Atom Numarası Nedir? Kütle Numarası Nasıl Hesaplanır?

Atomlar, tüm maddelerin temel yapı taşlarıdır ve proton, nötron ve elektronlardan oluşurlar. Bir atom, üç atom altı parçacıktan oluşur: proton, nötron ve elektron. Atomun merkezine çekirdek denir. Çekirdek, proton ve nötronlardan oluşur. Protonlar pozitif yüklüdür, nötronlar yüksüzdür ve elektronlar negatif yüklüdür. Normalde protonların elektronlara oranı her zaman 1'dir; bu nedenle atom, nötr bir yüke sahiptir. Örneğin, nötr bir karbon atomunun altı protonu ve altı elektronu vardır.

Tabii ki işler gerçekte bu kadar basit değildir: Bir atomun özellikleri, sahip olduğu her bir parçacığın sayısına bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Örneğin proton sayısını değiştirirsek, tamamen farklı bir element elde ederiz. Elektron sayısını değiştirirsek bir iyon elde ederiz. Nötron sayısını değiştirirsek, bir izotop elde ederiz. Örneğin, karbonun üç tane izotopu bulunur:^[9]

1. karbon-12 (6 proton + 6 nötron), karbon elementinin kararlı olan ve sık bulunan bir formu.
2. karbon-13 (6 proton + 7 nötron), karbon elementinin kararlı olan ama nadir bulunan bir formu.
3. karbon-14 (6 proton + 8 nötron), karbon elementinin kararsız yani radyoaktif olan ve nadir bulunan bir formu.

Atom Türünü Belirleyen Protondur!

Genelde atomlar ile protonlar birbirinden farklı kavramlarmış gibi düşünülse de (ki resmi olarak farklı şeylerdir), aslında bir element/atom ile proton arasında sıkı sıkıya bir ilişki vardır: Atomlardaki proton sayısı, onlar için ayırt edici bir özelliktir. Bunu bir spor takımındaki oyuncuların forma numaralarına benzetebilirsiniz: Forma numaralarının amacı, oyuncuları birbirinden ayırt edebilmektir. İşte proton sayısı da atomlarda bu işi görür.

Atom Numarası Nedir?

Periyodik cetvelde atomların sırası, proton sayılarıyla belirlenmektedir. Örneğin "1 proton" dediğimiz şey, zaten hidrojen atomudur. 2 proton, yanlarına 2 de nötron aldıklarında, helyum dediğimiz elementi oluşturmaktadırlar. Henry Moseley'in gösterdiği üzere, bir atomdaki proton sayısı, o atomun atom numarası olarak bilinen bir ayırt edici bir özelliğini belirlemektedir. Bir diğer deyişle atom numarası, bir elementin her bir atomundaki proton sayısıdır. Atom numarası, genellikle $Z$ harfiyle gösterilir; bunun böyle seçilmesinin nedeni, Henry Moseley öncesi dönemde elementlerin Almancada "sayı" anlamına gelen zahl adı verilen sayılarına göre dizilmesidir; sonradan bu numaranın proton sayısı olduğu gösterilmiştir.

Yani bir atomun proton sayısına bakarak onun hangi elemente ait bir atom olduğunu ayırt etmek mümkündür. Örneğin bir atomun çekirdeğindeki protonları sayıp da, 82 tane olduklarını görürseniz, o atomun Kurşun elementine ait olduğunu kesin olarak bilebilirsiniz. Ama bir başka atomun nötronlarını sayıp, 82 tane olduklarını görürseniz, sadece bu bilgiyi kullanarak hangi elemente ait olduğunu bilemezsiniz. Çünkü örneğin Lantan, Seryum ve Praseodimyum'un her üçünün de 82 nötronu vardır.

Periyodik tablo, bilinen tüm elementleri içeren bir tablodur ve bu tabloda elementler, artan atom numarasına göre düzenlenir. Periyodik tabloda elementlerin atom numarası, genelde element sembolünün üzerinde belirtilir. Tablonun sol üst köşesindeki hidrojenin atom numarası 1'dir. Her hidrojen atomunun çekirdeğinde 1 proton vardır. Tablonun diğer köşesinde, atomlarının çekirdeğinde iki proton bulunan helyum vardır. Lityum atomlarının üç protonu vardır, berilyum atomlarının dört protonu vardır ve bu böyle devam eder.

Periodum

Kütle Numarası, Proton ve Nötronlarla Oluşur!

Atom çekirdeklerinde protonlara ek olarak nötronlar da bulunur. Nötronların var olma nedeni, aksi takdirde atom çekirdeğinin kararlı kalamayacak olmasıdır. Çünkü düşünecek olursanız, protonlar pozitif yüklüdür ve mıknatıslardan bileceğiniz gibi, aynı yükler birbirlerini iterler. Bu durumda teknik olarak atom çekirdeğinin stabil kalması mümkün olmazdı; atom çekirdeği kendiliğinden ve hızlı bir şekilde parçalanırdı.

Ancak daha önceden anlattığımız gibi, Güçlü Nükleer Kuvvet adını verdiğimiz bir kuvvet, nötronlar ve protonlar arasında etki ederek onları birbirine yapıştırmaktadır. Zaten nötronların elektrik yükü olmadığı için, elektromanyetizma sebebiyle itilme gibi bir dertleri yoktur. Ama atom çekirdeğinde bulunduklarında, protonları Güçlü Kuvvet nedenyile kendi üzerlerine çekerek, onların stabil kalmasına yardımcı olurlar. Bu nedenle nötronlar, atomu dengeli yapan en önemli unsurdur.

Az önce Lantan, Seryum ve Praseodimyum'un her üçünün de 82 nötronu olduğunu söylemiştik. Bu sayıyı tespit etmenin kolay bir yolu, kütle numarası ile atom numarası arasındaki farkı kullanmaktır.

Kütle Numarası Nedir?

Periyodik cetveli incelediğinizde, her elementin üstünde bir tam sayı olduğunu görebilirsiniz: Bu, atom numarasıdır ve az önce bahsettiğimiz gibi, atom çekirdeğindeki proton sayısına karşılık gelmektedir.

Kütle numarası ise, bir atomdanki proton ve nötronların toplam kütlesidir (kütle numarası, genelde $A$ harfiyle gösterilir). Bir diğer deyişle:

$A=p^{+}+n$

Kütle numarası, atomik kütle birimi adı verilen birimle ölçülen bir sayıdır. Atomik kütle birimi, başta da sözünü ettiğimiz 6 proton 6 nötronlu karbon elementinin kütlesinin 12'ye bölünmesinden türetilen, tuhaf bir birimdir. Bu sisteme göre 1 proton, 1.00727647 atomik kütle birimi kadar kütleye sahiptir. 1 nötron ise 1.008665 atomik kütle birimindedir. Yani her ikisi de 1'e çok yakındır; dolayısıyla atomların ağırlığı, genelde proton ve nötron sayılarının toplamı kadar olmaktadır (ama küsürattan ötürü tam olarak eşit değillerdir ve bu nedenle periyodik cetveldeki elementlerin altında küsüratlı bir sayı gösterilir). Örneğin Seryum'un kütle numarası 140, atom numarası 58'dir. Aradaki fark, 82'dir. Demek ki Seryum'un 82 tane nötronu vardır.

Tersten düşünelim: Helyum elementini düşünün. Helyumun atom numarası 2'dir, bu nedenle çekirdeğinde iki proton olduğunu biliriz. Helyum çekirdeği, ayrıca iki nötron içerir. 2+2=4 olduğundan, helyum atomunun kütle numarasının 4 olduğunu söyleriz (her ne kadar gerçekte bu sayı 4.00226022 olsa da). Son olarak, elektron sayısı proton sayısına eşit olması gerektiğinden, helyum atomu da iki elektron içerir. Bu örnek, atomların aynı sayıda proton ve nötrona sahip olduğuna inanmanıza neden olabilir, ancak aşağıdaki tablonun daha ayrıntılı bir incelemesi, durumun böyle olmadığını gösterecektir. Örneğin, lityumun üç protonu ve dört nötronu vardır ve ona kütle numarası 7'dir.

LibreTexts

Bir atomun kütle numarasını ve atom numarasını bilmek, o atomda bulunan nötron sayısını çıkarma yoluyla belirlemenizi sağlar:

$\text{No¨tron Sayısı}=\text{Yaklaşık Ku¨tle Numarası}-\text{Atom Numarası}$

Krom (Cr) elementinin atom numarası 24, kütle numarası 52'dir. Bir krom atomunun çekirdeğinde kaç tane nötron vardır? Bunu belirlemek için basit bir çıkarma işlemi yapabilirsiniz: 52-24=28. Yani krom elementinin 28 nötronu vardır.

Herhangi bir atomun bileşimi, A/Z formatı adı verilen kısa bir gösterimle gösterilebilir. Hem atom numarası hem de kütle kimyasal sembolün soluna yazılır. "A" değeri üst simge olarak, "Z" değeri ise alt simge olarak yazılır. Bu gösterimin bir örneği için aşağıda gösterilen krom atomuna bakabilirsiniz:

${}_{24}^{52}\text{Cr}$

Belirli bir atoma atıfta bulunmanın başka bir yolu, atomun kütle numarasını bir tire ile ayırarak adından sonra yazmaktır. Yukarıdaki atom için sembol-kütle formatı, Cr-52 olarak yazılacaktır. Bu gösterimde atom numarasından söz edilmez. Eğer bu yöntemi kullanacaksanız, proton değerlerini elde etmek için bir periyodik tabloya başvurmanız gerekecektir.