Liczba atomowa

Skład jądra atomowego – liczba atomowa i liczba masowa

Zrozumienie pojęć liczby atomowej i liczby masowej pierwiastków wymaga poznania podstawowych informacji dotyczących atomów. Budowie atomu czasami przypisuje się wygląd układu planetarnego. W centrum znajduje się dodatnio naładowane jądro atomowe, które skupia w sobie praktycznie całą masę atomu. Na zewnątrz jądra krążą ujemnie naładowane elektrony. Przyciągane są do niego siłami elektrostatycznymi. Elektrony, a w szczególności te znajdujące się na najbardziej oddalonej powłoce (powłoce walencyjnej), decydują o wielu właściwościach atomu.

Liczba atomowa – co trzeba wiedzieć:

• liczba atomowa, jak również liczba masowa charakteryzują skład jądra atomowego.
• liczbą atomową nazywa się liczbę dodatnich ładunków elementarnych w jądrze atomowym. Przyjęto dla niej oznaczenie literowe Z i podawana jest w lewym, dolnym rogu symbolu literowego pierwiastka chemicznego.
• na jej podstawie możemy określić liczbę elektronów krążących wokół jądra, ponieważ jest ona taka sama jak liczba dodatnich protonów w jądrze atomowym (atom jest elektrycznie obojętny). Znając te wartości można ustalić z jakim pierwiastkiem chemicznym mamy do czynienia.
• definicja pierwiastka podaje, że pierwiastek chemiczny to substancja zawierająca atomy o takiej samej liczbie atomowej.

Izotopy

Pojęcia liczby atomowej oraz liczby masowej pierwiastków chemicznych nierzadko przysparzają problemów. Pomimo jasnej definicji każdego z tych pojęć, są często mylone ze sobą. Prowadzi to na przykład do błędnego definiowania innych zagadnień dotyczących pierwiastków chemicznych, jak ma to miejsce chociażby z izotopami. Warto zapamiętać, że izotopy różnią się pomiędzy sobą wartością liczby masowej (ilością nukleonów, czyli sumą neutronów i protonów), a liczba atomowa w ich przypadku jest stała.

Z definicji izotopami nazywamy odmiany określonego pierwiastka chemicznego, które różnią się pomiędzy sobą masą atomową. Zatem odmiany te posiadają taki sam ładunek jądra (identyczną liczbę protonów) oraz taką samą ilość elektronów poruszających się wokół niego. Wyraźną różnicą pomiędzy poszczególnymi izotopami jest ich masa atomowa. Spowodowane jest to występowaniem w jadrach atomów tego samego pierwiastka różnej ilości neutronów. Atomy poszczególnych izotopów nazywane są nuklidami.

Liczba atomowa, a położenie pierwiastka chemicznego w układzie okresowym

Wartość liczby atomowej pierwiastków chemicznych jest ściśle skorelowana z ich położeniem w układzie okresowym. Pierwiastki ułożone są zgodnie ze wzrastającą wartością liczby atomowej, od strony lewej do prawej w okresach. Analizując położenie poszczególnych pierwiastków w układzie, widać, że w pierwszym okresie znajduje się wodór i hel, odpowiednio o wartościach liczb atomowych 1 i 2. W drugim okresie znajdują się dwa pierwiastki z grupy 1 oraz 2, a następnie z 13, 14, 15, 16, 17 oraz 18. Taką analogię obserwuje się kolejnych okresach układu okresowego pierwiastków chemicznych.

Jaka jest najmniejsza wartość liczby atomowej, a jaka największa?

Najmniejszą liczbę atomową posiada wodór i wynosi ona 1. Kolejno dla helu przyjmuje ona wartość 2, dla litu 3 i tak dalej.

Obecnie znany pierwiastek o największej wartości liczby atomowej to oganeson. Jego liczba atomowa to 118. Pierwsze jego atomy zostały zaobserwowane w 2002 roku przez zespół pracujący pod kierownictwem Jurija Oganessiana. Kolejna jego obserwacja pochodzi z 2006 roku, jednak nie została uznana za wiarygodną przez organizację IUPAC. Uczyniono to dopiero w 2015 roku.

Pierwiastki takie jak oganeson to przykłady superciężkich pierwiastków. Zawierają one w swoich jądrach dużą liczbę protonów (posiadają wysokie wartości liczby atomowej). Nie występuje naturalnie w skorupie ziemskiej, jedynie mogą istnieć przez krótki czas w ściśle kontrolowanych warunkach.

Naukowców nieustannie nurtuje pytanie czy da się wytworzyć jeszcze cięższe pierwiastki oraz gdzie mogłyby się znajdować w układzie okresowym pierwiastków. W 1969 roku zaproponowano nawet stworzenie ósmego okresu w układzie okresowym. Mógłby on zawierać pierwiastki, które charakteryzują się największymi liczbami atomowymi z zakresu 119 – 168. Żaden z nich jak dotąd nie został zsyntetyzowany. Nie ma informacji, czy mogą one istnieć.

Superciężkie pierwiastki są otrzymywane w wyniku bombardowania ciężkich tarczy jądrowych dużo lżejszymi rozpędzonymi jonami w specjalnie do tego skonstruowanych akceleratorach. Aby osiągnąć zamierzony efekt, we właściwy sposób należy dobrać zarówno tarcze, pociski, jak również energie bombardowania. Ale prawdopodobieństwo, że otrzyma się na ułamek sekundy jądro o nowym składzie, jest niezwykle małe.