Número atómico
En física i química, el número atómico (o també, número de càrrega nuclear)Erro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut d'un element químic és el número total de protones que té cada àtom de dit element. El símbol convencional i la seua representació "Z" prové de la paraula alemana Atomzahl (número atómico).[1][2]
Es coloca com a subíndex a l'esquerra del símbol de l'element corresponent. Per eixemple, tots els àtoms de l'element hidrogen tenen un protón i el seu Z=1, els d'heli tenen dos protones i Z=2, els de liti tres protones i Z=3.
Els àtoms de diferents elements tenen distints números d'electrons i protones. Un àtom en el seu estat natural és neutre i té un número igual d'electrons i protones. Un àtom de sodi (Na) té un número atómico d'11; posseïx onze electrons i onze protones. Un àtom de magnesi (Mg) té un número atómico de 12; posseïx dotze electrons i dotze protones, i un àtom d'urani (O), que té un número atómico de 92, posseïx 92 electrons i 92 protones.
En 1913 Henry Moseley va demostrar la regularitat existent entre els valors de les llongituts d'ona dels rajos X açò significa que estan emesos per diferents metals despuix de ser bombardejats en electrons, i els número atómico d'estos elements metàlics. Este fet va permetre classificar els elements en la taula periòdica per orde creixent atòmic.
Història
[editar | editar còdic]La taula periòdica i un número natural per a cada element
[editar | editar còdic]
A grans traces, l'existència o construcció d'una taula periòdica d'elements crea una ordenació dels mateixos, per lo que es poden numerar en orde.
Dmitri Mendeléyev va dir que va dispondre les seues primeres taules periòdiques (publicades per primera volta el 6 de març de 1869) en orde de pes atòmic («Atomgewicht»).[3] No obstant, tenint en conte les propietats químiques observades dels elements, va canviar llaugerament l'orde i va colocar al telur (pes atòmic 127. 6) per davant del yodo (pes atòmic 126,9).[3][4] Esta colocació és coherent en la pràctica moderna d'ordenar els elements per número de protones, Z, pero eixe número no es coneixia ni se sospitava en aquella época.
Una numeració simple basada en la posició en la taula periòdica mai va ser del tot satisfactòria. Ademés del cas del yodo i el telur, més tart es va demostrar que atres parells d'elements (com argón i potassi, cobalt i níquel) tenien pesos atòmics casi idèntics o invertits, lo que obligava a determinar la seua ubicació en la taula periòdica en funció de les seues propietats químiques. No obstant, l'identificació gradual de més i més elements lantànits químicament similars, l'número atómico dels quals no era obvi, va conduir a la inconsistencia i incertitut en la numeració periòdica dels elements a lo manco des del luteci (element 71) en avant (hafni no es coneixia en eixe moment).
El model Rutherford-Bohr i van donen Broek
[editar | editar còdic]En 1911, Ernest Rutherford va donar un model de l'àtom en el que un núcleu central posseïa la major part de la massa de l'àtom i una càrrega positiva que, en unitats de la càrrega de l'electró, devia ser aproximadament igual a la mitat del pes atòmic de l'àtom, expressat en número d'àtoms d'hidrogen. Esta càrrega central seria, per tant, aproximadament la mitat del pes atòmic (encara que era casi un 25% diferent de l'número atómico de l'or (Z = 79, A = 197), l'únic element del que Rutherford va fer la seua conjectura). No obstant, a pesar de l'estimació de Rutherford de que l'or tenia una càrrega central d'aproximadament 100 (pero era l'element Z = 79 de la taula periòdica), un més despuix de la publicació de l'artícul de Rutherford, Antonius van donen Broek va sugerir formalment per primera volta que la càrrega central i el número d'electrons d'un àtom eren exactament iguals al seu lloc en la taula periòdica (també conegut com a número d'element, número atómico, i simbolisat Z). En el temps es va demostrar que aixina era.
Experiment de Moseley de 1913
[editar | editar còdic]La situació des d'un punt de vista experimental va millorar dràsticament despuix de les investigacions d'Henry Moseley en 1913.[5] Moseley, despuix de discussions en Bohr que es trobava en el mateix laboratori (i que havia utilisat l'hipòtesis de Van donen Broek en la seua model de Bohr de l'àtom), va decidir comprovar directament l'hipòtesis de Van donen Broek i Bohr, veent si llínea espectrals emeses per àtoms excitats s'ajustaven a la postulació de la teoria de Bohr de que la freqüència de les llínees espectrals fora proporcional al quadrat de Z.
Per a això, Moseley va medir les llongituts d'ona de les transicions fotòniques més internes (llínees K i L) produïdes pels elements des del alumini (Z = 13) fins a l'or (Z = 79) utilisats com una série de blancs anódicos mòvils dins d'un tubo de rajos X.[6] La raïl quadrada de la freqüència d'estos fotons (rajos X) aumentava d'un blanc al següent en una progressió aritmètica. Açò va dur a la conclusió (llei de Moseley) de que l'número atómico es correspon estretament (en un desfasament d'una unitat per a les llínees K, en el treball de Moseley) en la càrrega elèctrica calculada del núcleu, és dir, el número d'element Z. Entre atres coses, Moseley va demostrar que la série dels lantànits (des del lantano fins al luteci inclusivament) deu tindre 15 membres -ni més ni menys-, lo que no era obvi a partir de la química coneguda en aquell moment.
Elements que faltaven
[editar | editar còdic]Despuix de la mort de Moseley en 1915, els número atómico de tots els elements coneguts des de l'hidrogen fins a l'urani (Z = 92) varen ser examinats per mig del seu método. Va haver sèt elements (en Z < 92) que no es varen trobar i, per tant, es varen identificar com encara per descobrir, corresponents als número atómico 43, 61, 72, 75, 85, 87 i 91.[7]De 1918 a 1947 es varen descobrir els sèt elements desapareguts.[8] Per a llavors, també s'havien descobert els quatre primers element transuránicos, de modo que la taula periòdica estava completa sense estanys fins al curio (Z = 96).
El protón i l'idea dels electrons nuclears
[editar | editar còdic]En 1915, no es comprenia la raó per la que la càrrega nuclear es cuantizaba en unitats de Z, que ara es reconeixia que eren les mateixes que el número de l'element. Una vella idea anomenada hipòtesis de Prout havia postulat que els elements estaven tots fets de residus (o «prótidos») de l'element més llauger, l'hidrogen, que en el model Bohr-Rutherford tenia un sol electró i una càrrega nuclear d'un. No obstant, ya en 1907, Rutherford i Thomas Royds havien demostrat que les partícules alfa, que tenien una càrrega de +2, eren els núcleus d'àtoms d'heli, que tenien una massa quatre voltes superior a la de l'hidrogen, no dos. Si l'hipòtesis de Prout era certa, alguna cosa tenia que estar neutralisant part de la càrrega dels núcleus d'hidrogen presents en els núcleus d'àtoms més pesats.
En 1917, Rutherford va conseguir generar núcleus d'hidrogen a partir d'una reacció nuclear entre partícules alfa i gas nitrogen,[9] i va creure haver demostrat la llei de Prout. En 1920 va cridar protones a les noves partícules nuclears pesades (noms alternatius: proutones i protyles). Dels treballs de Moseley es va desprendre immediatament que els núcleus dels àtoms pesats tenen més del doble de massa de lo que caldria esperar si estigueren formats per núcleus d'hidrogen, per lo que es requeria una hipòtesis per a la neutralisació dels protones adicionals que se suponia que estaven presents en tots els núcleus pesats. Se suponia que un núcleu d'heli tenia quatre protones més dos «electrons nuclears» (electrons lligats a l'interior del núcleu) per a cancelar dos càrregues. En l'atre extrem de la taula periòdica, es pensava que un núcleu d'or en una massa 197 voltes la de l'hidrogen contenia 118 electrons nuclears en el núcleu per a donar-li una càrrega residual de +79, consistent en el seu número atómico.
El descobriment del neutró fa que Z siga el número del protón
[editar | editar còdic]Tota consideració dels electrons nuclears va terminar en el descobriment del neutró per James Chadwick en 1932. Es va considerar que un àtom d'or contenia 118 neutrons en lloc de 118 electrons nuclears, i que la seua càrrega nuclear positiva procedia enterament d'un contingut de 79 protones. Com Moseley havia demostrat anteriorment que l'número atómico Z d'un element és igual a esta càrrega positiva, ara estava clar que Z és idèntic al número de protones dels seus núcleus.
Número atómico dels elements
[editar | editar còdic]Relació d'elements per orde alfabètic en els seus número atómico:
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Orige del símbol Z (en anglés)
- ↑ Erwin Riedel: Allgemeine und Anorganische Chemie. 4. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin 1988; S. 5. ISBN 3-11-011443-7.
- ↑ 3,0 3,1 La Taula periòdica dels Elements [1] archivat en Wayback Machine., American Institute of Physics
- ↑ El desenroll de la Taula periòdica [2] archivat en Wayback Machine., Royal Society of Chemistry
- ↑ Ordenació dels elements en la Taula periòdica doc archivat en Wayback Machine., Royal Chemical Society
- ↑ “XCIII. Els espectres d'alta freqüència dels elements” (1913). Philosophical Magazine 26 (156): 1024-1034. doi:.
- ↑ Eric Scerri, A tale of seven elements, (Oxford University Press 2013) ISBN 978-0-19-539131-2, p.47
- ↑ Scerri caps. 3-9 (un capítul per element)
- ↑ Ernest Rutherford | NZHistory.net.nz, New Zealand history online [3] archivat en Wayback Machine.. Nzhistory.net.nz (19 d'octubre de 1937). Recuperat el 2011-01-26.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Número atómico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.