چگونه تعداد پروتون‎ها، نوترون‎ها و الکترون‎ها را تشخیص دهیم؟

فیزیک و شیمی مقدماتی با اتم‎ها، الکترون‎ها و پروتون‎ها سروکار دارد. فهم اصولی از این ذرات بنیادین اتمی، به ما کمک می‎کند که فرآیندهای پیچیده شیمیایی که در جهان اتفاق می‎افتند را کشف کنیم. علاوه بر این، دانستن روشهای ساده‎ای که تعداد پروتون‎ها ، نوترون‎ها و یک اتم را می‎دهد دید بهتری به ما می‎دهد، و بهتر متوجه شویم که چگونه تعداد این ذرات بر روی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی عناصر تأثیر می‎گذارد.
الکترون: یک ذره درون اتمی است که حامل بار الکتریکی منفی می‎باشد. این ذره توسط گروهی از فیزیکدانان انگلیسی، که تامسون نیز جزء آنان بود، در سال 1897 کشف شد.

پروتون: ذراتی با بار مثبت که دقیقاً یک یون مثبت هیدروژن هستند. ارنست رادرفورد در سال 1918 وجود این ذرات را گزارش داد. او با فرستادن ذرات آلفا در گاز نیتروژن این مسأله را اثبات کرد.

نوترون: ذرات درون اتمی بدون بار هستند که در مرکز هسته اتم‌ها قرار گرفته‎اند. این ذرات توسط جیمز چادویک در سال 1932 کشف شدند.

تشخیص پروتون‎ها، الکترون‎ها و نوترون‎ها در یک عنصر:

هر دانشجویی که در علوم پایه مشغول به تحصیل است، چه در شاخه فیزیک باشد و چه شیمی، لازم است بداند که چگونه می‎توان تعداد پروتون‎ها، الکترون‎ها و نوترون‎ها را یافت. برخی از اصول پایه‎ای که لازم است دانشجویان بدانند در زیر آمده است:

تعداد پروتون‎ها = عدد اتمی

تعداد الکترون‎ها = تعداد پروتون‎ها = عدد اتمی

تعداد نوترون‎ها = عدد جرمی – عدد اتمی

عدد جرمی = مجموع تعداد پروتون‎ها و نوترون‎ها
 

یافتن تعداد پروتون‎ها، الکترون‎ها و نوترون‎های ایزوتوپ‎ها:

ایزوتوپ‎ها اتم‎هایی از عناصر یکسان هستند که تعداد پروتون‎هایشان برابر است اما تعداد نوترون‎های متفاوتی دارند. بعنوان مثال کربن 12، کربن 13 و کربن 14، ایزوتوپ‎ها مختلف کربن هستند که هرکدام 6 الکترون دارند. اما تعداد نوترون‎ها در هر کدام از این ایزوتوپ‎ها به ترتیب برابر با 6، 7 و 8 است. برای اینکه بدانیم چگونه باید تعداد الکترون‎ها، نوترون‎ها و پروتون‎ها را در ایزوتوپ‎ها تشخیص دهیم، اجازه دهید ایزوتوپ‎های کلر، یعنی کلر 35 (17Cl35) و کلر 37 (17Cl37) را درنظر بگیریم.

کلر 35:
تعداد الکترون‎ها = تعداد پروتون‎ها = عدد اتمی = 17

عدد جرمی = 35
تعداد نوترون‎ها = عدد جرمی – عدد اتمی = 17 – 35 = 18

کلر 37:
تعداد الکترون‎ها = تعداد پروتون‎ها = عدد اتمی = 17

عدد جرمی = 37
تعداد نوترون‎ها = عدد جرمی – عدد اتمی = 17 – 37 = 20

 

یافتن تعداد پروتون‎ها، الکترون‎ها و نوترون‎های یون‎ها:

قبل از یادگیری راه ساده‎ای برای پیدا کردن تعداد پروتون‎ها، الکترون‎ها و نوترون‎های یون‎ها، لازم است که کاتیون‎ها (یون‎های مثبت) و آنیون‎ها (یون‎های منفی) را بشناسیم.

کاتیون‎ها: یون‎هایی که بار مثبت دارند کاتیون نامیده می‎شوند. وقتی الکترون‎های اتم از دست می‎رود کاتیون بوجود می‎آید.

آنیون‎ها: یون‎های با بار منفی هستند که درنتیجه وارد شدن الکترون اضافی به اتم تشکیل می‎شوند.

یون Na+ را درنظر بگیرید.

می‎دانیم که عدد اتمی هر ساختار اتمی عنصر سدیم 11 است. علیرغم این، به دلیل که اینکه یون سدیم حامل بار مثبت می‎باشد، باید یک پروتون اضافی داشته باشد و یا اینکه یک الکترون از دست داده باشد. از آنجاییکه سدیم نمی‎تواند پروتون بدست آورده باشد، وگرنه تبدیل به منیزیوم می‎شود، باید یک الکترون از دست داده باشد. بنابراین تعداد پروتون و الکترون‎های سدیم در اصل همان 11 است. منتها چون یک الکترون از دست داده، تعداد الکترون‎ها = تعداد پروتون‎ها = عدد اتمی = 10.

به همین ترتیب تعداد نوترون در یون سدیم برابر است با: عدد جرمی – عدد اتمی = 10 – 23 = 13.

با بکار بردن جدول تناوبی عناصر، تشخیص تعداد الکترون و پروتون و نوترون عناصر بسیار ساده می‎شود. در این جدول عدد جرمی و عدد اتمی عناصر نوشته شده است. اگر سعی کنید تعداد این ذرات درون اتمی را برای چند عنصر دیگر نیز محاسبه کنید در این روش ساده کاملاً حرفه‎ای خواهید شد.