Biology for Majors I

Abychom pochopili, jak se prvky spojují, musíme nejprve probrat nejmenší součást nebo stavební kámen prvku, atom. Atom je nejmenší jednotka hmoty, která si zachovává všechny chemické vlastnosti prvku. Například jeden atom zlata má všechny vlastnosti zlata v tom smyslu, že je při pokojové teplotě pevným kovem. Zlatá mince je jednoduše velmi velké množství atomů zlata vytvarovaných do tvaru mince a obsahujících malé množství dalších prvků známých jako příměsi. Atomy zlata nelze rozložit na nic menšího a přitom si zachovat vlastnosti zlata.

Atom se skládá ze dvou oblastí: jádra, které je uprostřed atomu a obsahuje protony a neutrony, a nejvzdálenější oblasti atomu, v níž se na oběžné dráze kolem jádra nacházejí elektrony, jak je znázorněno na Obrázku 1. Zlatá mince se skládá ze dvou částí: jádra, které je uprostřed atomu a obsahuje protony a neutrony. Atomy obsahují kromě jiných subatomárních částic také protony, elektrony a neutrony. Jedinou výjimkou je vodík (H), který se skládá z jednoho protonu a jednoho elektronu bez neutronů.

Obrázek č. 1. Prvky, jako je zde vyobrazené helium, se skládají z atomů. Atomy se skládají z protonů a neutronů umístěných v jádře a elektronů v orbitalech obklopujících jádro.

Protony a neutrony mají přibližně stejnou hmotnost, asi 1,67 × 10-24 gramů. Vědci toto množství hmotnosti libovolně definují jako jednu atomovou hmotnostní jednotku (amu) nebo jeden dalton, jak je uvedeno v tabulce 1. Ačkoli mají protony a neutrony podobnou hmotnost, liší se svým elektrickým nábojem. Proton je kladně nabitý, zatímco neutron je bez náboje. Proto se počet neutronů v atomu významně podílí na jeho hmotnosti, ale ne na jeho náboji. Elektrony mají mnohem menší hmotnost než protony, váží pouze 9,11 × 10-28 gramů, tedy asi 1/1800 atomové hmotnostní jednotky. Proto se na celkové atomové hmotnosti prvku příliš nepodílejí. Proto se při posuzování atomové hmotnosti obvykle ignoruje hmotnost všech elektronů a hmotnost atomu se vypočítá pouze na základě počtu protonů a neutronů. Přestože se elektrony na hmotnosti atomu významně nepodílejí, mají velký podíl na jeho náboji, protože každý elektron má záporný náboj rovnající se kladnému náboji protonu. V nenabitých, neutrálních atomech se počet elektronů obíhajících kolem jádra rovná počtu protonů uvnitř jádra. V těchto atomech se kladné a záporné náboje vzájemně ruší, což vede k tomu, že atom nemá žádný čistý náboj.

Při zohlednění velikosti protonů, neutronů a elektronů je většina objemu atomu – více než 99 % – ve skutečnosti prázdný prostor. Vzhledem k tomuto prázdnému prostoru se můžeme ptát, proč takzvané pevné objekty neprocházejí jeden přes druhý. Důvodem, proč neprocházejí, je to, že elektrony, které obklopují všechny atomy, jsou záporně nabité a záporné náboje se navzájem odpuzují.

.

Atomové číslo a hmotnost

Atomy každého prvku obsahují charakteristický počet protonů a elektronů. Počet protonů určuje atomové číslo prvku a slouží k rozlišení jednoho prvku od druhého. Počet neutronů je proměnlivý, což vede ke vzniku izotopů, což jsou různé formy téhož atomu, které se liší pouze počtem neutronů, které mají. Počet protonů a počet neutronů společně určují hmotnostní číslo prvku, jak je znázorněno na obrázku 2. Všimněte si, že malý příspěvek hmotnosti elektronů se při výpočtu hmotnostního čísla nebere v úvahu. Tuto aproximaci hmotnosti lze snadno použít k výpočtu počtu neutronů, které prvek má, a to prostým odečtením počtu protonů od hmotnostního čísla. Protože izotopy prvku budou mít mírně odlišná hmotnostní čísla, vědci také určují atomovou hmotnost, která je vypočteným průměrem hmotnostního čísla pro jeho přirozeně se vyskytující izotopy. Výsledné číslo často obsahuje zlomek. Například atomová hmotnost chloru (Cl) je 35,45, protože chlor se skládá z několika izotopů, z nichž některé (většina) mají atomovou hmotnost 35 (17 protonů a 18 neutronů) a některé atomovou hmotnost 37 (17 protonů a 20 neutronů).

.