Aluminium – protony-neutrony-elektrony-Konfiguracja elektronowa

proton jest jedną z cząsteczek subatomowych tworzących materię. We wszechświecie protony są obfite, stanowiąc około połowy całej widzialnej materii. Ma dodatni ładunek elektryczny (+1e) i masę spoczynkową równą 1,67262 × 10-27 kg (938,272 MeV/C2)— nieznacznie lżejszy niż neutron, ale prawie 1836 razy większy niż elektron. Proton ma średni promień kwadratowy około 0,87 × 10-15 m, czyli 0,87 fm i jest fermionem spin–½.

protony istnieją w jądrach typowych atomów, wraz z ich neutralnymi odpowiednikami, neutronami. Neutrony i protony, powszechnie nazywane nukleonami, są związane razem w jądrze atomowym, gdzie stanowią 99,9 procent masy atomu. Badania nad fizyką cząstek wysokoenergetycznych w XX wieku wykazały, że ani neutron, ani proton nie są najmniejszym budulcem materii.

neutron jest jedną z cząsteczek subatomowych tworzących materię. We wszechświecie neutrony są obfite, stanowiąc ponad połowę całej widzialnej materii. Nie ma ładunku elektrycznego i masy spoczynkowej równej 1,67493 × 10-27 kg—nieznacznie większej niż proton, ale prawie 1839 razy większej niż elektron. Neutron ma średni promień kwadratowy około 0,8×10-15 m, czyli 0,8 fm i jest fermionem spin -½.

jądra atomowe składają się z protonów i neutronów, które przyciągają się wzajemnie poprzez siłę jądrową, podczas gdy protony odpychają się nawzajem poprzez siłę elektryczną ze względu na swój ładunek dodatni. Te dwie siły konkurują ze sobą, prowadząc do różnej stabilności jąder. Istnieją tylko pewne kombinacje neutronów i protonów, które tworzą stabilne jądra.

neutrony stabilizują jądro, ponieważ przyciągają się wzajemnie i protony , co pomaga zrównoważyć odpychanie elektryczne między protonami. W rezultacie, wraz ze wzrostem liczby protonów, do utworzenia stabilnego jądra potrzebny jest zwiększający się stosunek neutronów do protonów. Jeśli jest zbyt wiele lub zbyt mało neutronów dla danej liczby protonów, powstałe jądro nie jest stabilne i ulega rozpadowi promieniotwórczemu. Niestabilne izotopy rozpadają się poprzez różne ścieżki rozpadu promieniotwórczego, najczęściej rozpad Alfa, rozpad beta lub wychwytywanie elektronów. Znanych jest wiele innych rzadkich rodzajów rozpadów, takich jak spontaniczne rozszczepienie czy emisja neutronów. Należy zauważyć, że wszystkim tym szlakom rozpadu może towarzyszyć późniejsza emisja promieniowania gamma. Czyste rozpady alfa lub beta są bardzo rzadkie.

układ okresowy jest tabelarycznym przedstawieniem pierwiastków chemicznych zorganizowanych na podstawie ich liczby atomowej, konfiguracji elektronowych i właściwości chemicznych. Konfiguracja elektronowa to rozkład elektronów atomu lub cząsteczki (lub innej struktury fizycznej) na orbitalach atomowych lub molekularnych. Znajomość konfiguracji elektronowej różnych atomów jest przydatna w zrozumieniu struktury układu okresowego pierwiastków.

każde ciało stałe, ciecz, gaz i plazma składają się z obojętnych lub zjonizowanych atomów. Właściwości chemiczne atomu są określone przez liczbę protonów, w rzeczywistości przez liczbę i rozmieszczenie elektronów. Konfiguracja tych elektronów wynika z zasad mechaniki kwantowej. Liczba elektronów w powłokach elektronowych każdego elementu, szczególnie najbardziej zewnętrzna powłoka walencyjna, jest podstawowym czynnikiem w określaniu jego zachowania wiązania chemicznego. W układzie okresowym pierwiastki są wymienione w kolejności rosnącej liczby atomowej Z.

jest to zasada wykluczenia Pauli, która wymaga, aby elektrony w atomie zajmowały różne poziomy energii, a nie wszystkie kondensowały się w stanie podstawowym. Kolejność elektronów w stanie podstawowym atomów wieloelektronowych, zaczyna się od najniższego stanu energetycznego (stan podstawowy) i przesuwa się stopniowo stamtąd w górę skali energii, aż każdy z elektronów atomu został przypisany unikalny zestaw liczb kwantowych. Fakt ten ma kluczowe znaczenie dla budowania układu okresowego pierwiastków.

pierwsze dwie kolumny po lewej stronie układu okresowego to miejsca, w których zajmowane są podzbiory S. Z tego powodu pierwsze dwa rzędy układu okresowego są oznaczone blokiem S. Podobnie, blok p to najbardziej prawe sześć kolumn układu okresowego, Blok d to środkowe 10 kolumn układu okresowego, podczas gdy Blok f to sekcja 14-kolumnowa, która jest zwykle przedstawiona jako oddzielona od głównego ciała układu okresowego. Może być częścią ciała głównego, ale wtedy układ okresowy byłby raczej długi i uciążliwy.

dla atomów z wieloma elektronami notacja ta może stać się długa i dlatego stosuje się notację skróconą. Konfiguracja elektronowa może być wizualizowana jako elektrony rdzeniowe, równoważne gazowi szlachetnemu z poprzedniego okresu, oraz elektrony walencyjne (np. 6s2 dla baru).

stany utleniania

stany utleniania są zwykle reprezentowane przez liczby całkowite, które mogą być dodatnie, zerowe lub ujemne. Większość pierwiastków ma więcej niż jeden możliwy stan utlenienia. Na przykład węgiel ma dziewięć możliwych całkowitych Stanów utleniania od -4 do +4.

aktualna definicja IUPAC Gold Book stanu utleniania to:

„Stan utleniania atomu jest ładunkiem tego atomu po jonowym przybliżeniu jego wiązań heteronuklearnych…”

i termin liczba utleniania jest prawie synonimem. Pierwiastek, który nie jest połączony z innymi różnymi pierwiastkami, ma stan utlenienia równy 0. Stan utlenienia 0 występuje dla wszystkich pierwiastków-jest to po prostu pierwiastek w jego postaci elementarnej. Atom pierwiastka w związku będzie miał pozytywny stan utleniania, jeśli miał elektrony usunięte. Podobnie dodawanie elektronów powoduje ujemny stan utleniania. Rozróżniamy również możliwe i wspólne stany utleniania każdego pierwiastka. Na przykład krzem ma dziewięć możliwych całkowitych Stanów utleniania od -4 do +4, ale tylko -4, 0 i +4 są powszechnymi Stanami utleniania.