Struktur atom: daripada zarah subatom kepada isotop

Hampir semua yang lain dalam Kimia SPM bersandar pada atom. Ikatan, jadual berkala, formula, tindak balas, semuanya sebenarnya tentang bagaimana atom dibina dan bagaimana elektronnya berkelakuan. Jadi bahagian struktur atom dalam bab Jirim dan Struktur Atom berbaloi difahami dengan benar-benar kukuh, bukan sekadar lulus. Penerangan ini berjalan daripada tiga zarah subatom sehingga isotop dan jisim atom relatif, mengikut susunan idea yang saling membina.

Tiga zarah subatom

Atom mempunyai nukleus kecil dan padat di tengahnya yang mengandungi proton dan neutron, dengan elektron bergerak di sekelilingnya dalam petala. Yang wajib anda ingat ialah jisim relatif dan casnya:

• Proton, jisim relatif 1, cas +1, terdapat dalam nukleus.
• Neutron, jisim relatif 1, cas 0 (neutral), terdapat dalam nukleus.
• Elektron, jisim relatif kira-kira 1/1840 (praktikalnya boleh diabaikan), cas −1, bergerak dalam petala di sekeliling nukleus.

Dua akibat menyusul serta-merta. Pertama, kerana elektron begitu ringan, hampir semua jisim atom berada dalam nukleus. Kedua, kerana atom secara keseluruhan neutral dari segi elektrik, bilangan proton sama dengan bilangan elektron dalam atom neutral.

Nombor proton dan nombor nukleon

Dua nombor ini menerangkan mana-mana atom sepenuhnya, dan mencampuradukkannya ialah kesilapan awal yang paling biasa.

• Nombor proton (Z) ialah bilangan proton dalam nukleus. Ia yang mentakrifkan unsur, setiap atom karbon mempunyai nombor proton 6, setiap atom oksigen mempunyai nombor proton 8. Ubah nombor proton dan anda mempunyai unsur yang berlainan.
• Nombor nukleon (A) ialah jumlah bilangan proton dan neutron dalam nukleus.

Daripada ini anda boleh mendapatkan segalanya: bilangan neutron = nombor nukleon − nombor proton, dan dalam atom neutral bilangan elektron = nombor proton. Contohnya, atom dengan nombor proton 11 dan nombor nukleon 23 (natrium) mempunyai 11 proton, 11 elektron, dan 23 − 11 = 12 neutron.

Susunan elektron

Elektron menduduki petala di sekeliling nukleus, mengisi dari dalam ke luar. Bagi 20 unsur pertama, petala menampung maksimum 2, kemudian 8, kemudian 8 elektron. Jadi 11 elektron natrium tersusun sebagai 2, 8, 1, dua petala penuh dan satu elektron dalam petala ketiga. Elektron valens ialah yang berada dalam petala terluar (satu, bagi natrium), dan ia mengawal cara atom berikat serta di mana ia berada dalam jadual berkala. Inilah jambatan daripada struktur atom terus ke jadual berkala: nombor kumpulan sepadan dengan elektron valens, nombor kala sepadan dengan bilangan petala berisi.

Isotop

Inilah idea yang paling kerap dinyatakan pelajar secara longgar. Isotop ialah atom-atom bagi unsur yang sama dengan nombor proton yang sama tetapi bilangan neutron yang berbeza, dan oleh itu nombor nukleon yang berbeza. Kerana nombor proton (dan justeru bilangan elektron) tidak berubah, isotop mempunyai sifat kimia yang serupa; ia berbeza hanya pada jisim dan pada sifat fizikal yang bergantung pada jisim, seperti ketumpatan.

Contoh piawai:

• Klorin-35 dan klorin-37, kedua-duanya mempunyai 17 proton, tetapi 18 dan 20 neutron.
• Karbon-12, karbon-13 dan karbon-14, semuanya 6 proton, dengan 6, 7 dan 8 neutron.

Perhatikan tatatandanya: nombor yang ditulis selepas nama ialah nombor nukleon, bukan bilangan neutron.

Jisim atom relatif, satu contoh dikerjakan

Kerana sampel semula jadi sesuatu unsur ialah campuran isotopnya, kita menggunakan jisim atom relatif, jisim purata atomnya berbanding 1/12 jisim satu atom karbon-12, ditimbang mengikut kelimpahan setiap isotop.

Ambil klorin, yang lebih kurang 75% klorin-35 dan 25% klorin-37. Jisim atom relatifnya ialah purata berpemberat:

(75 × 35 + 25 × 37) ÷ 100 = (2625 + 925) ÷ 100 = 3550 ÷ 100 = 35.5

Itulah tepatnya sebab jadual berkala menyenaraikan klorin sebagai 35.5 dan bukan nombor bulat, ia purata merentas isotop, bukan jisim mana-mana atom tunggal. Jika soalan memberi anda peratusan dan jisim isotop, kaedahnya sentiasa purata berpemberat ini; jika ia memberi jisim atom relatif dan satu peratusan, anda menyusun semula persamaan yang sama untuk mencari yang satu lagi.

Mengapa bab ini berbaloi

Menjadikan struktur atom lancar membuat beberapa bab seterusnya jauh lebih mudah, kerana anda berhenti menerbitkan semula asas di bawah tekanan peperiksaan. Beberapa tabiat membantu: sentiasa bekerja daripada nombor proton dan nukleon dan bukan meneka, tulis susunan elektron sepenuhnya, dan tepat tentang takrif isotop, “nombor proton sama, nombor nukleon berbeza” meraih markah di mana “atom berbeza bagi sesuatu unsur” tidak. Memakukan ungkapan tepat ini dengan glosari Kimia berbaloi, dan menelusuri bab Jirim dan Struktur Atom secara berterusan membina asas yang menjadi sandaran seluruh sukatan. Jika nombor atau idea isotop masih terasa licin, ini topik yang dengan penerangan pendek dan fokus dapat dijelaskan dengan cepat, dan sekali ia klik, ia kekal klik.