Ordnungszahl - Atomic number


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Eine Erläuterung der Indizes und in Ordnungszahl Notation gesehen Indizes. Ordnungszahl ist die Anzahl der Protonen, und damit auch die gesamte positive Ladung im Atomkern.
Das Rutherford-Bohr - Modell des Wasserstoffatoms ( Z = 1 ) oder ein wasserstoffähnlichen Ion ( Z > 1 ). In diesem Modell ist es ein wesentliches Merkmal , dass die Photonenenergie (oder Frequenz) der elektromagnetischen Strahlung emittiert wird (gezeigt) , wenn ein Elektron von einem Orbital zum anderen springt, auf das mathematische Quadrat der Atomladung (proportional Z 2 ). Experimentelle Messung durch Henry Moseley dieser Strahlung für viele Elemente (von Z = 13 bis 92 ) zeigten die Ergebnisse , wie sie durch Bohr vorhergesagt. Sowohl das Konzept der Ordnungszahl und der Bohr - Modell wurden dabei wissenschaftlich Glauben geschenkt.

Die Ordnungszahl oder Protonenzahl (Symbol Z ) ein chemisches Element ist die Anzahl der Protonen in dem gefundenen Kern eines Atoms . Es ist identisch mit der Ladungszahl des Kerns. Die Ordnungszahl identifiziert eindeutig ein chemisches Element. In einem ungeladenen Atom, ist die Ordnungszahl auch gleich die Anzahl von Elektronen .

Die Summe der Ordnungszahl Z und der Anzahl der Neutronen , N , gibt der Massenzahl A eines Atoms. Da Protonen und Neutronen in etwa die gleiche Masse haben (und die Masse der Elektronen ist vernachlässigbar für viele Zwecke) und der Massendefekt der Nukleon Bindung ist immer klein im Vergleich zu den Nukleonmasse, die Atommasse von jedem Atom, wenn in ausgedrückt einheitlichen atomic Masseneinheiten (wodurch eine Menge die „genannt relative Isotopenmasse “), innerhalb von 1% der Gesamtzahl A .

Atome mit der gleichen Ordnungszahl Z , aber unterschiedliche Neutronenzahl N und damit unterschiedlichen Atommassen, sind bekannt als Isotopen . Ein wenig mehr als drei Viertel der natürlich vorkommenden Elemente existieren als ein Gemisch von Isotopen (siehe monoisotopischen Elemente ) und die durchschnittliche Isotopenmasse eines Isotopenmischung für ein Element in einer definierten Umgebung auf der Erde (die relative Atommasse bezeichnet), bestimmt , die Standard - Element - Atomgewicht . Historisch gesehen, war es diese Atomgewichte der Elemente (im Vergleich zu Wasserstoff) , die die Mengen messbar Chemiker im 19. Jahrhundert waren.

Das herkömmliche Symbol Z stammt aus dem deutschen Wort Z ahl Bedeutung Zahl , die vor der modernen Synthese von Ideen aus der Chemie und Physik, lediglich ein Elements numerischen Platz in dem bezeichneten Periodensystem , deren Ordnung in etwa, aber nicht vollständig, im Einklang mit der Reihenfolge der Elemente durch Atomgewichte. Erst nach 1915 mit dem Vorschlag und Hinweise darauf , dass diese Z - Nummer war auch die Kernladung und eine physikalische Eigenschaft von Atomen, hat das Wort Atom z ahl (und seine englische Entsprechung Ordnungszahl ) kommen in den allgemeinen Gebrauch in diesem Zusammenhang.

Geschichte

Das Periodensystem, und eine natürliche Zahl für jedes Element

Russische Chemiker Dmitri Mendelejew , der Schöpfer des Periodensystems.

Grob gesagt, die Existenz oder den Bau eines Periodensystems der Elemente , die eine Anordnung der Elemente erzeugt, und so können sie in Reihenfolge nummeriert werden.

Dmitri Mendelejew behauptete , dass er seine ersten periodischen Tabellen angeordnet (ersten am 6. März veröffentlicht, 1869) in der Reihenfolge des Atomgewichtes ( „Atomgewicht“). Jedoch unter Berücksichtigung der chemischen Eigenschaften beobachtet Elemente, änderte er die Reihenfolge und leicht platziert Tellur (Atomgewicht 127,6) vor Jod (Atomgewicht 126,9). Diese Platzierung ist im Einklang mit der modernen Praxis der Elemente durch Protonenzahl der Bestellung Z , aber diese Zahl nicht bekannt war oder zu dem Zeitpunkt vermutet.

Eine einfache Nummerierung basierend auf periodische Tabellenposition war nie ganz zufrieden stellend , jedoch. Neben dem Fall von Jod und Tellur, später mehr andere Paare von Elementen (wie Argon und Kalium, Kobalt und Nickel) bekannt waren nahezu identisch oder umgekehrt Atomgewichte haben, wodurch ihre Anordnung in dem Periodensystem erfordern durch ihre chemische bestimmt werden Eigenschaften. Jedoch ist die allmähliche Identifizierung von mehr und mehr chemisch ähnlichen Lanthanid - Elemente, deren Ordnungszahl nicht offensichtlich war, führte zu Inkonsistenz und die Unsicherheit in der periodischen Numerierung der Elemente zumindest von Lutetium (Element 71) vorwärts ( Hafnium zu diesem Zeitpunkt nicht bekannt war).

Niels Bohr , der Schöpfer des Modells Bohr .

Das Rutherford-Bohr-Modell und van den Broek

1911, Ernest Rutherford ergab ein Modell des Atoms in dem ein zentraler Kern meisten des Atoms der Masse und einer positiven Ladung gehalten , die, in Einheiten der Ladung des Elektrons, war etwa gleich der Hälfte des Atoms Atomgewicht, ausgedrückt in Anzahl von Wasserstoffatomen. Diese zentrale Ladung würde also etwa die Hälfte das Atomgewicht sein (obwohl es fast 25% unterscheidet mich von der Ordnungszahl von Gold war ( Z = 79 , A = 197 ), das einzige Element , aus dem Rutherford seine Vermutung gemacht). Dennoch Schätzung trotz Rutherfords , dass Gold hatte eine zentrale Ladung von etwa 100 (aber war Element Z = 79 im Periodensystem), ein Monat nach Rutherfords Papier erschien, Antonius van der Broek zunächst vorgeschlagen formell , dass die zentralen Ladung und die Anzahl der in einem Atom Elektronen waren genau gleich seinen Platz im Periodensystem (auch als Elementnummer, Ordnungszahl und symbolisierte bekannt Z ). Dies erwies sich als schließlich der Fall zu sein.

Moseley 1913 Experiment

Henry Moseley in seinem Labor.

Die experimentelle Position dramatisch nach Forschung durch verbesserte Henry Moseley im Jahre 1913. Moseley, nach Gesprächen mit Bohr , die auf dem gleichen Labor war (und der in seinem Van den Broek Hypothese benutzt hatte Bohr - Modell des Atoms), entschied sich Van den Broek ist zu testen und Bohr Hypothese direkt, durch sehen , ob Spektrallinien emittieren von angeregten Atomen der postulation Bohr Theorie angebracht , dass die Frequenz der Spektrallinien zum Quadrat der proportional Z .

Dazu gemessen Moseley die Wellenlängen der innersten Photonenübergänge (K und L Zeilen) durch die Elemente aus Aluminium hergestellt ( Z  = 13) mit Gold ( Z  = 79) verwendet , als eine Reihe von beweglichen anodische Targets innerhalb eines Röntgen Rohr . Die Quadratwurzel der Frequenz dieser Photonen (Röntgenstrahlen) von einem Ziel zum nächsten in einer arithmetischen Progression erhöht. Dies führte zu der Schlussfolgerung ( Moseley Gesetz ), die die Ordnungszahl entspricht eng (mit einem Offset von einer Einheit für die K-Linien, in Moseley Werk) auf die berechneten elektrische Ladung des Kerns, das heißt die Elementnummer Z . Unter anderem zeigte Moseley , dass die Lanthanid - Serie (von Lanthan bis Lutetium einschließlich) 15 Mitglieder-nicht weniger haben muß und nicht mehr-die zu dieser Zeit bei weitem nicht offensichtlich aus der Chemie war.

fehlende Elemente

Nach dem Tod von Moseley 1915, die Ordnungszahlen aller bekannten Elemente von Wasserstoff zu Uran ( Z = 92) wurden durch seine Methode untersucht. Es gab sieben Elemente (mit Z <92) , die nicht gefunden wurden und daher als noch unentdeckt identifiziert, entsprechend den Ordnungszahlen 43, 61, 72, 75, 85, 87 und 91. Von 1918 bis 1947 alle sieben dieser fehlenden Elemente wurden entdeckt. Zu diesem Zeitpunkt hatten die ersten vier Transurane auch entdeckt worden, so dass das Periodensystem ohne Lücken so weit wie Curium abgeschlossen war ( Z = 96).

Das Proton und die Idee der Kernelektronen

Im Jahr 1915 in den Einheiten der Grund für die Kernladung wird quantisiert Z , die jetzt erkannt wurden die gleiche wie die Elementnummer zu sein, wurde nicht verstanden. Eine alte Idee genannt Proutsche Hypothese hatte postuliert , dass die Elemente alle Reste vorgenommen wurden (oder „protyles“) des hellste Element Wasserstoff, der in dem Bohr-Rutherford - Modell ein einzelnes Elektron und eine Kernladung eines hatte. Wie jedoch bereits 1907 Rutherford und Thomas Royds hatte , dass Alpha - Teilchen gezeigt, die mit einer Ladung von +2 war, wurden die Kerne der Heliumatome, die der des Wasserstoffs eine Masse viermal hatte, nicht zweimal. Wenn Prout die Hypothese wahr wäre, hatte etwas ein Teil der Ladung der Wasserstoffkerne in den Kernen der schwereren Atome zu neutralisieren.

Im Jahr 1917 gelang es Rutherford Wasserstoffkerne aus einer bei der Erzeugung von Kernreaktion zwischen Alphateilchen und Stickstoffgas, und er glaubte Prout Gesetz bewiesen hatte. Er nannte die neuen schwer Kernteilchen Protonen im Jahr 1920 (alternative Namen proutons und protyles sind). Es war von der Arbeit von Moseley sofort erkennbar gewesen , dass die Kerne schwerer Atome mehr als doppelt so viel Masse haben wie es aus ihrem Wesen aus zu erwarten Wasserstoff - Kerne, und so wurde eine Hypothese für die Neutralisierung der zusätzlichen erforderlichen Protonen vermutet in allen schweren Kernen. Ein Heliumkern wurde angenommen , vier Protonen plus zwei „nuclear Elektronen“ (im Kern gebundenen Elektronen) , zusammengesetzt werden , um zwei der Ladungen aufzuheben. Am anderen Ende des Periodensystems, einem Kern aus Gold mit einer Masse 197 - fache von Wasserstoff, gedacht wurde , 118 Kern Elektronen im Kern zu enthalten, um ihm eine Restladung von + 79, im Einklang mit der Ordnungszahl.

Die Entdeckung des Neutrons macht Z die Protonenzahl

Alle Berücksichtigung der Kernelektronen endete mit James Chadwick ‚s Entdeckung des Neutrons im Jahr 1932. Ein Atom Gold wurde nun als enthalten 118 Neutronen statt 118 Kernelektronen zu sehen ist , und seine positive Ladung jetzt realisiert wurde vollständig aus einem Inhalt von 79 zu kommen , Protonen. Nach 1932 daher ein Element der Ordnungszahl Z wurde auch auf die als identisch erkannt Protonenzahl der Kerne. 1989 Henadzi Filipenka. Neue Atomzahlen für alle Elemente. http://nauka-sn.ru/filestore/3(7)2018/FilipenkaH.R.pdf

Das Symbol der Z

Das herkömmliche Symbol Z stammt möglicherweise von dem deutschen Wort Atom Z ahl (Ordnungszahl). Doch vor 1915 das Wort Zahl (nur Nummer ) wurde für ein Element zugewiesene Nummer im Periodensystem verwendet.

Chemische Eigenschaften

Jedes Element hat eine Reihe von spezifischen chemischen Eigenschaften als Folge der Anzahl der Elektronen , die in dem neutralen Atom, das ist Z (die Atomzahl). Die Konfiguration dieser Elektronen ergibt sich aus den Prinzipien der Quantenmechanik . Die Anzahl der Elektronen in jedem Elemente der Elektronenhülle , insbesondere die äußerste Valenzschale , ist der primäre Faktor bei der Bestimmung seiner chemischen Bindungsverhalten. Daher ist es die Ordnungszahl allein, die die chemischen Eigenschaften eines Elements bestimmt; und es ist aus diesem Grunde , dass ein Element kann als bestehend aus definiert wird beliebige Mischung von Atomen mit einer bestimmten Ordnungszahl.

neue Elemente

Die Suche nach neuen Elementen wird in der Regel mit den Ordnungszahlen beschrieben. Ab 2010 werden alle Elemente mit den Ordnungszahlen 1 bis 118 beobachtet. Synthese von neuen Elementen wird durch Bombardieren Targetatome von schweren Elementen mit Ionen durchgeführt, so dass die Summe der Ordnungszahlen der Zielelemente und Ionen gleich der Ordnungszahl des Elements erzeugt wird. Im Allgemeinen ist die Halbwertszeit wird kürzer als Ordnungszahl zunimmt, obwohl eine „ Insel der Stabilität “ kann für unentdeckten Isotope mit bestimmten Anzahl von Protonen und Neutronen bestehen.

Siehe auch

Verweise