1.2: ساختار اتمی - هسته
- Page ID
- 215681
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)همانطور که ممکن است از دوره شیمی عمومی خود به یاد داشته باشید، یک اتم شامل یک هسته متراکم و با بار مثبت است که در یک فاصله نسبتا بزرگ توسط الکترون های با بار منفی احاطه شده است (شکل\(\PageIndex{1}\)). هسته شامل ذرات زیراتمی به نام نوترون است که از نظر الکتریکی خنثی هستند و پروتون ها که دارای بار مثبت هستند. از آنجا که یک اتم به طور کلی خنثی است، تعداد پروتون های مثبت در هسته و تعداد الکترون های منفی اطراف هسته یکسان است.
اگرچه هسته بسیار کوچک است - حدود 10-14 تا 10-15 متر (متر) قطر، با این وجود اساساً تمام جرم اتم را در خود جای داده است. الکترون ها دارای جرم ناچیز هستند و در اطراف هسته در فاصله تقریبی 10-10 متر گردش می کنند. بنابراین، قطر یک اتم معمولی حدود 2 × 10-10 متر یا 200 پیکومتر (pm) است، جایی که 1 pm = 10-12 متر است. برای اینکه به شما ایده ای از این که چقدر کوچک است، یک خط مداد نازک حدود 3 میلیون اتم کربن عرض دارد. اگر چه اکثر شیمیدانان در سراسر جهان از سیستم بین المللی (SI) واحدها استفاده می کنند و فاصله های کوچک را در پیکومتر توصیف می کنند، بسیاری از شیمیدانان آلی و بیوشیمی ها در ایالات متحده هنوز از واحد آنگستروم (Å) برای بیان فاصله اتمی استفاده می کنند، جایی که 1 Å = 100pm = 10-10 متر همانطور که احتمالا در دوره شیمی عمومی خود انجام دادید، با این حال، ما با واحدهای SI در این کتاب باقی خواهیم ماند.
یک اتم خاص با عدد اتمی آن (Z) توصیف می شود که تعداد پروتون ها (یا الکترون ها) موجود در آن را می دهد و عدد جرمی آن (A)، که تعداد کل پروتون ها و نوترون ها را در هسته آن نشان می دهد. تمام اتمهای یک عنصر معین عدد اتمی یکسانی دارند: ۱ برای هیدروژن، ۶ برای کربن، ۱۵ برای فسفر، و غیره؛ اما بسته به تعداد نوترونها میتوانند عدد جرمی متفاوتی داشته باشند. اتمهایی که عدد اتمی یکسان اما عدد جرمی متفاوت داشته باشند ایزوتوپ نامیده میشوند. عنصر کربن، به عنوان مثال، دارای سه ایزوتوپ است که به طور طبیعی وجود دارند، با اعداد جرمی 12، 13 و 14. کربن 12 دارای فراوانی طبیعی 98.89٪، کربن 13 دارای فراوانی طبیعی 1.11٪ و کربن 14 تنها فراوانی طبیعی ناچیز است.
میانگین وزنی ایزوتوپ های طبیعی یک عنصر، وزن اتمی نامیده می شود و در واحد جرم اتمی واحد (u) یا دالتون (Da) داده می شود که در آن 1 u یا 1 Da به عنوان یک دوازدهم جرم یک اتم کربن 12 تعریف می شود. بنابراین، وزن اتمی 1.008 u برای هیدروژن، 12.011 u برای کربن، 30.974 u برای فسفر و غیره است. وزن اتمی تمام عناصر در جدول تناوبی در ضمیمه D آورده شده است.