1.1.1 Atomok, izotópok és ionok

Kezdjük egyetlen atommal

Az atomot nem úgy kell elképzelni, mint egy apró, tömör golyót. Az atom közepén található az atommag, benne protonokkal és neutronokkal; az atommagot pedig az elektronfelhő veszi körül. Először csak három kérdést tegyél fel: hány proton, hány neutron, hány elektron? Erre épül majd az izotópok és az ionok megértése is.

Egy atom felépítése: szén–12

Ábra szöveges leírása

Ábrarész	Jelentés
Atommag	6 p⁺ és 6 n⁰
Elektronfelhő	6 e⁻
Semlegesség	6 pozitív és 6 negatív töltés kiegyenlíti egymást

Egy atom felépítése: szén–12

Ábra szöveges leírása

Ábrarész	Jelentés
Atommag	6 p⁺ és 6 n⁰
Elektronfelhő	6 e⁻
Semlegesség	6 pozitív és 6 negatív töltés kiegyenlíti egymást

A kék felhő az elektronfelhőt szemlélteti. Az elektronoknak nincs rögzített körpályájuk, az ábra pedig nem méretarányos.

Az atom mérete: a Parlamenttől a Balatonig

Ábra szöveges leírása

Jelölés	Szemléltetés
Atommag	Fitneszlabda a Parlamentnél
1. héj	Budapest széle · ≈ 20 km
2. héj	Székesfehérvár · ≈ 59 km
3. héj	Balaton közepe · ≈ 120 km

1. héjBudapest széle≈ 20 km

2. héjSzékesfehérvár≈ 59 km

3. héjBalaton közepe≈ 120 km

0:00 / 0:18

Indítsd el, vagy járd be a méretarányt a csúszkával.

Szemléltető héjmodell: a körök nem elektronpályák, a héjak távolságaránya pedig nem egy konkrét atom pontos modellje. Az atommag jelölése nagyított; az elektronfelhőnek nincs éles határa.

Mit érdemes tudni a három részecskéről?

Részecske	Hol van?	Töltése	Mit határoz meg?
Proton (p⁺)	atommag	+1	Az elem azonosságát.
Neutron (n⁰)	atommag	0	A protonszámmal együtt az izotópot.
Elektron (e⁻)	elektronfelhő	−1	Az atom vagy ion töltését; az elektronok elrendeződése pedig meghatározó a kémiai tulajdonságok szempontjából.

Egy semleges atomban ugyanannyi proton van, mint elektron. A neutronok száma ettől független.

Hol találod a rendszámot?

A periódusos rendszer minden elemmezőjében megtalálod a rendszámot (Z). Ez az atommag protonjainak számát adja meg. Az alábbi táblázatban a hidrogént és a klórt emeltük ki.

Teljes periódusos rendszer, kiemelve a hidrogén és a klór

Adattáblázat megtekintése

Rendszám	Vegyjel	Periódus	A/B csoport vagy sorozat
1	H	1	I.A
2	He	1	VIII.A
3	Li	2	I.A
4	Be	2	II.A
5	B	2	III.A
6	C	2	IV.A
7	N	2	V.A
8	O	2	VI.A
9	F	2	VII.A
10	Ne	2	VIII.A
11	Na	3	I.A
12	Mg	3	II.A
13	Al	3	III.A
14	Si	3	IV.A
15	P	3	V.A
16	S	3	VI.A
17	Cl	3	VII.A
18	Ar	3	VIII.A
19	K	4	I.A
20	Ca	4	II.A
21	Sc	4	III.B
22	Ti	4	IV.B
23	V	4	V.B
24	Cr	4	VI.B
25	Mn	4	VII.B
26	Fe	4	VIII.B
27	Co	4	VIII.B
28	Ni	4	VIII.B
29	Cu	4	I.B
30	Zn	4	II.B
31	Ga	4	III.A
32	Ge	4	IV.A
33	As	4	V.A
34	Se	4	VI.A
35	Br	4	VII.A
36	Kr	4	VIII.A
37	Rb	5	I.A
38	Sr	5	II.A
39	Y	5	III.B
40	Zr	5	IV.B
41	Nb	5	V.B
42	Mo	5	VI.B
43	Tc	5	VII.B
44	Ru	5	VIII.B
45	Rh	5	VIII.B
46	Pd	5	VIII.B
47	Ag	5	I.B
48	Cd	5	II.B
49	In	5	III.A
50	Sn	5	IV.A
51	Sb	5	V.A
52	Te	5	VI.A
53	I	5	VII.A
54	Xe	5	VIII.A
55	Cs	6	I.A
56	Ba	6	II.A
57	La	6	Lantanoidák
58	Ce	6	Lantanoidák
59	Pr	6	Lantanoidák
60	Nd	6	Lantanoidák
61	Pm	6	Lantanoidák
62	Sm	6	Lantanoidák
63	Eu	6	Lantanoidák
64	Gd	6	Lantanoidák
65	Tb	6	Lantanoidák
66	Dy	6	Lantanoidák
67	Ho	6	Lantanoidák
68	Er	6	Lantanoidák
69	Tm	6	Lantanoidák
70	Yb	6	Lantanoidák
71	Lu	6	Lantanoidák
72	Hf	6	IV.B
73	Ta	6	V.B
74	W	6	VI.B
75	Re	6	VII.B
76	Os	6	VIII.B
77	Ir	6	VIII.B
78	Pt	6	VIII.B
79	Au	6	I.B
80	Hg	6	II.B
81	Tl	6	III.A
82	Pb	6	IV.A
83	Bi	6	V.A
84	Po	6	VI.A
85	At	6	VII.A
86	Rn	6	VIII.A
87	Fr	7	I.A
88	Ra	7	II.A
89	Ac	7	Aktinoidák
90	Th	7	Aktinoidák
91	Pa	7	Aktinoidák
92	U	7	Aktinoidák
93	Np	7	Aktinoidák
94	Pu	7	Aktinoidák
95	Am	7	Aktinoidák
96	Cm	7	Aktinoidák
97	Bk	7	Aktinoidák
98	Cf	7	Aktinoidák
99	Es	7	Aktinoidák
100	Fm	7	Aktinoidák
101	Md	7	Aktinoidák
102	No	7	Aktinoidák
103	Lr	7	Aktinoidák
104	Rf	7	IV.B
105	Db	7	V.B
106	Sg	7	VI.B
107	Bh	7	VII.B
108	Hs	7	VIII.B
109	Mt	7	VIII.B
110	Ds	7	VIII.B
111	Rg	7	I.B
112	Cn	7	II.B
113	Nh	7	III.A
114	Fl	7	IV.A
115	Mc	7	V.A
116	Lv	7	VI.A
117	Ts	7	VII.A
118	Og	7	VIII.A

Kiemelve: H rendszáma 1, Cl rendszáma 17.

Mit jelentenek a számok a klór elemmezőjében?

A klór elemmezője: rendszám és relatív atomtömeg

Adattáblázat megtekintése

Ábrarész	Jelentés
17	rendszám: 17 proton a klór atommagjában
A_r(Cl) ≈ 35,45	relatív atomtömeg: izotóparányokkal súlyozott átlag, egység nélkül
35 vagy 37	a két stabil klórizotóp tömegszáma

Hogyan határozhatod meg a neutronszámot?

A klór rendszáma minden klóratomban 17, vagyis mindig 17 proton van a magban. A klór–35-ben ezért 18, a klór–37-ben pedig 20 neutron van. Ha a protonszám megváltozna, már másik elemről beszélnénk.

Rendszám, tömegszám és neutronszám

Z = N_p

A = N_p + N_n

N_n = A − Z

Semleges atom esetén:

N_e = Z

N_p⁺: protonok száma · N_n⁰: neutronok száma · N_e⁻: elektronok száma

Kidolgozott példa: proton- és neutronszám meghatározása

Feladat: Hány proton és neutron található a ²³Na atomban, ha a rendszáma 11?

A rendszám a protonok száma, ezért 11 proton van az atommagban.
A tömegszám a protonok és neutronok számának összege, ezért a neutronok száma: 23 − 11 = 12.
Mivel semleges atomról van szó, 11 elektronja van.

Próbáld ki: oxigén–16

Az oxigén rendszáma 8, az oxigén–16 tömegszáma 16. Határozd meg a protonok, neutronok és elektronok számát egy semleges oxigén–16 atomban.

Mutasd a megoldást

Protonok száma: 8
Neutronok száma: 16 − 8 = 8
Elektronok száma: 8

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

Mit nevezünk izotópoknak?

A szén–12 és a szén–14 egyaránt szén, mert mindkettő atommagjában 6 proton van. A különbség a neutronok számában van: a szén–12-ben 6, a szén–14-ben 8 neutron található. Semleges állapotban mindkettőnek 6 elektronja van.

Szén–12 és szén–14 összehasonlítása

Ábra szöveges leírása

Ábrarész	Jelentés
¹²C	6 p⁺, 6 n⁰, 6 e⁻
¹⁴C	6 p⁺, 8 n⁰, 6 e⁻

A hidrogén izotópjai

A természetben található hidrogénatomok mindegyikének 1 protonja van, ezért mind ugyanahhoz az elemhez, a hidrogénhez tartoznak. A túlnyomó többségük magjában nincs neutron: ez a prócium (hidrogén–1). Sokkal ritkábban 1 neutron is van a magban: ez a deutérium (hidrogén–2). A trícium (hidrogén–3) atommagjában 2 neutron van. A természetben csak nyomokban fordul elő, és radioaktív. A tömegszám így 1, 2 vagy 3; a semleges atomokban mindhárom esetben 1 elektron van.

A hidrogén izotópjainak szemléltetése

Ábra szöveges leírása

Izotóp	Részecskék
Prócium, ¹₁H	1 p⁺, 0 n⁰, 1 e⁻
Deutérium, ²₁H	1 p⁺, 1 n⁰, 1 e⁻
Trícium, ³₁H	1 p⁺, 2 n⁰, 1 e⁻

Az izotóp jelölésében a tömegszám (A) a vegyjel bal felső, a rendszám (Z) pedig a bal alsó sarkában szerepel. A felhő és a részecskék ábrázolása nem méretarányos.

A klór izotópjai

A klórnak két stabil izotópja van: a klór–35 és a klór–37. Mindkettő magjában 17 proton található, de a neutronszámuk eltér. A 35 és a 37 a tömegszámot jelöli.

Klór–35 és klór–37 összehasonlítása

Ábra szöveges leírása

Ábrarész	Jelentés
Klór–35	17 p⁺ és 18 n⁰; A = 35
Klór–37	17 p⁺ és 20 n⁰; A = 37

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

Radioaktív izotópok és alkalmazásuk

Az instabil atommag radioaktív bomlás során alakulhat át, miközben sugárzást bocsát ki. A radioaktív izotópokat nyomjelzőként is használhatjuk: segítségükkel például egy anyag útja az élő szervezetben vagy egy technológiai folyamatban is követhető. Egyes radioaktív izotópokat diagnosztikában, terápiában és kormeghatározásban is alkalmaznak.

Hogyan függ össze az izotópgyakoriság, a relatív atomtömeg és a moláris tömeg?

A természetes izotópgyakoriság azt mutatja meg, hogy az elem atomjai közül mekkora rész tartozik az egyes izotópokhoz. A 75,76% például azt jelenti: körülbelül 10 000 klóratomból 7576 klór–35. Ez az atomok darabszáma szerinti arány, nem tömegszázalék. A pontos természetes arány mintánként kissé eltérhet.

A relatív atomtömeg (A_r) azt mutatja meg, hogy egy elem atomjainak átlagos tömege hányszorosa a szén–12 atom tömegének 112-ének. Nincs mértékegysége.

A_r(Cl) ≈ 35,45

A moláris tömeg (M) azt mutatja meg, mekkora egy mol anyag tömege. Mértékegysége gmol.

A klóratomok moláris tömege M(Cl) ≈ 35,45 gmol.

A_r(Cl) és M(Cl) számértéke közel azonos, de nem ugyanazt a mennyiséget jelentik: A_r-nek nincs mértékegysége, M mértékegysége gmol.

Hogyan keletkeznek az ionok?

A pozitív ion (kation) elektronleadással keletkezik: ilyenkor kevesebb elektron van, mint proton. A negatív ion (anion) elektronfelvétellel keletkezik: ilyenkor több elektron van, mint proton. Az atommag közben nem változik, ezért a tömegszám is ugyanaz marad.

Példa: hogyan lesz a nátriumatomból nátriumion?

Ábra szöveges leírása

Ábrarész	Jelentés
²³Na atom	Z = 11; 11 proton, 12 neutron, 11 elektron, töltés 0
²³Na⁺ ion	Z = 11; 11 proton, 12 neutron, 10 elektron, töltés +1

Az ion töltését a vegyjel jobb felső sarkában jelöljük. A Na⁺ ezért egyszeresen pozitív töltésű nátriumiont jelent.

Elektronleadás és elektronfelvétel: két fontos elnevezés

Ha egy atom vagy ion elektront ad le, azt mondjuk, hogy oxidálódik. Az elektronleadás neve oxidáció.

Na → Na⁺ + e⁻

A nátrium elektront ad le, ezért oxidálódik.

Ha egy atom vagy ion elektront vesz fel, azt mondjuk, hogy redukálódik. Az elektronfelvétel neve redukció.

Cl + e⁻ → Cl⁻

A klór elektront vesz fel, ezért redukálódik.

Röviden: oxidáció = elektronleadás; redukció = elektronfelvétel

Kidolgozott példa: protonok, neutronok és elektronok egy ionban

A ²⁷₁₃Al³⁺ ionnak 13 protonja, 27 − 13 = 14 neutronja és 13 − 3 = 10 elektronja van.

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

A relatív atomtömeg kiszámítása izotópokból

A klór relatív atomtömege azért esik 35 és 37 közé, mert a természetes klór több izotóp keveréke. Az egyes izotópok tömegét az előfordulási arányukkal súlyozzuk.

A_r = Σ(izotóp részaránya · izotóp relatív tömege)

Milyen arányban fordulnak elő a klór izotópjai?

Ábra szöveges leírása

Ábrarész	Jelentés
³⁵Cl	gyakorisága 75,76%; relatív izotóptömege ≈ 34,97
³⁷Cl	gyakorisága 24,24%; relatív izotóptömege ≈ 36,97

A 75,76% és 24,24% a klór két izotópjának darabszám szerinti arányát mutatja. A természetes izotóparány mintánként kissé eltérhet.

A klór relatív atomtömegének kiszámítása

Adatok
³⁵Cl: gyakorisága 75,76%, relatív izotóptömege ≈ 34,97
³⁷Cl: gyakorisága 24,24%, relatív izotóptömege ≈ 36,97
A százalék átváltása
75,76% = 0,7576
24,24% = 0,2424
Ellenőrzés: a részarányok összege 1:
0,7576 + 0,2424 = 1
Súlyozott átlag
A_r(Cl) ≈ 0,7576 · 34,97 + 0,2424 · 36,97 ≈ 35,45

Hány részecskét jelent egy mol?

Az atomok számával a gyakorlatban nem egyenként, hanem anyagmennyiséggel számolunk. Ezért érdemes már itt összekapcsolni a részecskeszámot a mol fogalmával.

Egy mol körülbelül 6,022 · 10²³ részecskét jelent.

Az Avogadro-állandó kerekített értéke N_A = 6,022 · 10²³ mol⁻¹.

Mindig nevezd meg, milyen részecskékről van szó: atomokról, molekulákról vagy ionokról.

A moláris tömeg egy mol anyag tömege: M = mn, gyakori egysége gmol.

Anyagmennyiség részecskeszámból és tömegből

Hány mol 3,011 · 10²³ darab nátriumatom?

Mutasd a megoldást

n = NN_A = (3,011 · 10²³)(6,022 · 10²³) = 0,5000 mol.

Hány mol 36,0 g víz, ha M(H₂O) = 18,0 gmol?

Mutasd a megoldást

n = mM = 36,018,0 = 2,00 mol.

Kidolgozott példa: 0,50 mol szénatom részecskeszáma és tömege

Anyagmennyiség
n = 0,50 mol
Részecskeszám
N = 0,50 · 6,022 · 10²³ ≈ 3,01 · 10²³ atom
Tömeg
A szén moláris tömegét 12,0 gmol-nak véve:
m = n · M = 0,50 · 12,0 = 6,0 g

Négy alapkapcsolat

Részecskeszám	Tömeg
n → N: N = n · N_A	n → m: m = n · M
N → n: n = NN_A	m → n: n = mM

Próbáld ki: kloridion

A ³⁵₁₇Cl⁻ ionban hány proton, neutron és elektron van? Először olvasd le a rendszámot, utána számold ki a neutronok számát, végül vedd figyelembe az ion töltését.

Mutasd a megoldást

Protonok száma: 17
Neutronok száma: 35 − 17 = 18
Elektronok száma: 17 + 1 = 18

Tudománytörténeti kitekintés

Berzelius vegyjelrendszere nagyban hozzájárult a kémiai jelölések egységesítéséhez. Marie és Pierre Curie a radioaktivitás kutatásában, valamint a polónium és a rádium felfedezésében játszottak meghatározó szerepet. Az elem fogalmát ma már a protonszám alapján határozzuk meg.

Kapcsolódó érettségi követelmények

Ehhez a témához kapcsolódó követelmények: atomalkotók; rendszám és tömegszám; elemek és izotópok; ionok; radioaktív izotópok alkalmazása.

Források

OpenStax – atomszerkezet és moláris tömeg
IUPAC – relatív atomtömeg
CIAAW és NIST – a klór izotópadatai
Oktatási Hivatal – részletes érettségi vizsgakövetelmények

Következő rész: 1.1.2 Elektronszerkezet – azt nézzük meg, hogyan írhatjuk le az elektronok elrendeződését egy egyszerű, jól használható modellben.

1.1.1 Atomok, izotópok és ionok

Kezdjük egyetlen atommal

Egy atommag a Parlamentnél

Mit érdemes tudni a három részecskéről?

Hol találod a rendszámot?

Mit jelentenek a számok a klór elemmezőjében?

Hogyan határozhatod meg a neutronszámot?

Rendszám, tömegszám és neutronszám

Kidolgozott példa: proton- és neutronszám meghatározása

Próbáld ki: oxigén–16

A semleges magnéziumatom rendszáma 12. Hány elektronja van?

Mit nevezünk izotópoknak?

A hidrogén izotópjai

A klór izotópjai

Az oxigén–16 és az oxigén–18 atom közül melyik állítás igaz?

Radioaktív izotópok és alkalmazásuk

Hogyan keletkeznek az ionok?

Elektronleadás és elektronfelvétel: két fontos elnevezés

Kidolgozott példa: protonok, neutronok és elektronok egy ionban

Mi történik, amikor egy semleges klóratom kloridionná (Cl⁻) alakul?

A relatív atomtömeg kiszámítása izotópokból

A klór relatív atomtömegének kiszámítása

Hány részecskét jelent egy mol?

Anyagmennyiség részecskeszámból és tömegből

Kidolgozott példa: 0,50 mol szénatom részecskeszáma és tömege

Négy alapkapcsolat

Próbáld ki: kloridion

Tudománytörténeti kitekintés

Kapcsolódó érettségi követelmények

Források

Kezdjük egyetlen atommal

Mit érdemes tudni a három részecskéről?

Hol találod a rendszámot?

Mit jelentenek a számok a klór elemmezőjében?

Hogyan határozhatod meg a neutronszámot?

Rendszám, tömegszám és neutronszám

Kidolgozott példa: proton- és neutronszám meghatározása

Próbáld ki: oxigén–16

A semleges magnéziumatom rendszáma 12. Hány elektronja van?

Mit nevezünk izotópoknak?

A hidrogén izotópjai

A klór izotópjai

Az oxigén–16 és az oxigén–18 atom közül melyik állítás igaz?

Radioaktív izotópok és alkalmazásuk

Hogyan keletkeznek az ionok?

Elektronleadás és elektronfelvétel: két fontos elnevezés

Kidolgozott példa: protonok, neutronok és elektronok egy ionban

Mi történik, amikor egy semleges klóratom kloridionná (Cl−) alakul?

A relatív atomtömeg kiszámítása izotópokból

A klór relatív atomtömegének kiszámítása

Hány részecskét jelent egy mol?

Anyagmennyiség részecskeszámból és tömegből

Kidolgozott példa: 0,50 mol szénatom részecskeszáma és tömege

Négy alapkapcsolat

Próbáld ki: kloridion

Tudománytörténeti kitekintés

Kapcsolódó érettségi követelmények

Források

Mi történik, amikor egy semleges klóratom kloridionná (Cl⁻) alakul?