Numéro atomique
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Dans la chimie et la physique , le numéro atomique (également connu comme le nombre de protons) est le nombre de protons présents dans le noyau d'un atome et donc identique à la charger numéro du noyau. Il est classiquement représentée par le symbole Z. Le numéro atomique identifie de manière unique un élément chimique . Dans un atome de charge neutre , le numéro atomique est égal au nombre d' électrons .
Le numéro atomique Z, ne doit pas être confondu avec le nombre de masse, A, qui est le nombre de nucléons, le nombre total de protons et de neutrons dans le noyau d'un atome. Le nombre de neutrons, N, est connu comme le nombre de neutrons de l'atome; Ainsi, A = Z + N (ces quantités sont toujours des nombres entiers ). Etant donné que les protons et les neutrons ont approximativement la même masse (et la masse des électrons est négligeable de nombreux cas), et le défaut de masse de la liaison nucléon est toujours faible par rapport à la masse des nucléons, le masse atomique de tout atome, lorsqu'elle est exprimée en unifiés unités de masse atomique (fabrication une quantité appelée le " de masse isotopique relative, ") est à peu près (à 1%) égal au nombre entier A.
Atomes ayant le même numéro atomique Z mais nombre différent de neutrons N, et par conséquent différentes masses atomiques, sont connus comme des isotopes . Un peu plus de trois quarts des éléments naturels existent comme un mélange d'isotopes (voir monoisotopiques éléments), et la masse isotopique moyenne d'un mélange isotopique d'un élément (appelé la masse atomique relative) dans un environnement défini sur Terre, détermine le niveau de l'élément poids atomique. Historiquement, ce sont ces masses atomiques des éléments (par rapport à l'hydrogène) qui étaient les quantités mesurables par les chimistes dans le 19 e siècle.
Le symbole Z classique provient de l' allemand mot numéro de sens ahl Z / numérique / figure, qui, avant la synthèse moderne des idées de la chimie et de la physique, simplement notée lieu numérique d'un élément dans le tableau périodique , une propriété plus ou moins déterminé par atomique des poids, mais pas dans tous les cas (voir ci-dessous). Ce est seulement après 1915, avec la suggestion et la preuve que ce numéro de Z a également la charge nucléaire et une caractéristique physique des atomes, a fait le mot Atom z ahl et son numéro atomique équivalent anglais entrent en usage courant.
Histoire
Le tableau périodique et un nombre naturel de chaque élément
Grosso modo, l'existence ou la construction d'un tableau périodique des éléments crée une commande pour les éléments. Cette commande ne est pas nécessairement une numérotation, mais il peut être utilisé pour construire une numérotation par décret (ce est à dire, tout simplement statuant que les éléments soient donnés nombres entiers accoding à leur place sur la table, en commençant par l'hydrogène comme «numéro un."
Dmitri Mendeleïev a affirmé qu'il arrangé ses premiers tableaux périodiques afin de poids atomique ("Atomgewicht") Cependant, par respect pour les propriétés chimiques observés, il a violé sa propre règle et placé tellure (poids atomique 127,6) avant de l'iode (poids atomique 126,9). Ce placement est conforme à la pratique moderne de commander les éléments par nombre de protons, Z, mais ce nombre ne est pas connu ou suspecté à l'époque.
Cependant, une numérotation simple basé sur la position de la table périodique n'a jamais été tout à fait satisfaisante,. Outre le cas de l'iode et le tellure, plus tard, plusieurs autres paires d'éléments (tels que l'argon et le potassium, le cobalt et le nickel) ont été connus pour avoir des poids atomiques presque identiques ou inversées, laissant parfois leur placement dans le tableau périodique par des propriétés chimiques pour être en violation de propriétés physiques connues. Un autre problème était que l'identification progressive de plus en plus chimiquement semblables et indiscernables lanthanides , qui étaient d'un nombre incertain, a conduit à l'incohérence et de l'incertitude dans la numérotation périodique des éléments au moins de lutétium (élément 71) partir ( hafnium ne était pas connu au cette fois).
Le modèle de Rutherford-Bohr et van den Broek
En 1911, Ernest Rutherford a donné une modèle de l'atome dans lequel un noyau central a tenu plus de la masse de l'atome et une charge positive qui, dans les unités de la charge de l'électron, devait être à peu près égal à la moitié du poids atomique de l'atome, exprimé en nombre d'atomes d'hydrogène. Cette charge centrale serait donc environ la moitié du poids atomique (si ce était près de 25% différent du numéro atomique de l'or (Z = 79, A = 197), l'élément unique à partir duquel Rutherford a fait sa proposition). Néanmoins, en dépit de l'estimation de Rutherford que l'or avait une charge centrale d'environ 100 (mais était l'élément Z = 79 sur le tableau périodique), un mois après le document de Rutherford est apparu, Antonius van den Broek premier formellement suggéré que la charge centrale et le nombre d'électrons dans un atome était exactement égale à sa place dans le tableau périodique (également connu sous le numéro de l'élément, de numéro atomique, et symbolisé Z). Cela se est avéré par la suite être le cas.
1913 expérience de Moseley
La situation expérimentale améliorée de façon spectaculaire après des recherches par Henry Moseley en 1913. Moseley, après des discussions avec Bohr qui était au même laboratoire (et qui avaient utilisé l'hypothèse de Van den Broek dans son Bohr modèle de l'atome), a décidé de tester l'hypothèse Van den Broek et Bohr directement, en voyant si raies spectrales émises par les atomes excités se adaptent à la demande de la théorie de Bohr que la fréquence des raies spectrales soit proportionnelle à une mesure de la place de Z.
Pour ce faire, Moseley mesuré les longueurs d'onde des transitions de photons plus à l'intérieur (lignes K et L) produits par les éléments de l'aluminium (Z = 13) à l'or (Z = 79) utilisé comme une série de cibles mobiles à l'intérieur d'un anodiques tube à rayons X. La racine carrée de la fréquence de ces photons (rayons X) a augmenté d'une cible à l'autre de façon linéaire. Cela a conduit à la conclusion ( La loi de Moseley) que le numéro atomique ne correspond étroitement (avec un décalage d'une unité pour K-lignes, dans le travail de Moseley) au calculée charge électrique du noyau, à savoir le numéro de l'élément Z. Entre autres choses, Moseley démontré que la lanthanides série (de lanthane au lutétium inclus) doit avoir 15 membres-pas moins et pas plus, qui était loin d'être évident de la chimie à ce moment-là.
Le proton et l'idée d'électrons nucléaires
En 1915, la raison de la charge nucléaire étant quantifié en unités de Z, qui sont désormais reconnus pour être le même que le numéro de l'élément, n'a pas été comprise. Une vieille idée appelée L'hypothèse de Prout avait postulé que les éléments sont tous faits de résidus (ou "protyles") de l'élément le plus léger de l'hydrogène, qui, dans le modèle de Bohr-Rutherford avait un seul électron et une charge nucléaire d'un. Cependant, dès 1907 et Rutherford Thomas Royds avait montré que les particules alpha, qui avaient une charge de deux, étaient les noyaux des atomes d'hélium, qui avaient une masse quatre fois supérieure à celle de l'hydrogène, et non pas deux fois. Si l'hypothèse de Prout était vrai, quelque chose devait être neutraliser une partie de la charge des noyaux d'hydrogène présents dans les noyaux des atomes plus lourds.
En 1917, Rutherford a succédé à générer des noyaux d'hydrogène à partir d'un réaction nucléaire entre les particules alpha et de l'azote gazeux, et croyait avoir prouvé la loi de Prout. Il a appelé les nouvelles particules lourdes nucléaires protons en 1920 (noms de suppléants étant proutons et protyles). Il avait été immédiatement apparente du travail de Moseley que les noyaux d'atomes lourds ont plus de deux fois plus de masse comme on pouvait s'y attendre de leur être faite de noyaux d'hydrogène, et donc il était nécessaire une hypothèse pour la neutralisation des protons supplémentaires présumée Présent dans tous les noyaux lourds. Un noyau d'hélium a été présumé être composé de quatre protons et de deux «électrons nucléaires" (électrons liés dans le noyau) pour annuler deux des charges. A l'autre extrémité de la table périodique, un noyau d'or ayant une masse 197 fois celui de l'hydrogène, a été pensé pour contenir 118 électrons nucléaires dans le noyau pour lui donner une charge résiduelle de 79 +, en accord avec son nombre atomique.
La découverte du fait neutrons Z le nombre de protons
Tout examen des électrons nucléaires a pris fin avec la découverte de Chadwick du neutron en 1932. Un atome d'or était maintenant considérée comme contenant 118 neutrons plutôt que 118 électrons nucléaires, et sa charge positive aujourd'hui a été réalisé à venir entièrement à partir d'un contenu de 79 protons. Après 1932, par conséquent, le nombre atomique d'un élément Z a également été réalisé pour être identique au nombre de protons des noyaux.
Le symbole de Z
Le symbole Z classique vient peut-être de l' allemand mot Atom z ahl (numéro atomique). Cependant, avant 1915, le mot Zahl (tout simplement le numéro) a été utilisé pour le numéro attribué à un élément dans le tableau périodique.
Propriétés chimiques
Chaque élément possède un ensemble spécifique de propriétés chimiques du fait du nombre d'électrons présents dans l'atome neutre, ce qui est Z (numéro atomique). Le configuration de ces électrons résulte des principes de la mécanique quantique . Le nombre d'électrons dans chaque élément de couches électroniques, en particulier les régions ultrapériphériques valence shell, est le facteur principal dans la détermination de sa liaison chimique comportement. Par conséquent, il est le seul numéro atomique qui détermine les propriétés chimiques d'un élément; et ce est pour cette raison qu'un élément peut être défini comme constitué d'un mélange quelconque d'atomes ayant un numéro atomique donnée.
Nouveaux éléments
La quête de nouveaux éléments est habituellement décrit en utilisant des numéros atomiques. En 2010, des éléments ayant les numéros atomiques 1-118 ont été observés. Synthèse de nouveaux éléments est réalisée par bombardement de cibles atomes d'éléments lourds avec des ions, de telle sorte que la somme des numéros atomiques des éléments de cible et d'ions égal au nombre atomique de l'élément en cours de création. En général, la demi-vie est plus courte que le numéro atomique augmente, si un " îlot de stabilité "peut exister pour les isotopes non découvertes avec certains nombres de protons et de neutrons.
