Atomskaitlis ir protonu — pozitīvi lādētu daļiņu — skaits ķīmiskā elementa atomā. Elementi atšķiras viens no otra ar to daļiņu skaitu, kas tiem ir, un tāpēc katram elementam ir savs unikālais atomu numurs. Elementa ķīmiskās īpašības nosaka tā elektronu skaits, bet neitrālā atomā tas ir tāds pats kā protonu skaits. Tomēr atomi var iegūt vai zaudēt elektronus, veidojot negatīvi vai pozitīvi lādētus jonus, tāpēc atomu skaits tiek definēts kā protonu skaits, jo tas vienmēr ir vienāds konkrētam elementam.
Atomskaitlis, masas skaitlis un atomsvars
Šīs vērtības ir iespējams sajaukt, taču tās ir diezgan atšķirīgas viena no otras. Atomi sastāv no kodola, kurā ir pozitīvi lādēti protoni un elektriski neitrāli neitroni, un elektroni riņķo zināmā attālumā. Protoni un neitroni ir salīdzinoši smagi, un tiem ir līdzīgs svars, taču elektroni ir daudz vieglāki un ļoti maz ietekmē atoma svaru. Atoma masas skaitlis ir protonu skaits plus neitronu skaits, un tas ir gandrīz vienāds ar atoma svaru.
Neitronu skaits elementā var atšķirties. Elementu formas ar dažādu neitronu skaitu sauc par izotopiem. Piemēram, visizplatītākajā ūdeņraža formā ir viens protons un nav neitronu, taču pastāv divi citi ūdeņraža izotopi, deitērijs un tritijs, ar attiecīgi vienu un diviem neitroniem. Dabā sastopamie elementi bieži ir dažādu izotopu maisījumi. Ogleklis ir vēl viens piemērs, kas sastāv no izotopiem ar masas skaitļiem 12, 13 un 14. Visiem tiem ir seši protoni, bet attiecīgi seši, septiņi un astoņi neitroni.
Lai gan 19. gadsimta ķīmiķi bija noteikuši labus zināmo elementu atomu svaru aptuvenus aprēķinus, precīzi aprēķini ne vienmēr ir vienkārši, jo dažādi izotopi ir sastopami dažādās proporcijās. Bieži vien atomu svaru nosaka kā vidējo, pamatojoties uz izotopu relatīvo daudzumu. Tā kā daži izotopi ir nestabili, laika gaitā pārvēršoties citos elementos, atomu svars var atšķirties, un tos var attēlot kā diapazonu, nevis vienu vērtību. Izotopus parasti attēlo ar atomskaitli ķīmiskā simbola apakšējā kreisajā stūrī un masas numuru vai aptuveno atommasu augšējā labajā stūrī. Piemēram, ogleklis 13 tiktu parādīts kā 6C13.
Periodiskā tabula
1860. gadsimta XNUMX. gados krievu ķīmiķis Dimitrijs Mendeļejevs strādāja pie tolaik zināmo elementu tabulas, sākotnēji sarindojot tos atomu svara secībā un sakārtojot rindās, kas grupēja elementus ar līdzīgām ķīmiskajām īpašībām. Citi ķīmiķi iepriekš bija pamanījuši, ka elementu īpašībām, ja tās tika sakārtotas pēc svara, bija tendence atkārtot vairāk vai mazāk regulāri. Piemēram, litijs, nātrijs un kālijs ir reaktīvi metāli, kas līdzīgā veidā savienojas ar nemetāliem, savukārt hēlijs, neons un argons ir pilnīgi nereaģējošas gāzes. Šī iemesla dēļ Mendeļejeva saraksts kļuva pazīstams kā periodiskā tabula.
Mendeļejeva pirmais drafts darbojās labi, taču bija dažas neatbilstības. Piemēram, svara secībā jods bija pirms telūra. Problēma bija tā, ka šis grupēja jodu ar skābekli, sēru un selēnu un telūru ar fluoru, hloru un bromu. Saskaņā ar to ķīmiskajām īpašībām, tam vajadzēja būt otrādi, tāpēc pirms savas tabulas publicēšanas 1869. gadā Mendeļejevs šos elementus vienkārši apmainīja. Tomēr šo neatbilstību iemesls tika atklāts tikai 20. gadsimta sākumā.
1913. gadā fiziķis HGJ Moseley izveidoja saistību starp dažādu elementu radīto rentgenstaru viļņu garumiem un to secību periodiskajā tabulā. Tā kā atoma struktūra tika atklāta citos eksperimentos ap šo laiku, kļuva skaidrs, ka šīs attiecības ir atkarīgas no protonu skaita elementa kodolā, citiem vārdiem sakot, no tā atomu skaita. Periodisko tabulu pēc tam varētu sakārtot pēc šī skaitļa, liekot novērotās elementu ķīmiskās īpašības pamatoti teorētiski. Neregulārās neatbilstības sākotnējā tabulā bija saistītas ar faktu, ka neitronu skaita izmaiņas dažkārt varēja izraisīt elementa atommasu, kas ir lielāks nekā citam elementam ar lielāku atomu skaitu.
Mūsdienu periodiskā tabula parāda elementus lodziņos, kas sakārtoti rindās un kolonnās ar katru rindu augošu atomu skaitu. Katra kolonna sagrupē elementus ar līdzīgām ķīmiskajām īpašībām. Kolonnas nosaka elektronu skaits un izvietojums atomos, ko savukārt nosaka protonu skaits. Katrā lodziņā parasti ir elementa ķīmiskais simbols ar atomskaitli augstāk.