Numéro atomique - Atomic number


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Une explication des indices supérieurs et vus dans la notation de numéro atomique. numéro atomique est le nombre de protons, et donc la charge positive totale, dans le noyau atomique.
Le modèle de Rutherford-Bohr de l' atome d'hydrogène ( Z = 1 ) ou un ion hydrogène de type ( Z > 1 ). Dans ce modèle , il est une caractéristique essentielle que l'énergie des photons (ou la fréquence) du rayonnement électromagnétique émis (représenté) lorsqu'un électron saute d'une orbite à l' autre, soit proportionnelle au carré mathématique de charge atomique ( Z 2 ). Mesure expérimentale par Henry Moseley de ce rayonnement pour de nombreux éléments (de Z = 13-92 ) a montré les résultats comme prédit par Bohr. Tant le concept de numéro atomique et le modèle Bohr ont ainsi eu la crédibilité scientifique.

Le numéro atomique ou nombre de protons (symbole Z ) d'un élément chimique est le nombre de protons présents dans le noyau d'un atome . Il est identique au nombre de charge du noyau. Le numéro atomique identifie de manière unique un élément chimique. Dans un non chargé atome, le numéro atomique est égal au nombre d' électrons .

La somme du nombre atomique Z et du nombre de neutrons , N , donne le nombre de masse A de l'atome. Etant donné que les protons et les neutrons ont à peu près la même masse (et la masse des électrons est négligeable pour de nombreux cas) et le défaut de masse de nucléons de liaison est toujours faible par rapport à la masse nucléon, la masse atomique de tout atome, lorsqu'elle est exprimée en atomique unifiée des unités de masse (fabrication une quantité appelée la « masse isotopique par rapport »), est à moins de 1% du nombre entier a .

Les atomes ayant le même numéro atomique Z mais différents nombres de neutrons N , et par conséquent différentes masses atomiques, sont connus comme des isotopes . Un peu plus des trois quarts de existent sous la forme d' un mélange d'isotopes des éléments naturels (voir élément monoisotopique ) et la masse isotopique moyenne d'un mélange isotopique d'un élément (appelé la masse atomique relative) dans un environnement défini sur la Terre, détermine standard de l'élément de poids atomique . Historiquement, ce sont ces poids atomiques des éléments (par rapport à l' hydrogène) qui étaient les quantités mesurables par les chimistes du 19ème siècle.

Le symbole classique Z provient de l' allemand mot Z ahl sens numéro , qui, avant la synthèse moderne des idées de la chimie et de la physique, mais simplement notée lieu numérique d'un élément dans le tableau périodique , dont l' ordre est à peu près, mais pas complètement, conformément à la ordre des éléments de poids atomique. Seulement après 1915, avec la suggestion et la preuve que ce Z nombre a également la charge nucléaire et une caractéristique physique des atomes, est-ce le mot Atom z AHL (et son équivalent anglais numéro atomique ) entrent en usage courant dans ce contexte.

L'histoire

Le tableau périodique et un nombre naturel pour chaque élément

Chimiste russe Dmitri Mendeleïev , créateur du tableau périodique.

Grosso modo, l'existence ou la construction d'un tableau périodique des éléments crée un ordre des éléments, et ils peuvent être numérotés dans l' ordre.

Dmitri Mendeleïev a affirmé qu'il rangea ses premières tables périodiques ( d' abord publié le 6 Mars 1869) dans l' ordre de poids atomique ( « Atomgewicht »). Toutefois, en tenant compte des propriétés chimiques des éléments observés, il a changé l'ordre légèrement et placé tellure (poids atomique 127,6) avant d' iode (poids atomique 126,9). Ce placement est conforme à la pratique moderne de commander les éléments par nombre de protons, Z , mais ce nombre n'a pas été connue ou soupçonnée à l'époque.

Une numérotation simple basée sur cependant position de la table périodique n'a jamais été tout à fait satisfaisante,. Outre le cas de l' iode et du tellure, par la suite plusieurs autres paires d'éléments (tels que l' argon et le potassium, le cobalt et le nickel) sont connus pour avoir presque identiques ou inverses poids atomiques, ce qui nécessite leur placement dans le tableau périodique à déterminer par leur composition chimique Propriétés. Cependant , l'identification progressive de plus en plus chimiquement similaire lanthanides éléments dont le nombre atomique est pas évident, a conduit à une incohérence et de l' incertitude dans la numérotation périodique des éléments au moins du lutétium (élément 71) en avant ( hafnium on ne sait pas à l'heure actuelle).

Niels Bohr , créateur du modèle Bohr .

Le modèle Rutherford-Bohr et van den Broek

En 1911, Ernest Rutherford a donné un modèle de l'atome dans lequel un noyau central maintenu la majeure partie de la masse de l'atome et une charge positive qui, en unités de la charge de l'électron, devait être approximativement égale à la moitié du poids atomique de l'atome, exprimée en nombre d'atomes d'hydrogène. Cette charge centrale serait donc environ la moitié du poids atomique (si elle était près de 25% différent du numéro atomique de l' or ( Z = 79 , A = 197 ), l'élément unique à partir duquel Rutherford a fait son estimation). Néanmoins, malgré l'estimation de Rutherford que l' or avait une charge centrale d'environ 100 (mais était élément Z = 79 sur le tableau périodique), un mois après le journal de Rutherford est apparu, Antonius van den Broek d' abord suggéré formellement que la charge centrale et le nombre de les électrons dans un atome est exactement égale à sa place dans le tableau périodique (également connu sous le numéro d'élément, de numéro atomique, et le symbole Z ). Cela a prouvé par la suite être le cas.

1913 expérience de Moseley

Henry Moseley dans son laboratoire.

La position expérimentale améliorée de façon spectaculaire après des recherches par Henry Moseley en 1913. Moseley, après des discussions avec Bohr qui était au même laboratoire (et qui avaient utilisé l'hypothèse de Van den Broek dans son modèle Bohr de l'atome), a décidé de tester Van den Broek et ses l'hypothèse de Bohr directement, en voyant si les raies spectrales émises par les atomes excités équipés de postulat de la théorie de Bohr que la fréquence des raies spectrales soit proportionnelle au carré de Z .

Pour ce faire, Moseley a mesuré les longueurs d'onde des transitions de photons les plus internes (lignes K et L) produits par les éléments de l' aluminium ( Z  = 13) à l' or ( Z  = 79) utilisé comme une série de cibles anodiques mobile à l' intérieur d' un x-ray le tube . La racine carrée de la fréquence de ces photons (rayons X) a augmenté d'une cible à l'autre dans une progression arithmétique. Cela a conduit à la conclusion ( de la loi de Moseley ) que le numéro atomique ne correspond étroitement (avec un décalage d'une unité de K lignes, dans les travaux de Moseley) à la valeur calculée de la charge électrique du noyau, à savoir le numéro de l' élément Z . Entre autres, Moseley démontré que la lanthanides série (de lanthane à lutécium inclus) doit avoir 15 membres, pas moins et pas plus, ce qui était loin d' être évident de la chimie à ce moment - là.

Les éléments manquants

Après la mort de Moseley en 1915, les numéros atomiques de tous les éléments connus à partir de l' hydrogène à l' uranium ( Z = 92) ont été examinés par sa méthode. Il y avait sept éléments (avec Z <92) qui ne sont pas trouvés et donc identifiés comme encore non découvertes, ce qui correspond aux numéros atomiques 43, 61, 72, 75, 85, 87 et 91. De 1918 à 1947, les sept de ces éléments manquants ont été découverts. A cette époque , les quatre premiers éléments transuraniens ont également été découverts, de sorte que le tableau périodique était complet sans lacunes dans la mesure du curium ( Z = 96).

Le proton et l'idée d'électrons nucléaires

En 1915 , la raison de la charge nucléaire étant quantifie en unités de Z , qui ont été reconnues aujourd'hui être le même que le nombre d'éléments, n'a pas été compris. Une vieille idée appelée l'hypothèse de Prout avait émis l' hypothèse que les éléments ont été tous faits de résidus (ou « protyles ») du plus léger élément hydrogène, qui , dans le modèle Bohr-Rutherford avait un seul électron et une charge nucléaire d'un. Cependant, dès 1907 Rutherford et Thomas Royds a montré que les particules alpha, qui avait une charge de 2, sont les noyaux des atomes d'hélium, qui avait une masse de quatre fois celle de l' hydrogène, pas deux fois. Si l'hypothèse de Prout était vrai, quelque chose devait être neutraliser une partie de la charge des noyaux d'hydrogène présents dans les noyaux des atomes plus lourds.

En 1917 , Rutherford a réussi à générer des noyaux d'hydrogène à partir d' une réaction nucléaire entre les particules alpha et de l' azote gazeux, et a cru qu'il avait prouvé la loi de Prout. Il a appelé les nouvelles particules nucléaires lourds protons en 1920 (noms de remplacement étant proutons et protyles). Il avait été immédiatement apparente du travail de Moseley que les noyaux d'atomes lourds ont plus de deux fois plus de masse comme on pouvait s'y attendre de leur être fait d' hydrogène des noyaux, et donc il était nécessaire une hypothèse pour la neutralisation des supplémentaires protons présumés présent dans tous les noyaux lourds. Un noyau d'hélium a été présumé être composé de quatre protons et deux « électrons nucléaires » (électrons liés à l' intérieur du noyau) pour annuler deux des charges. A l'autre bout de la table périodique, un noyau d'or avec 197 fois la masse que de l' hydrogène, a été pensé pour contenir 118 électrons nucléaires dans le noyau pour lui donner une charge résiduelle de + 79, en accord avec son numéro atomique.

La découverte du neutron rend Z le nombre de protons

Tout examen des électrons nucléaires est terminée par James Chadwick de découverte du neutron en 1932. Un atome d'or maintenant a été considéré comme contenant 118 neutrons plutôt que 118 électrons nucléaires, et sa charge positive maintenant a été réalisé à venir entièrement d'un contenu de 79 protons. Après 1932, par conséquent, le nombre atomique d'un élément Z a également été réalisé pour être identique au nombre de protons des noyaux. 1989, Henadzi Filipenka. Les nouveaux numéros atomiques de tous les éléments. http://nauka-sn.ru/filestore/3(7)2018/FilipenkaH.R.pdf

Le symbole de Z

Le symbole classique Z vient peut - être de l' allemand mot Atom z AHL (numéro atomique). Cependant, avant 1915, le mot Zahl (simplement le numéro ) a été utilisé pour le numéro attribué à un élément dans le tableau périodique.

Propriétés chimiques

Chaque élément possède un ensemble spécifique de propriétés chimiques en raison du nombre d'électrons présents dans l'atome neutre, ce qui est Z (le numéro atomique). La configuration de ces électrons suit des principes de la mécanique quantique . Le nombre d'électrons dans chaque élément de coquilles d'électrons , en particulier la plus à l' extérieur coquille de valence , est le facteur principal dans la détermination de sa liaison chimique comportement. Il est donc le seul numéro atomique qui détermine les propriétés chimiques d'un élément; et il est pour cette raison qu'un élément peut être défini comme étant constitué de tout mélange d'atomes avec un numéro atomique donné.

nouveaux éléments

La recherche de nouveaux éléments est généralement décrit à l' aide des numéros atomiques. En 2010, tous les éléments avec des numéros atomiques 1 à 118 ont été observées. Synthèse de nouveaux éléments est réalisé en bombardant des atomes cibles des éléments lourds avec des ions, de telle sorte que la somme des numéros atomiques des éléments cibles et d' ions est égal au nombre atomique de l'élément en cours de création. En général, la demi-vie est plus courte que nombre augmente atomiques, mais une « île de stabilité » peut exister des isotopes non découvertes avec certains nombres de protons et de neutrons.

Voir également

Références