Biologie pentru absolvenți I

Pentru a înțelege cum se unesc elementele, trebuie să discutăm mai întâi despre cea mai mică componentă sau bloc de construcție a unui element, atomul. Un atom este cea mai mică unitate de materie care păstrează toate proprietățile chimice ale unui element. De exemplu, un atom de aur are toate proprietățile aurului, în sensul că este un metal solid la temperatura camerei. O monedă de aur este pur și simplu un număr foarte mare de atomi de aur modelați în forma unei monede și care conțin cantități mici de alte elemente cunoscute sub numele de impurități. Atomii de aur nu pot fi descompuși în ceva mai mic, păstrând în același timp proprietățile aurului.

Un atom este compus din două regiuni: nucleul, care se află în centrul atomului și care conține protoni și neutroni, și regiunea cea mai exterioară a atomului care deține electronii săi pe orbită în jurul nucleului, așa cum este ilustrat în figura 1. Atomii conțin protoni, electroni și neutroni, printre alte particule subatomice. Singura excepție este hidrogenul (H), care este alcătuit dintr-un proton și un electron, fără neutroni.

Figura 1. Elementele, cum ar fi heliul, reprezentat aici, sunt alcătuite din atomi. Atomii sunt formați din protoni și neutroni localizați în interiorul nucleului, cu electroni în orbitalele care înconjoară nucleul.

Protonii și neutronii au aproximativ aceeași masă, de aproximativ 1,67 × 10-24 grame. Oamenii de știință definesc în mod arbitrar această cantitate de masă ca fiind o unitate de masă atomică (amu) sau un Dalton, după cum se arată în tabelul 1. Deși au o masă similară, protonii și neutronii diferă în ceea ce privește sarcina electrică. Un proton este încărcat pozitiv, în timp ce un neutron nu este încărcat. Prin urmare, numărul de neutroni dintr-un atom contribuie în mod semnificativ la masa sa, dar nu și la sarcina sa. Electronii au o masă mult mai mică decât protonii, cântărind doar 9,11 × 10-28 grame, adică aproximativ 1/1800 de unitate de masă atomică. Prin urmare, ei nu contribuie prea mult la masa atomică totală a unui element. Prin urmare, atunci când se ia în considerare masa atomică, se obișnuiește să se ignore masa oricăror electroni și să se calculeze masa atomului doar pe baza numărului de protoni și neutroni. Deși nu contribuie în mod semnificativ la masă, electronii contribuie în mare măsură la sarcina atomului, deoarece fiecare electron are o sarcină negativă egală cu sarcina pozitivă a unui proton. În cazul atomilor neutrii, fără sarcină, numărul de electroni care orbitează în jurul nucleului este egal cu numărul de protoni din interiorul nucleului. În acești atomi, sarcinile pozitive și negative se anulează reciproc, ceea ce duce la un atom fără sarcină netă.

Contând dimensiunile protonilor, neutronilor și electronilor, cea mai mare parte a volumului unui atom – mai mult de 99 la sută – este, de fapt, spațiu gol. Cu tot acest spațiu gol, ne putem întreba de ce așa-numitele obiecte solide nu trec pur și simplu unele prin altele. Motivul pentru care nu trec este acela că electronii care înconjoară toți atomii sunt încărcați negativ, iar sarcinile negative se resping între ele.

.

.

Numărul și masa atomică

Atomii fiecărui element conțin un număr caracteristic de protoni și electroni. Numărul de protoni determină numărul atomic al unui element și este folosit pentru a distinge un element de altul. Numărul de neutroni este variabil, rezultând izotopi, care sunt forme diferite ale aceluiași atom care variază doar prin numărul de neutroni pe care îl posedă. Împreună, numărul de protoni și numărul de neutroni determină numărul de masă al unui element, așa cum este ilustrat în figura 2. Rețineți că, la calcularea numărului de masă, nu se ia în considerare contribuția mică de masă a electronilor. Această aproximare a masei poate fi utilizată pentru a calcula cu ușurință câți neutroni are un element prin simpla scădere a numărului de protoni din numărul de masă. Deoarece izotopii unui element vor avea numere de masă ușor diferite, oamenii de știință determină, de asemenea, masa atomică, care este media calculată a numărului de masă pentru izotopii care apar în mod natural. Adesea, numărul rezultat conține o fracție. De exemplu, masa atomică a clorului (Cl) este 35,45 deoarece clorul este compus din mai mulți izotopi, unii (majoritatea) cu masa atomică 35 (17 protoni și 18 neutroni) și alții cu masa atomică 37 (17 protoni și 20 de neutroni).

Întrebare practică

Carbonul are un număr atomic de șase și doi izotopi stabili cu numere de masă de doisprezece și, respectiv, treisprezece. Masa sa atomică este de 12,11.

Figura 2. Carbon-12 și carbon-13

Câți neutroni au carbonul-12 și, respectiv, carbonul-13?

Arată răspunsul

Carbonul-12 are șase neutroni. Carbonul-13 are șapte neutroni.

.