Protony, neutrony i izotopy

Każde jądro składa się z dwóch rodzajów nukleonów:

• proton: ładunek +e, masa około 1,0073 u
• neutron: brak ładunku, masa około 1,0087 u. Został odkryty przez Jamesa Chadwicka w 1932 roku.

Jądro opisują trzy liczby:

• Z, liczba atomowa: liczba protonów. To ona określa pierwiastek. Z = 6 zawsze oznacza węgiel, a Z = 92 zawsze oznacza uran.
• N, liczba neutronów.
• A, liczba masowa: łączna liczba nukleonów.

A = Z + N.

Standardowy sposób zapisu nuklidu umieszcza A z lewej strony u góry, a Z z lewej strony na dole symbolu: ¹⁴₆C oznacza węgiel, dla którego A = 14 i Z = 6, więc N = 14 − 6 = 8. Możesz też zobaczyć zapis węgiel-14 lub C-14. W takim zapisie Z trzeba odczytać z tablic, ponieważ sam symbol mówi już, jaki to pierwiastek.

Izotopy to jądra o takiej samej liczbie Z, ale różnej liczbie N. Są to atomy tego samego pierwiastka o różnej masie.

• Węgiel-12 (6 protonów, 6 neutronów) jest zdecydowanie najczęstszy — stanowi około 99 procent naturalnego węgla.
• Węgiel-13 (6 protonów, 7 neutronów) stanowi około 1 procent.
• Węgiel-14 (6 protonów, 8 neutronów) jest promieniotwórczy i niezwykle rzadki — przypada na niego około jeden atom węgla na bilion.

Wodór ma trzy dobrze znane izotopy: zwykły wodór-1 (jeden proton), deuter (wodór-2, jeden proton i jeden neutron) oraz tryt (wodór-3, jeden proton i dwa neutrony). Woda zawierająca deuter nazywa się ciężką wodą. Jeszcze wrócisz do oznaczeń D i T w świecie fuzji jądrowej.

Chemia zależy od tego, jak rozmieszczone są elektrony atomu, a neutralny atom ma tyle samo elektronów co protonów. Izotopy jednego pierwiastka mają taką samą liczbę elektronów, więc zachowują się niemal identycznie w reakcjach chemicznych. Różnią się masą i często także stabilnością jądra.

Liczenie masy. Masy jąder zapisuje się w atomowych jednostkach masy: 1 u to dokładnie jedna dwunasta masy atomu węgla-12, czyli około 1,6605 × 10⁻²⁷ kg. Dlatego liczba masowa A jest zbliżona do masy wyrażonej w u. Z definicji węgiel-12 ma dokładnie 12 u.

Masa atomowa podana w układzie okresowym to średnia dla naturalnej mieszaniny izotopów. Chlor ma podaną wartość 35,45, ponieważ naturalny chlor składa się mniej więcej z trzech części chloru-35 i jednej części chloru-37. Żaden pojedynczy atom chloru nie ma jednak takiej masy.