Budowa atomu

Wiemy, że związki chemiczne powstają w wyniku łączenia się pierwiastków. Jak więc zbudowany jest sam pierwiastek?
Pierwiastki zbudowane są z niezwykle małych cząstek, zwanych atomami. W jednomilimetrowej kropce takich atomów zmieści się milion. Taka mała cząstka jest niezwykle lekka. Ponieważ ciężko jest posługiwać się tak małymi liczbami (atom tlenu waży 0,000 000 000 000 000 000 000 002 66g), wprowadzono atomową jednostkę masy- unit (junit), którą oznaczamy literką u. Unit wyraża się następującą zależnością od grama: 1g=6,02*1023u.
Każdy atom ma inną masę atomową. Spójrzmy na układ okresowy. Widzimy na nim masy atomowe wszystkich pierwiastków: dla tlenu wynosi w przybliżeniu 16u, dla siarki 32 u, dla ołowiu 207u itd.
Odkryto również, że atom nie jest jednorodny, ale składa się z jeszcze mniejszych cząstek: protonów, neutronów i elektronów. Atom składa się z jądra oraz ?chmury? elektronowej. Jądro natomiast jest to skupisko protonów (cząstek naładowanych dodatnio) i neutronów (cząstek obojętnych). Chmurą nazywamy obszar wokół jądra, w którym poruszają się ujemnie naładowane elektrony.
Protony, elektrony i neutrony to cząstki elementarne. We wszystkich atomach są one dokładnie takie same. Atomy pierwiastków różnią się jedynie ich liczbą.
Masa elektronu jest prawie 2 000 razy mniejsza od masy protonu i neutronu, masa atomu jest więc prawie całkowicie zgromadzona w jądrze.
Atom jest elektrycznie obojętny, stąd wniosek, że liczba protonów musi być równa liczbie neutronów. Liczbę taką (określającą ilość protonów czyli ilość elektronów) oznaczamy literką Z i nazywamy liczbą atomową. Natomiast liczbę protonów i neutronów w jądrze oznaczamy literą A i nazywamy liczbą masową (bo to neutrony i protony odpowiadają za masę atomu). Stąd można wyliczyć liczbę neutronów=A-Z.
Liczby A oraz Z można z łatwością znaleźć w układzie okresowym. Każdy pierwiastek jest opisany w taki sposób, że po jego lewej stronie znajdują się dwie liczby: jedna na górze i jedna na dole. Górna liczba jest to A, a dolna-Z. Na przykład odczytajmy dla wodoru:
(uczniowie czytają: atom wodoru ma Z=1 czyli ma jeden proton i jeden elektron. A wynosi 1 więc atom wodoru nie ma neutronów). I weźmy tlen: (atom tlenu ma 8 protonów, 8 elektronów, i 8 neutronów).
Aby narysować taki model, który zilustruje nam wygląd atomu, należy omówić jeszcze przestrzeń wokół jądra. Taka przestrzeń, w którym mamy największe prawdopodobieństwo znalezienia elektronu to powłoka elektronowa. Może ich być w atomie maksymalnie 7, zależnie od rozmiaru atomu. Na każdej powłoce może znajdować się określona liczba elektronów (co jest związane z rosnącą wielkością kolejnych powłok): na pierwszej, najbliższej jądru, mogą być maksymalnie 2 elektrony, na drugiej-8, na trzeciej-18, a na dalszych-odpowiednio więcej. Takie rozmieszczenie elektronów nazywamy konfiguracją elektronową, którą zapisujemy [a,b,c] gdzie a,b,c to liczby elektronów odpowiednio na pierwszej, drugiej i trzeciej powłoce.
Na przykład
Odczytajmy, co możemy zobaczyć w układzie okresowym o budowie atomu magnezu:
Liczba protonów=liczba elektrów=12
Liczba neutronów=24-12=12
Skoro atom magnezu ma 12 elektronów to konfiguracja elektronowa wygląda następująco: [2,8,2].
Elektrony na ostatniej powłoce nazywamy elektronami walencyjnymi i są one szczególnie istotne dla chemików, o czym dowiemy się na kolejnych lekcjach. Elektrony walencyjne możemy odczytać, tworząc konfigurację elektronową.