Общая химия/Числа, используемые для описания атомов

Атомное число — это число протонов в ядре атома. Это число определяет тип элемента атома. Например, все атомы неона имеют ровно десять протонов. Если атом имеет десять протонов, то это должен быть неон. Если атом — неон, то он должен иметь десять протонов.

Атомное число иногда обозначается Z. Продолжая пример с неоном, ${\displaystyle Z=10}$.

Нейтронное число — это число нейтронов в ядре атома. Помните, что нейтроны не имеют электрического заряда, поэтому они не влияют на химию элемента. Однако они влияют на ядерные свойства элемента. Например, углерод-12 имеет шесть нейтронов, и он стабилен. Углерод-14 имеет восемь нейтронов, и он радиоактивен. Несмотря на эти различия, обе формы углерода ведут себя одинаково при образовании химических соединений.

Число нейтронов иногда обозначается как N.

Массовое число — это сумма протонов и нейтронов в атоме. Оно обозначается как A. Чтобы найти массовое число атома, помните, что A = Z + N. Массовое число атома всегда является целым числом. Поскольку число нейтронов может различаться среди разных атомов одного и того же элемента, могут быть разные массовые числа данного элемента. Вернемся к примеру с углеродом. Углерод-14 имеет массовое число 14, а углерод-12 имеет массовое число 12. Каждый атом углерода должен иметь шесть протонов, поэтому углерод-14 имеет восемь нейтронов, а углерод-12 имеет шесть нейтронов.

Шаблон:Информация Изотопы одного и того же элемента имеют почти идентичные химические свойства (потому что у них одинаковое число протонов и электронов). Их единственное отличие — это число нейтронов, которое изменяет их ядерные свойства, такие как радиоактивность.

Существует удобный способ записи чисел, описывающих атомы. Проще всего изучать их на примерах.

Шаблон:Полезная подсказка

${\displaystyle _{\,\,9}^{19}{\text{F}}}$	Вот как мы пишем фтор-19. Атомный номер находится ниже, а массовое число — выше, за ним следует его символ в периодической таблице элементов.
${\displaystyle ^{12}{\text{C}}}$	В этом примере показан углерод-12. Обратите внимание, что атомный номер отсутствует. Вы знаете, какой это элемент, из-за C, поэтому нет необходимости писать количество протонов. Атомный номер редко пишется, потому что символ элемента подразумевает, сколько в нем протонов.
${\displaystyle _{12}^{25}{\text{Mg}}^{+2}}$	В последнем примере показаны как атомный номер, так и массовое число, а также заряд. Заряд — это разница в числе протонов по сравнению с числом электронов. Подробнее о заряде, протонах и электронах вы можете прочитать в позже. Из примера видно, что этот атом магния будет иметь 12 протонов, 13 нейтронов и 10 электронов. Его масса составляет 25 (12 p + 13 n), а его заряд равен +2 (12 p - 10 e).

Масса атома измеряется в «атомных единицах массы (а.е.м.)». Массу атома можно найти, суммируя число протонов и нейтронов. По определению, 12 а.е.м. равны атомной массе углерода-12. Протоны и нейтроны имеют приблизительную массу 1 а.е.м., а электроны имеют пренебрежимо малую массу.

Шаблон:Желтое предупреждение

Обычно чистый элемент состоит из ряда изотопов в определенных соотношениях. Из-за этого измеренная атомная масса углерода не равна точно 12. Это среднее значение всех масс всех изотопов, причем более распространенные из них вносят больший вклад в измеренную атомную массу. По соглашению атомные массы не имеют единиц измерения.

Моль определяется как количество элемента, число частиц которого равно числу в 12 г углерода C-12, также известное как число Авогадро. Число Авогадро равно 6,022 × 10²³. Моль не очень запутан: если у вас есть дюжина атомов, у вас будет 12. Если у вас есть моль атомов, у вас будет 6,022 × 10²³. Почему это смехотворно большое число важно? Его можно использовать для преобразования между атомными единицами массы и граммами. Один моль углерода-12 по определению равен ровно 12 граммам. Аналогично, один моль любого элемента — это атомная масса этого элемента, выраженная в виде веса в граммах. Атомная масса равна количеству граммов на моль этого элемента.

Моли также важны, поскольку каждые 22,4 литра газа содержат 1 моль молекул газа при стандартной температуре и давлении (СТП, 0 °C и 1 атмосфера давления). Авогадро открыл это. (Вот почему это его число.) Емкость, заполненная фтористым газом, должна быть 22,4 л, чтобы вместить один моль молекул F₂. Знание этого факта позволяет вам определить массу молекулы газа, если вы знаете объем емкости. Это справедливо для каждого газа.

Почему каждый отдельный газ? Атомы и молекулы «крошечные». Объем газа в основном представляет собой пустое пространство, поэтому молекулы имеют ничтожно малый объем. Как вы в конце концов узнаете, это гарантирует, что на каждые 22,4 литра при STP всегда приходится один моль атомов газа.