Numărul atomic Z arată câți protoni are nucleul, iar numărul de masă A este suma protonilor și neutronilor. Pentru un atom neutru, numărul electronilor este egal cu Z. Pentru un ion, electronii se calculează ținând cont de sarcina electrică.
Lecția este pentru varianta chimie anorganică și generală, tema atomului, elementului chimic și izotopilor. Scopul este să reconstruiești inventarul particulelor și să interpretezi notațiile. Configurațiile electronice pe straturi și substraturi reprezintă o etapă separată de învățare.
Cele trei particule urmărite
Protonii au sarcină pozitivă și se află în nucleu. Neutronii nu au sarcină electrică și se află tot în nucleu. Electronii au sarcină negativă și aparțin învelișului electronic. Sarcinile protonului și electronului au aceeași valoare absolută.
| Particulă |
Localizare în modelul școlar |
Sarcină în unități elementare |
| Proton |
Nucleu |
+1 |
| Neutron |
Nucleu |
0 |
| Electron |
Înveliș electronic |
−1 |
Masa atomului este concentrată în mare parte în nucleu, dar numărul de masă nu este o măsurare exactă a masei atomului. El numără nucleonii. Această diferență devine importantă când compari A, care este întreg, cu masa atomică relativă din tabelul periodic, care poate fi zecimală.
Definițiile pentru Z, A și sarcina ionului sunt prezentate și în materialul OpenStax despre structura atomică. Exemplele de mai jos folosesc aceste relații pentru inventare originale, cu date precizate explicit.
Cum citești notația unui atom
În notația nucleară uzuală, numărul de masă este scris în stânga sus a simbolului, iar numărul atomic în stânga jos. Pentru a evita confuziile de afișare, putem scrie în text „sodiu: A = 23, Z = 11”. Informația este aceeași.
Din Z = 11 rezultă unsprezece protoni. Din A = 23 rezultă douăzeci și trei de nucleoni. Numărul neutronilor este A − Z = 12. Dacă specia este un atom neutru, are unsprezece electroni.
Nu aduni electronii la numărul de masă. O expresie precum A = protoni + neutroni + electroni nu corespunde definiției. Electronii participă la sarcina totală, dar nu la numărul nucleonilor.
Identitatea elementului este determinată de Z. Dacă numărul protonilor se schimbă, elementul se schimbă. Dacă se schimbă numai electronii, obții o altă stare de ionizare a aceluiași element.
Izotopi: același element, neutroni diferiți
Izotopii aceluiași element au același număr atomic și numere de masă diferite. Prin urmare, au același număr de protoni și numere diferite de neutroni. Atomii lor neutri au și același număr de electroni.
Considerăm clorul cu Z = 17. Pentru izotopul cu A = 35, numărul neutronilor este 18. Pentru izotopul cu A = 37, numărul neutronilor este 20. În ambele cazuri, atomul neutru are șaptesprezece electroni.
Diferența dintre cei doi izotopi nu se explică prin câștigarea a doi electroni. Acea schimbare ar afecta sarcina, nu numărul de masă. Separarea dintre transformarea nucleară și schimbarea învelișului electronic este esențială pentru răspunsurile corecte.
Nu deduce automat din cuvântul „izotop” că specia este radioactivă. Noțiunea descrie relația dintre numărul protonilor și cel al neutronilor. Stabilitatea nucleară este o proprietate distinctă, care necesită informații suplimentare.
Cationii: mai puțini electroni decât protoni
Un ion pozitiv are un deficit de electroni față de atomul neutru. Pentru sarcina +k, numărul electronilor este Z − k. Numărul protonilor și cel al neutronilor rămân aceleași în procesul obișnuit de formare a ionului prin pierdere de electroni.
Pentru Mg²⁺ cu Z = 12 și A = 24, inventarul este: doisprezece protoni, doisprezece neutroni și zece electroni. Sarcina rezultă din 12 − 10 = +2, exprimată în unități elementare.
Semnul plus nu înseamnă că atomul a primit protoni. În modelul chimic obișnuit, înseamnă că a pierdut electroni. Dacă ai adăuga doi protoni magneziului, ai schimba numărul atomic și identitatea elementului.
Anionii: mai mulți electroni decât protoni
Un ion negativ are un surplus de electroni. Pentru sarcina −k, numărul electronilor este Z + k. Neutronii se calculează în continuare prin A − Z, fără să introduci sarcina în această diferență.
Pentru O²⁻ cu Z = 8 și A = 16, există opt protoni, opt neutroni și zece electroni. Diferența dintre protoni și electroni este 8 − 10 = −2. Astfel verifici semnul, fără memorarea mecanică a unei reguli izolate.
O metodă sigură este să scrii mai întâi inventarul atomului neutru, apoi să modifici numai electronii. Această etapizare poate fi exersată pe cerințe din arhiva de subiecte BAC.
Specii izoelectronice nu înseamnă același element
Două specii sunt izoelectronice dacă au același număr de electroni. De exemplu, Ne neutru, Na⁺ și Mg²⁺ au fiecare zece electroni, folosind numerele atomice zece, unsprezece și doisprezece.
Ele nu sunt același element, deoarece nucleele au numere diferite de protoni. Nici sarcinile totale nu sunt egale. Numărul electronilor singur nu identifică elementul dacă nu cunoști și sarcina speciei.
Această comparație poate apărea într-un tabel cu rubrici lipsă. Nu completa Z direct cu numărul electronilor decât atunci când neutralitatea este precizată. Pentru un ion pozitiv cu zece electroni și sarcina +2, Z este doisprezece.
Exemplu invers: reconstruirea datelor
Un ion de fosfor are optsprezece electroni, sarcina −3 și șaisprezece neutroni. Determină Z și A. Sarcina negativă arată că electronii sunt cu trei mai mulți decât protonii, deci protonii sunt cincisprezece.
Rezultă Z = 15 și A = 15 + 16 = 31. Verificarea se face în sens invers: cincisprezece protoni și optsprezece electroni dau sarcina −3. Numărul de masă este suma particulelor nucleare, indiferent de surplusul de electroni al ionului.
Pentru un exemplu chimic familiar, un ion cu zece electroni, sarcina +1 și doisprezece neutroni are unsprezece protoni, deci Z = 11 și A = 23. Îl identificăm ca ion de sodiu pentru izotopul precizat.
Masa atomică medie și numărul de masă
Într-un exercițiu simplificat, un element ipotetic are două varietăți izotopice cu mase aproximative 10 și 11, în proporții de 20% și 80%. Media ponderată este 0,20·10 + 0,80·11 = 10,8.
Valoarea medie nu descrie un atom cu un număr fracționar de neutroni. Descrie compoziția unei populații de atomi. Pentru calcule exacte se folosesc masele izotopice furnizate, care nu sunt obligatoriu egale exact cu numerele de masă.
Exerciții cu explicații
1. Pentru Al³⁺ cu Z = 13 și A = 27, află particulele. Sunt treisprezece protoni, paisprezece neutroni și zece electroni. Verificarea sarcinii este 13 − 10 = +3.
2. Doi atomi neutri au Z = 6 și A egal cu 12, respectiv 13. Sunt izotopi. Au câte șase protoni și electroni, dar șase, respectiv șapte neutroni.
3. Un ion are optsprezece electroni și nouăsprezece protoni. Sarcina sa este +1. Numărul neutronilor nu poate fi stabilit fără A sau alte date echivalente.
4. Corectează afirmația „izotopii au numere atomice diferite”. Izotopii au același Z și numere de masă diferite.
Întrebări frecvente
Sarcina ionului modifică A?
Nu, dacă se schimbă numai electronii. A numără protonii și neutronii, nu electronii.
Pot calcula neutronii din masa atomică zecimală?
Nu pentru un izotop individual fără informații suplimentare. Ai nevoie de numărul de masă al izotopului respectiv.
Cum evit inversarea regulilor pentru ioni?
Calculează sarcina ca protoni minus electroni. Această explicație prin relații este mai ușor de verificat; pentru exerciții suplimentare poți folosi pregătirea la chimie.
Reper curricular: programa oficială de chimie, atom, element chimic și izotopi.