Número atómico - Atomic number


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Una explicación de los superíndices y subíndices visto en notación número atómico. El número atómico es el número de protones, y por lo tanto también la carga positiva total en el núcleo atómico.
El modelo de Rutherford-Bohr del átomo de hidrógeno ( Z = 1 ) o un ión de hidrógeno-como ( Z > 1 ). En este modelo es una característica esencial que la energía del fotón (o frecuencia) de la radiación electromagnética emitida (mostrados) cuando un electrón salta de un orbital a otro, sea proporcional al cuadrado matemática de carga atómica ( Z 2 ). Medida experimental por Henry Moseley de esta radiación para muchos elementos (de Z = 13 a 92 ) mostró los resultados como se predijo por Bohr. Tanto el concepto de número atómico y el modelo de Bohr se les dio de esta manera credibilidad científica.

El número atómico o número de protones (símbolo Z ) de un elemento químico es el número de protones que se encuentran en el núcleo de un átomo . Es idéntico al número de carga del núcleo. El número atómico identifica de forma única un elemento químico. En una sin carga átomo, el número atómico es también igual al número de electrones .

La suma del número atómico Z y el número de neutrones , N , da la número de masa A de un átomo. Desde los protones y los neutrones tienen aproximadamente la misma masa (y la masa de los electrones es insignificante para muchos propósitos) y el defecto de masa de la unión nucleon siempre es pequeña en comparación con la masa de nucleones, la masa atómica de cualquier átomo, cuando se expresa en unificado atómica unidades de masa (que hacen una cantidad llamada la " masa isotópica relativa "), está dentro del 1% del número total a .

Los átomos con el mismo número atómico Z pero diferente número de neutrones N , y por lo tanto diferentes masas atómicas, se conocen como isótopos . Existen un poco más de tres cuartas partes de los elementos presentes en la naturaleza como una mezcla de isótopos (véase elementos monoisotopic ), y la masa isotópica media de una mezcla isotópica de un elemento (llamada la masa atómica relativa) en un entorno definido en la Tierra, determina estándar del elemento de peso atómico . Históricamente, fue estos pesos atómicos de los elementos (en comparación con hidrógeno) que eran las cantidades mensurables por los químicos en el siglo 19.

El símbolo convencional Z viene del alemán palabra Z AHL significado número , que, antes de la síntesis moderna de las ideas de la química y la física, simplemente denota lugar numérica de un elemento en la tabla periódica , cuyo orden es de aproximadamente, pero no completamente, en consonancia con la orden de los elementos de pesos atómicos. Sólo después de 1915, con la sugerencia y la evidencia de que este Z serie fue también la carga nuclear y una característica física de los átomos, hicieron la palabra Atom z AHL (y su equivalente Inglés número atómico ) entran en el uso común en este contexto.

Historia

La tabla periódica y un número natural para cada elemento

Químico ruso Dimitri Mendeleiev , creador de la tabla periódica.

Hablando vagamente, la existencia o la construcción de una tabla periódica de elementos crea un ordenamiento de los elementos, y para que puedan ser numeradas en orden.

Dimitri Mendeleiev afirmó que él arregló sus primeras tablas periódicas (publicado por primera vez el 6 de marzo 1869) con el fin de masa atómica ( "Atomgewicht"). Sin embargo, en consideración de las propiedades químicas observadas los elementos, cambió el orden ligeramente y se coloca 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 número de protones, Z , pero ese número no se sabe o se sospecha en el momento.

Un numeración sencilla basada en posición de la tabla periódica nunca fue del todo satisfactoria, sin embargo. Además del caso de yodo y telurio, se conocido más tarde varios otros pares de elementos (tales como argón y potasio, cobalto y níquel) para tener pesos atómicos casi idénticas o invertidas, requiriendo así su colocación en la tabla periódica a ser determinado por su composición química propiedades. Sin embargo, la identificación gradual de más y más químicamente similar lantánidos elementos, cuyo número atómico no era obvio, condujo a la inconsistencia y la incertidumbre en la numeración periódica de los elementos, al menos, de lutecio (elemento 71) en adelante ( hafnio no se sabe en este momento).

Niels Bohr , creador del modelo de Bohr .

El modelo de Rutherford-Bohr y Van den Broek

En 1911, Ernest Rutherford dio un modelo del átomo en el que un núcleo central mantuvo 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 de peso atómico del átomo, expresada en número de átomos de hidrógeno. Esta carga central tanto, sería aproximadamente la mitad del peso atómico (aunque era casi 25% diferente del número atómico del oro ( Z = 79 , A = 197 ), el solo elemento de que Rutherford hizo su conjetura). Sin embargo, a pesar de la estimación de Rutherford que el oro tenía una carga central de alrededor de 100 (pero era elemento de Z = 79 en la tabla periódica), un mes después de que el papel de Rutherford apareció, Antonius van den Broek sugirió por primera vez formalmente 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 simbolizado Z ). Esto resultó finalmente ser el caso.

El experimento de Moseley 1913

Henry Moseley en su laboratorio.

La posición experimental mejoró dramáticamente después de una 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 modelo de Bohr del átomo), decidió probar Van den Broek de y la hipótesis de Bohr directamente, por ver si las líneas espectrales emitidas por átomos excitados equipados postulación de la teoría de Bohr que la frecuencia de las líneas espectrales sea proporcional al cuadrado de Z .

Para ello, Moseley midió las longitudes de onda de las transiciones de fotones más interiores (K y L líneas) producidos por los elementos de aluminio ( Z  = 13) para el oro ( Z  = 79) se utiliza como una serie de objetivos anódicos móviles dentro de una de rayos x tubo . La raíz cuadrada de la frecuencia de estos fotones (rayos X) aumentó de un objetivo a otro en una progresión aritmética. Esto llevó a la conclusión ( la ley de Moseley ) que el número atómico se corresponde estrechamente (con un desplazamiento de una unidad de líneas K, en la obra de Moseley) a la calculada carga eléctrica del núcleo, es decir, el número de elemento Z . Entre otras cosas, Moseley demostrado que el lantánido serie (de lantano a lutecio inclusive) debe tener de 15 miembros-no menos y no más, que estaba lejos de ser evidente a partir de la química en ese momento.

elementos que faltan

Después de la muerte de Moseley en 1915, los números atómicos de todos los elementos conocidos de hidrógeno hasta el uranio ( Z = 92) fueron examinados por su método. Hubo siete elementos (con Z <92), que no fueron encontrados y por lo tanto identificado como aún sin descubrir, que corresponden a los números atómicos 43, 61, 72, 75, 85, 87 y 91. De 1918 a 1947, los siete de estos elementos que faltan fueron descubiertos. Por este tiempo los cuatro primeros elementos transuránicos también se habían descubierto, de modo que la tabla periódica era completa sin huecos tan lejos como el curio ( Z = 96).

El protón y la idea de electrones nucleares

En 1915 la razón de la carga nuclear que se cuantifica en unidades de Z , que ahora fueron reconocidos a ser el mismo que el número de elemento, no se entendía. Una idea de edad llamada hipótesis de Prout había postulado que los elementos fueron todos hechos de los residuos (o "protyles") del hidrógeno elemento más ligero, que en el modelo de Bohr-Rutherford tenía un único electrón y una carga nuclear de uno. Sin embargo, tan pronto como 1907 Rutherford y Thomas Royds habían 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 átomos más pesados.

En 1917 Rutherford tuvo éxito en la generación de núcleos de hidrógeno a partir de una reacción nuclear entre las partículas alfa y gas nitrógeno, y se cree que había demostrado la ley de Prout. Llamó a las nuevas partículas pesadas protones nucleares en 1920 (nombres alternativos siendo proutons y protyles). Había sido inmediatamente evidente a partir de la obra de Moseley que los núcleos de los átomos pesados tienen más de dos veces tanta masa como sería de esperar de su ser hecha de hidrógeno núcleos, y por lo tanto no se requería una hipótesis para la neutralización de los adicionales protones presunta presente en todos los núcleos pesados. Un núcleo de helio se presume que está compuesto de cuatro protones y dos electrones "nucleares" (electrones ligados 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 cree que contienen 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 James Chadwick 's descubrimiento del neutrón en 1932. Un átomo de oro ahora se ve como que contiene 118 neutrones en lugar de 118 electrones nucleares, y su carga positiva ahora se realizó a 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. 1989, Henadzi Filipenka. Nuevos números atómicos de los elementos. http://nauka-sn.ru/filestore/3(7)2018/FilipenkaH.R.pdf

El símbolo de Z

El símbolo convencional Z posiblemente proviene del alemán palabra Atom z AHL (número atómico). Sin embargo, antes de 1915, la palabra Zahl (sólo número ) se utilizó para el 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 de cada elemento capas de electrones , en particular la más externa la capa de valencia , es el factor principal en la determinación de 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 en cualquier mezcla de átomos con un número atómico dado.

Los nuevos elementos

La búsqueda de nuevos elementos generalmente se describe el uso de números atómicos. A partir de 2010, se han observado todos los elementos con los números atómicos 1 a 118. Síntesis de nuevos elementos se lleva a cabo mediante el bombardeo de átomos diana 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 está creando. En general, la vida media se acorta conforme aumenta el número atómico, a pesar de una " isla de estabilidad " puede existir para isótopos no descubiertas con ciertos números de protones y neutrones.

Ver también

referencias