L'Àtom: Nombre Atòmic (Z), Nombre Màssic (A) i Forces Nuclears

L'Estructura de l'Àtom: Protons, Neutrons i Electrons

Rutherford va descobrir que al nucli de l’àtom hi ha protons, partícules carregades amb càrrega positiva. S'anomena nombre atòmic (Z) el nombre de protons del nucli. Aquest nombre serveix de «carnet d'identitat» dels àtoms; és a dir, tots els àtoms d'un element tenen sempre el mateix nombre de protons al nucli. Així, tots els àtoms d'hidrogen tenen un únic protó al nucli, els d'heli dos i els de liti tres. Si un àtom té quatre protons al nucli, no pot ser de cap d'aquests elements, sinó d'un altre element químic, en aquest cas el beril·li.

Z i la Neutralitat Elèctrica de l'Àtom

És el nombre amb què estan ordenats els elements a la taula periòdica, de manera que quan pensem en l'element 8 de la taula, estem pensant en l'oxigen, que estarà format per àtoms amb vuit protons al nucli (veure dibuix). Com que l'àtom és elèctricament neutre (de natural no s'observa que estigui carregat), ha de tenir tantes càrregues negatives com positives (els protons del nucli). Aquestes càrregues negatives són els electrons que formen l'escorça.

L'àtom d'oxigen, amb vuit protons al nucli, té vuit electrons a l'escorça. El de calci té 20 protons al nucli i 20 electrons a l'escorça, i el d'urani, 92 protons al nucli i 92 electrons a l'escorça. El nombre d'electrons també coincideix amb Z, el nombre atòmic. Així, podem dir que:

• El nombre atòmic (Z) d'un element és el nombre de protons que hi ha al nucli dels àtoms d'aquest element.
• També és el nombre d'electrons que hi ha a l'escorça de cada àtom de l'element.

La Força Forta: Unió al Nucli Atòmic

Un físic japonès va descobrir que quan els protons estaven molt a prop els uns dels altres, actuava una força molt gran d'atracció, anomenada força forta, que compensava la repulsió elèctrica. Per aquest descobriment, va rebre el Premi Nobel l'any 1949. Hem calculat la força de repulsió elèctrica entre dos protons en els exercicis del final de la part d'electrostàtica (530 N). És immensa si es té en compte que els protons tenen molt poca massa (1,6 × 10⁻²⁷ kg). Si un protó tingués la massa d'una persona, rebria una força equivalent a la caiguda d'una estrella deu vegades més pesant que el Sol.

Els Neutrons: Estabilitat i Massa del Nucli

Al nucli hi ha també neutrons, partícules sense càrrega que actuen de «cola» entre els protons i ajuden que actuï aquesta força d'unió entre els protons. Els van descobrir quan, en comptar la massa dels protons del nucli, va resultar que era molt més petita que la massa de tot el nucli. Van pensar que hi hauria unes partícules sense càrrega i, per això, difícils de trobar. Tots els àtoms amb més d'un protó al nucli tenen neutrons al nucli. Com a mínim, hi ha tants neutrons com protons.

El Nombre Màssic (A) i la Representació Atòmica

S'anomena nombre màssic (A) el nombre total de protons i neutrons del nucli. És, per tant, un nombre enter sense decimals. La relació és: A = Z + nombre de neutrons, per a qualsevol nucli d'un àtom. Això ens pot servir per calcular el nombre de neutrons del nucli:

• Nombre de neutrons = A - Z

La representació d'un àtom d'un element es fa mitjançant el seu símbol, amb un subíndex a l'esquerra que indica el nombre atòmic (Z) i un superíndex, també a l'esquerra, que indica el nombre màssic (A). Així, per a un element X, amb nombre atòmic Z i nombre màssic A, la representació és: ^A_ZX. Per exemple, un àtom de clor amb nombre atòmic 17 i nombre màssic 35 es representa com: ³⁵₁₇Cl.