Химия – область науки, которая посредством знания элементарных величин, описывающих химические элементы, позволяет предсказывать их свойства и поведение в химических соединениях. Эти знания также позволяют открывать новые химические формы и лучше понимать основные законы мира природы. Одной из таких характеристик является атомный номер элементов. Он определяет не только их положение в периодической системе химических элементов, но и информирует о количестве электронов, которые непосредственно взаимодействуют с другими молекулами.
Состав атомного ядра — атомный номер и массовое число
Понимание понятий атомного номера и массового числа элементов требует знания базовой информации об атомах. Атом по своему строению напоминает планетарную модель. В центре находится положительно заряженное атомное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома. Снаружи ядра циркулируют отрицательно заряженные электроны. Они притягиваются к нему электростатическими силами. Электроны, особенно те, которые находятся на самой удаленной (валентной) оболочке, определяют многие свойства атома.
Атомный номер — что нужно знать:
- атомный номер, а также массовое число характеризуют состав атомного ядра.
- атомный номер – количество положительных элементарных зарядов в ядре. Для него принята буква Z и дана в левом нижнем углу буквенного обозначения химического элемента.
- на его основе можно определить число электронов, вращающихся вокруг ядра, поскольку оно совпадает с числом положительных протонов в атомном ядре (атом электрически нейтрален). Зная эти значения, можно определить, с каким химическим элементом мы имеем дело.
- определение элемента гласит, что химический элемент – это вещество, содержащее атомы с одинаковым атомным номером.
Изотопы
Понятия атомного номера и массового числа химических элементов часто вызывают затруднения. Несмотря на четкое определение каждого из этих понятий, их часто путают друг с другом. Это приводит, например, к неправильному определению других вопросов, касающихся химических элементов, как это происходит, например, с изотопами. Стоит помнить, что изотопы отличаются друг от друга значением массового числа (количеством нуклонов, то есть суммой нейтронов и протонов), а атомный номер в их случае постоянен.
По определению изотопами называются разновидности определенного химического элемента, которые отличаются друг от друга атомной массой. Таким образом, эти разновидности обладают одинаковым зарядом ядра (одинаковое количество протонов) и одинаковым количеством электронов, движущихся вокруг него. Различие между отдельными изотопами заключается в их атомной массе. Это связано с наличием разного количества нейтронов в ядрах атомов одного и того же элемента. Атомы отдельных изотопов называются нуклидами.
Атомный номер и положение химического элемента в периодической системе химических элементов
Значение атомного номера химических элементов тесно коррелирует с их положением в периодической системе химических элементов. Элементы расположены в порядке возрастания атомного номера в периоде слева направо. Анализируя положение отдельных элементов в системе, видно, что в первом периоде находятся водород и гелий, со значениями атомных номеров 1 и 2 соответственно. Во втором периоде находятся два элемента из групп 1 и 2, затем из 13, 14, 15, 16, 17 и 18. Такая аналогия наблюдается в последующие периоды периодической системы химических элементов.
Какое наименьшее значение атомного номера и какое наибольшее?
Наименьший атомный номер имеет водород, и он равен 1. Затем для гелия он принимает значение 2, для лития — 3 и так далее.
В настоящее время известен элемент с самым высоким атомным номером — оганесон. Его атомный номер — 118. Первые его атомы были обнаружены в 2002 году командой, работающей под руководством Юрия Оганесяна. Еще одно его наблюдение датируется 2006 годом, однако Международный союз чистой и прикладной химии (IUPAC) не признал его надежным. Это было сделано только в 2015 году.
Такие элементы, как оганесон, являются примерами сверхтяжелых элементов. Они содержат большое количество протонов в своих ядрах (имеют высокие значения атомного номера). Они не встречаются в природе в земной коре, а могут существовать лишь короткое время в строго контролируемых условиях.
Ученые постоянно задаются вопросом, можно ли синтезировать еще более тяжелые элементы и где они могут находиться в периодической системе химических элементов. В 1969 году даже предлагалось создать восьмой период в системе химических элементов. Он может содержать элементы, которые характеризуются наибольшими атомными номерами в диапазоне 119-168. Ни один из них до сих пор не синтезирован. Нет информации о том, могут ли они существовать.
Сверхтяжелые элементы синтезируют путем бомбардировки тяжелых ядерных мишеней гораздо более легкими ускоренными ионами в специально разработанных ускорителях. Для достижения желаемого эффекта нужно правильно подобрать мишени, вещество, а также энергию бомбардировки. Но вероятность получить на долю секунды ядро с новым составом крайне мала.