telurio, más tarde varios otros pares de elementos (tales como argón y potasio, cobalto y níquel) se sabe que tienen pesos atómicos casi idénticas o revertidas, a veces dejando su colocación en la tabla periódica por las propiedades químicas para estar en violación de las propiedades físicas conocidas. Otro problema era que la identificación gradual de más y más similares químicamente indistinguibles y lantánidos , que eran de un número incierto, llevó a la inconsistencia y la incertidumbre en la numeración de elementos periódica, al menos, de lutecio (elemento 71) en adelante ( hafnio no se conocía en esta vez).
El modelo de Rutherford-Bohr y van den Broek
En 1911, Ernest Rutherford dio una modelo del átomo en la que un núcleo central llevó a cabo la mayor parte de la masa del átomo y una carga positiva que, en unidades de la carga del electrón, iba a ser aproximadamente igual a la mitad del peso atómico del átomo, expresada en número de átomos de hidrógeno. Esta carga central lo tanto, sería aproximadamente la mitad del peso atómico (aunque era casi 25% diferente del número atómico de oro (Z = 79, A = 197), el único elemento de la que Rutherford hizo su conjetura). Sin embargo, a pesar de la estimación de Rutherford que el oro tenía una carga central de aproximadamente 100 (pero era elemento de Z = 79 en la tabla periódica), un mes después del artículo de Rutherford apareció, Antonius van den Broek propuso formalmente por primera vez que la carga central y el número de electrones en un átomo era exactamente igual a su lugar en la tabla periódica (también conocido como número de elemento, número atómico, y simbolizaba Z). Esto resultó finalmente ser el caso.
1913 El experimento de Moseley
La situación experimental mejoró dramáticamente después de la investigación por Henry Moseley en 1913. Moseley, después de discusiones con Bohr que se encontraba en el mismo laboratorio (y que habían utilizado hipótesis Van den Broek en su Bohr modelo del átomo), decidió probar Van den Broek y Bohr de hipótesis directamente, por ver si las líneas espectrales emitidas por los átomos excitados caber la demanda de la teoría de Bohr que la frecuencia de las líneas espectrales sea proporcional a una medida de la plaza de Z.
Para ello, Moseley midió las longitudes de onda de los fotones transiciones más interiores (K y L líneas) producidos por los elementos de aluminio (Z = 13) al oro (Z = 79) se utiliza como una serie de objetivos anódicas móviles dentro de una tubo de rayos x. La raíz cuadrada de la frecuencia de estos fotones (rayos X) aumentó de un objetivo a otro en forma lineal. Esto llevó a la conclusión ( La ley de Moseley) que el número atómico se corresponde muy de cerca (con un desplazamiento de una unidad para líneas K, en la obra de Moseley) al calculado carga eléctrica del núcleo, es decir, el número de elemento Z. Entre otras cosas, Moseley demostró que el lantánido serie (de lantano al lutecio inclusive) debe tener 15 miembros, no menos, y no más, que estaba lejos de ser obvio a partir de la química en ese momento.
El protón y la idea de electrones nucleares
En 1915 la razón de carga nuclear se cuantifica en unidades de Z, que ahora fueron reconocidos a ser el mismo que el número de elemento, no se entendía. Una vieja idea llamada La hipótesis de Prout había postulado que los elementos fueron hechos de residuos (o "protyles") del elemento de hidrógeno más ligero, que en el modelo de Bohr-Rutherford tenía un solo electrón y una carga nuclear de uno. Sin embargo, ya en 1907 Rutherford y Thomas Royds había demostrado que las partículas alfa, que tenían una carga de 2, fueron los núcleos de los átomos de helio, que tenían una masa cuatro veces la de hidrógeno, no dos veces. Si la hipótesis de Prout fuera cierto, algo había que neutralizar parte de la carga de los núcleos de hidrógeno presentes en los núcleos de los átomos más pesados.
En 1917 Rutherford succeded en la generación de núcleos de hidrógeno a partir de un reacción nuclear entre las partículas alfa y el gas nitrógeno, y creía que había probado la ley de Prout. Llamó a las nuevas partículas protones nucleares pesados en 1920 (nombres alternativos siendo proutons y protyles). Había sido inmediatamente aparente del trabajo de Moseley que los núcleos de los átomos pesados tienen más del doble de masa que se esperarían de su ser hechos de núcleos de hidrógeno, y por lo tanto no se requería una hipótesis para la neutralización de los protones adicionales presunta presente en todos los núcleos pesados. Un núcleo de helio se presume que se compone de cuatro protones y dos electrones "nucleares" (electrones unidos dentro del núcleo) para cancelar dos de los cargos. En el otro extremo de la tabla periódica, un núcleo de oro con una masa 197 veces el de hidrógeno, se pensó contenía 118 electrones nucleares en el núcleo para darle una carga residual de + 79, en consonancia con su número atómico.
El descubrimiento del neutrón hace Z el número de protones
Toda consideración de electrones nucleares terminó con el descubrimiento de Chadwick del neutrón en 1932. Un átomo de oro ahora se veía como que contiene 118 neutrones en lugar de 118 electrones nucleares, y su carga positiva ahora se dio cuenta de que venir enteramente de un contenido de 79 protones. Después de 1932, por lo tanto, el número atómico de un elemento Z fue también realizado para ser idéntica a la cantidad de protones de sus núcleos.
El símbolo de Z
El símbolo convencional Z posiblemente proviene del alemán palabra Atom ahl z (número atómico). Sin embargo, antes de 1915, la palabra Zahl (simplemente número) se utilizó para número asignado de un elemento en la tabla periódica.
Propiedades químicas
Cada elemento tiene un conjunto específico de propiedades químicas, como consecuencia del número de electrones presentes en el átomo neutro, que es Z (el número atómico). La configuración de estos electrones se desprende de los principios de la mecánica cuántica . El número de electrones en cada elemento de cáscaras del electrón, en particular la más externa valencia concha, es el factor principal para determinar su unión química comportamiento. Por lo tanto, es el número atómico solo que determina las propiedades químicas de un elemento; y es por esta razón por la que un elemento se puede definir como que consiste de cualquier mezcla de átomos con un número atómico dado.
Nuevos elementos
La búsqueda de nuevos elementos se describe generalmente usando números atómicos. A partir de 2010, se han observado elementos con números atómicos 1-118. Síntesis de nuevos elementos se lleva a cabo mediante el bombardeo de átomos del blanco de elementos pesados con iones, tales que la suma de los números atómicos de los elementos diana y de iones es igual al número atómico del elemento que se está creando. En general, la vida media se hace más corto a medida que aumenta el número atómico, aunque un " isla de estabilidad "puede existir para isótopos no descubiertas con cierto número de protones y neutrones.
