Як визначити кількість протонів, нейтронів та електронів в атомі? Розбираємо простий алгоритм, вчимося знаходити масове число, пояснюємо, що таке ізотопи та чим масове число відрізняється від відносної атомної маси. Розв’язуємо типові задачі з хімії для 7 класу.
Для визначення повного складу нейтрального атома нам потрібно знати два числа: порядковий номер елемента Z та масове число A.
Для нейтрального атома працюють три прості правила:
p = Z
e = Z
n = A − Z
де p — кількість протонів, e — електронів, а n — нейтронів. Розберімося, звідки беруться ці правила і як ними користуватися.
🔴 Як знайти кількість протонів?
Кількість протонів визначає, до якого хімічного елемента належить атом. Вона дорівнює порядковому номеру Z елемента в Періодичній системі. Наприклад, Натрій має порядковий номер 11, тому кожен атом Натрію містить 11 протонів. Алюміній має порядковий номер 13, отже в його ядрі 13 протонів.
Тому:
p = Z
Саме кількість протонів визначає хімічний елемент. Якщо в атомах одного елемента відрізняється кількість нейтронів, ми отримуємо різні ізотопи цього елемента. Якщо атом втрачає або приєднує електрони, він перетворюється на йон. А якщо зміниться кількість протонів — це вже буде інший хімічний елемент.
🔵 Як знайти кількість електронів?
Протон має заряд +1, а електрон — −1. Нейтральний атом не має загального електричного заряду, тому позитивні й негативні заряди компенсують один одного. Отже, у нейтральному атомі кількість електронів дорівнює кількості протонів, відповідно і порядковому номеру елемента в періодичній таблиці.
Наприклад, у Натрію:
p = 11 → e = 11
В Алюмінію:
p = 13 → e = 13
Тому для нейтрального атома:
e = p = Z
Зверніть увагу: це правило працює саме для нейтральних атомів. У йонах кількість електронів може бути більшою або меншою за кількість протонів. Задачі на визначення складу йонів ми розберемо окремо.
⚪ Що таке масове число?
Щоб визначити кількість нейтронів, одного порядкового номера вже недостатньо. Нам потрібно знати масове число A.
Ядро атома складається з протонів і нейтронів. Тому масове число показує загальну кількість протонів і нейтронів у ядрі:
A = p + n
Наприклад, якщо ядро містить 11 протонів і 12 нейтронів:
A = 11 + 12 = 23
Звідси можемо знайти кількість нейтронів:
n = A − p
А оскільки p = Z, отримуємо:
n = A − Z
Наприклад, для Натрію-23 порядковий номер Z = 11, а масове число A = 23. Отже:
p = 11
e = 11
n = 23 − 11 = 12
Таким чином, атом Натрію-23 містить 11 протонів, 12 нейтронів і 11 електронів.
🔎 Як записують масове число і порядковий номер?
У задачах атом може бути записаний у вигляді, коли поруч з символом елементу ліворуч угорі вказано масове число А, а ліворуч унизу – його порядковий номер Z:
де X — символ хімічного елемента, A — масове число, а Z — порядковий номер.
Наприклад:
²³₁₁Na
Верхнє число 23 — це масове число A, а нижнє число 11 — порядковий номер Z.
Тому одразу можемо визначити:
p = 11
e = 11
n = 23 − 11 = 12
У задачах дуже важливо не переплутати A і Z: верхнє число показує суму протонів і нейтронів, а нижнє — кількість протонів.
⚛️ Що таке ізотопи?
Кількість протонів визначає хімічний елемент, але кількість нейтронів в атомах одного елемента може відрізнятися. Наприклад, усі атоми Хлору мають 17 протонів, тому порядковий номер Хлору завжди Z = 17. Але один атом Хлору може містити 18 нейтронів, а інший — 20.
У першому випадку:
A = 17 + 18 = 35
Отримуємо Хлор-35 — ³⁵Cl.
У другому:
A = 17 + 20 = 37
Отримуємо Хлор-37 — ³⁷Cl.
Такі атоми називають ізотопами. Ізотопи — це атоми одного хімічного елемента, які мають однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів. Тому вони мають однаковий порядковий номер Z, але різні масові числа A.
⚠️ Масове число і відносна атомна маса — не одне й те саме
Якщо знайти Хлор у Періодичній системі, ми побачимо біля нього число приблизно 35,45. Але щойно ми говорили про Хлор-35 та Хлор-37. Звідки ж узялося дробове число?
Природний Хлор містить різні ізотопи, насамперед Хлор-35 і Хлор-37, причому їх кількість неоднакова. Тому відносна атомна маса хлору Ar(Cl) ≈ 35,45, тобто, це не масове число одного конкретного атома, а середньозважене значення відносних атомних мас природних ізотопів з урахуванням їх поширеності.
Тому, потрібно чітко розрізняти масове число елемента і його відносну атомну масу.
Масове число A стосується конкретного ізотопу та показує загальну кількість протонів і нейтронів у його ядрі. Воно є цілим числом:
³⁵Cl → A = 35
³⁷Cl → A = 37
А Ar — відносна атомна маса елемента. Саме її ми зазвичай бачимо в Періодичній системі:
Ar(Cl) ≈ 35,45
Отже дробове значення відносної атомної маси з Періодичної системи не можна просто підставляти у формулу n = A − Z. Щоб точно визначити кількість нейтронів, потрібно знати масове число конкретного ізотопу.
🧪 Розв’яжемо кілька задач
Задача 1. Алюміній-27
Визначимо кількість протонів, нейтронів та електронів в атомі Алюмінію-27.
Спочатку знаходимо Алюміній у Періодичній системі. Його порядковий номер:
Z = 13
Із назви Алюміній-27 отримуємо масове число:
A = 27
Тепер визначаємо кількість протонів:
p = Z = 13
Оскільки атом нейтральний:
e = Z = 13
Знаходимо кількість нейтронів:
n = A − Z = 27 − 13 = 14
Отже, атом Алюмінію-27 містить 13 протонів, 14 нейтронів і 13 електронів.
Задача 2. ²⁴₁₂Mg
Тепер розглянемо задачу, в якій усі необхідні числа записані біля символу елемента:
²⁴₁₂Mg
Нижнє число показує порядковий номер:
Z = 12
Верхнє число — масове число:
A = 24
Отже:
p = 12
Оскільки атом нейтральний:
e = 12
Кількість нейтронів:
n = 24 − 12 = 12
Отже, атом Магнію-24 містить 12 протонів, 12 нейтронів і 12 електронів.
Задача 3. Порівняємо Хлор-35 і Хлор-37
Хлор має порядковий номер:
Z = 17
Отже, обидва ізотопи мають по 17 протонів. Оскільки розглядаємо нейтральні атоми, кожен із них також має по 17 електронів.
Для Хлору-35:
n = 35 − 17 = 18
Для Хлору-37:
n = 37 − 17 = 20
Отже:
³⁵Cl → 17 p, 18 n, 17 e
³⁷Cl → 17 p, 20 n, 17 e
Ми бачимо, що кількість протонів та електронів однакова, а кількість нейтронів різна. Саме тому Хлор-35 і Хлор-37 є ізотопами одного хімічного елемента.
📌 Головне, що потрібно запам’ятати
Для нейтрального атома достатньо трьох правил:
p = Z
e = Z
n = A − Z
де Z — порядковий номер елемента, а A — масове число конкретного ізотопу.
Порядковий номер визначає кількість протонів. У нейтральному атомі електронів стільки ж, скільки протонів. А кількість нейтронів знаходимо, віднімаючи від масового числа порядковий номер.
І не плутайте масове число A з відносною атомною масою Ar, яку бачимо в Періодичній системі.
✏️ Тепер спробуй сам
Визнач кількість протонів, нейтронів та електронів в атомі Фосфору-31.
Масове число:
A = 31
Знайди Фосфор у Періодичній системі та самостійно визнач його порядковий номер Z.
Після цього скористайся трьома правилами:
p = Z
e = Z
n = A − Z
Скільки протонів, нейтронів та електронів містить атом Фосфору-31?
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Шкільна хімія“.