العدد الذري والعدد الكتلي والنظائر

‫هذه ذرة،‬ تتكون نواتها من ثلاث بروتونات و ثلاث نيوترونات… وتوجد ثلاثة الإلكترونات حول النواة. أحد هذه الثلاثيات تخبرنا أنها ذرة ليثيوم. لكن أي هذه الثلاثيات هي التي تحدد ذلك؟ ماذا إذا نقص إلكترون؟ سيصبح ايونا، ولكنه سيظل ايونا لنفس العنصر، الليثيوم. ماذا لو كان هناك نيوترون إضافي؟ هل سيجعلها ذلك عنصرا آخر؟ لا. هناك ذرات ليثيوم بأربع نيوترونات. لذا فليس هذا هو العامل المحدد أيضا. لكن إذا أزلنا أو أضفنا بروتون، سيتغير العنصر نفسه. عدد البروتونات هو ما يحدد نوع العنصر الذي تنتمي إليه الذرة. هناك اسم خاص لعدد البروتونات في الذرة وهو، العدد الذري. العدد الذري للهيدروجين هو واحد. هذا يعني أن أي ذرة بها بروتون واحد هي الهيدروجين، وذلك بغض النظر عن عدد النيوترونات أو الإلكترونات. العنصر التالي هو الهيليوم وعدده الذري اثنان ودائما يكون له بروتونين. لذا فثلاثية البروتونات هي التي جعلت هذه… ذرة ليثيوم. العدد الذري هو عدد البروتونات، وهو الذي يحدد نوع العنصر. ماذا عن عدد النيوترونات؟ لننظر إلى هذين النوعين من الليثيوم. إذا عددنا إجمالي عدد الجسيمات في النواة فسنجد أن هذه النواة بها ثلاث بروتونات وأربعة نيوترونات، أي بمجمل سبعة - جسيمات نووية. هذا النوع من الليثيوم يسمى بالليثيوم-سبعه. ذرة الليثيوم التي بها ثلاث نيوترونات لديها ست جسيمات نووية في المجمل، ولذا فهي الليثيوم-ستة. الليثيوم-سبعة والليثيوم-ستة هما نظيرين لليثيوم، لهما نفس عدد البروتونات ولكنهما يختلفان في عدد نيوتروناتهما. عدد النيوترونات لا يؤثر على الخصائص الكيميائية كثيرا، ولكنه يؤثر على تغير كتلة الذرة. لذلك فإن عدد الجسيمات في النواة يسمى بالعدد الكُتَلي، وتماما مثل العدد الذري فإن العدد الكتلي يكون دائما عددا صحيحا، لأنه لا يمكن وجود 3‪.‬5 بروتونا أو 1‪.‬2 نيوترونا. هناك نظائر أكثر من هذين الإثنين لليثيوم؟ نعم ولكن… إنها ليست مستقرة. يمكننا تركيبها في المختبر ولكنها قصيرة العمر ولا توجد في الطبيعة. بعض العناصر لها نظير مستقر واحد فقط، مثل الفلور. كل ذرات الفلور الموجودة بالطبيعة بها تسع بروتونات وعشرة نيوترونات، أي أنها كلها لها عدد كتلي هو 19. العناصر الأخرى لها مجموعة متنوعة من النظائر المختلفة. القصدير هو صاحب الرقم القياسي لعدد النظائر، فله عشر نظائر مستقرة مختلفة. كلها لها نفس عدد البروتونات وهو 50، لكن عدد النيوترونات بها يتراوح ما بين 62 و 74! لا يوجد فرق تقريبا في السلوك الكيميائي للنظائر. الكتلة هي الإختلاف الوحيد. أحيانا نحتاج لمعرفة متوسط الكتلة لمجموع الذرات في العنصر، وذلك لحساب عدد الذرات في عينة من خلال وزنها. متوسط الكتلة يتحدد بواسطة مزيج النظائر في العنصر. إذا وجدت المزيد من النظائر الأثقل، فهذا يزيد من متوسط الكتلة. العدد الكتلي هو عدد البروتونات زائد عدد النيوترونات، أي، العدد الإجمالي للجسيمات النووية. الذرات بأعداد كتلية مختلفة هي نظائر العنصر. معظم العناصر هي مزيج من نظائرها المختلفة. العدد الذري هو عدد البروتونات في نواة الذرة، وهو ما يحدد نوع العنصر.