Nomor atom

Nomor atom atau nomor proton (simbol Z) dari suatu unsur kimia adalah jumlah proton yang ditemukan dalam inti atom. Jumlahnya identik dengan jumlah muatan pada inti. Nomor atom secara unik mengidentifikasi elemen kimia. Dalam atom yang tidak bermuatan, nomor atom juga sama dengan jumlah elektron .
Jumlah dari nomor atom Z dan jumlah neutron N, memberikan nomor massa A dari sebuah atom. Karena proton dan neutron memiliki massa yang kira-kira sama (dan massa elektron diabaikan untuk banyak keperluan) dan energi ikatan nukleon selalu kecil dibandingkan dengan massa nukleon, ketika massa atom dari setiap atom dinyatakan dalam satuan massa atom terpadu (menjadi kuantitas yang disebut "massa isotop relatif"), bernilai kurang lebih 1% dari seluruh bilangan A.
Atom dengan nomor atom Z yang sama tetapi nomor neutron N berbeda, dan karenanya memiliki massa atom yang berbeda, dikenal sebagai isotop. Lebih dari tiga perempat unsur yang ada di alam berada dalam kondisi campuran isotop, dan massa rata-rata isotop untuk campuran isotop dari suatu unsur (disebut massa atom relatif) dalam lingkungan di Bumi, menentukan berat atom standar elemen. Secara historis, berat unsur-unsur atom ini (dibandingkan dengan hidrogen) merupakan jumlah yang dapat diukur oleh ahli kimia di abad ke-19.
Simbol konvensional Z berasal dari kata Jerman Zahl yang berarti nomor yang mana di masa sebelum adanya sintesis ide-ide modern dari kimia dan fisika, hanya menunjukkan tempat numerik suatu unsur dalam tabel periodik, yang urutannya kira-kira (tetapi tidak sepenuhnya) konsisten dengan urutan unsur-unsur dengan bobot atom. Hanya setelah 1915, dengan saran dan bukti bahwa nomor Z ini juga merupakan muatan nuklir dan karakteristik fisik atom, kata Atomzahl (dan nomor atom setara bahasa Indonesia) mulai umum digunakan dalam konteks ini.

Tabel periodik dan bilangan alami untuk setiap elemen

Secara umum, keberadaan tabel periodik menciptakan urutan elemen, sehingga dapat diberi nomor sesuai urutan.
Dmitri Mendeleev mengklaim bahwa ialah yang pertama kalinya mengatur tabel periodik (pertama kali diterbitkan pada 6 Maret 1869) dalam urutan massa atom ("Atomgewicht"). Namun, dengan mempertimbangkan sifat-sifat kimia yang diamati unsur-unsur, ia mengubah urutan sedikit dan menempatkan telurium (berat atom 127,6) di depan yodium (berat atom 126,9). Penempatan ini konsisten dengan praktik modern pemesanan elemen dengan nomor proton Z, tetapi nomor itu tidak diketahui atau terduga pada saat itu.
Namun, penomoran sederhana berdasarkan posisi tabel periodik tidak pernah sepenuhnya memuaskan berbagai pihak. Selain kasus yodium dan telurium, kemudian beberapa pasangan unsur lainnya (seperti argon dan kalium; kobalt dan nikel) diketahui memiliki bobot atom yang hampir sama atau terbalik, sehingga membutuhkan penempatannya dalam tabel periodik agar ditentukan oleh sifat bahan kimianya. Namun identifikasi bertahap unsur-unsur lantanida yang semakin mirip secara kimiawi - yang nomor atomnya tidak jelas, menyebabkan ketidakkonsistenan dan ketidakpastian dalam penomoran unsur secara periodik setidaknya dari lutetium (elemen 71) seterusnya (hafnium tidak diketahui saat ini).

Model Rutherford-Bohr dan van den Broek

Pada tahun 1911, Ernest Rutherford mengusulkan sebuah model atom di mana inti pusat memegang sebagian besar massa atom dan muatan positif, yang dalam satuan muatan elektron, kira-kira sama dengan setengah dari berat atom atom, dinyatakan dalam jumlah atom hidrogen. Dengan demikian, muatan pusat ini kira-kira setengah dari berat atom (meskipun hampir 25% unsur berbeda dari jumlah atom emas (Z = 79, A = 197), tapi itulah satu-satunya elemen yang digunakan Rutherford untuk menebaknya). Namun demikian, terlepas dari perkiraan Rutherford bahwa emas memiliki muatan pusat sekitar 100 (tetapi unsur Z = 79 pada tabel periodik), sebulan setelah kertas Rutherford muncul, Antonius van den Broek pertama kali secara resmi menyarankan bahwa muatan pusat dan jumlah elektron dalam sebuah atom persis sama dengan tempatnya dalam tabel periodik (juga dikenal sebagai nomor elemen, nomor atom, dan dilambangkan Z). Ini akhirnya terbukti menjadi pokok permasalahannya.

Eksperimen Moseley 1913

Posisi eksperimental meningkat secara dramatis setelah penelitian oleh Henry Moseley pada tahun 1913. Moseley, setelah berdiskusi dengan Bohr yang berada di lab yang sama (dan yang menggunakan hipotesis Van den Broek dalam model atom Bohrnya), memutuskan untuk menguji hipotesis Van den Broek dan Bohr secara langsung, dengan melihat apakah garis spektrum dipancarkan dari atom yang tereksitasi tepat dengan teori Bohr yang menyatakan bahwa frekuensi garis spektrum sebanding dengan kuadrat Z.
Untuk melakukan ini, Moseley mengukur panjang gelombang transisi foton terdalam (garis k dan l) yang dihasilkan oleh unsur-unsur dari aluminium (Z = 13) menjadi emas (Z = 79) digunakan sebagai serangkaian target anodik bergerak di dalam tabung x-ray. Akar kuadrat dari frekuensi foton ini (x-ray) meningkat dari satu target ke yang berikutnya dalam perkembangan aritmatika. Hal ini mengarah pada suatu kesimpulan (hukum Moseley) bahwa nomor atom memang berhubungan erat (jikalau offset satu unit untuk garis K, dalam karya Moseley) dengan muatan listrik yang dihitung dari inti, yaitu jumlah elemen Z. Antara hal lainnya, Moseley menunjukkan bahwa rangkaian lantanida (dari lantanum hingga inklusif lutetium) harus memiliki 15 anggota elemen — tidak kurang dan tidak lebih — yang jauh dari penjelasan kimia pada waktu itu.

Elemen yang hilang

Setelah Moseley wafat pada tahun 1915, nomor atom semua unsur yang diketahui dari hidrogen ke uranium (Z = 92) diperiksa dengan metodenya. Ada tujuh elemen (dengan Z < 92) yang tidak ditemukan dan karenanya diidentifikasi masih belum ditemukan, sesuai dengan nomor atom 43, 61, 72, 75, 85, 87 dan 91. Dari tahun 1918 hingga 1947, ketujuh unsur yang hilang ini ditemukan. Pada saat ini empat unsur transuranium pertama juga telah ditemukan, sehingga tabel periodik lengkap tanpa ada jarak sejauh kurium (Z = 96).

Proton dan ide elektron nuklir

Pada tahun 1915 alasan terhadap muatan nuklir dikuantisasi dalam satuan Z - yang sekarang terbukti sama dengan jumlah elemen, tidak dipahami. Sebuah ide lama yang disebut hipotesis Prout telah mendalilkan bahwa semua unsur terbuat dari residu (atau "protile") dari unsur hidrogen yang paling ringan - yang dalam model Bohr-Rutherford memiliki satu elektron dan satu muatan nuklir satu. Namun, pada awal 1907 Rutherford dan Thomas Royds telah menunjukkan bahwa partikel alfa, yang bermuatan +2, adalah inti dari atom helium, yang memiliki massa empat kali lipat dari hidrogen, bukan dua kali. Jika hipotesis Prout benar, sesuatu harus menetralkan sebagian muatan inti hidrogen yang ada dalam inti atom yang lebih berat.
Pada tahun 1917 Rutherford berhasil menghasilkan inti hidrogen dari reaksi nuklir antara partikel alfa dan gas nitrogen, dan percaya bahwa ia telah membuktikan hukum Prout. Dia menyebut partikel nuklir berat baru tersebut "proton" pada tahun 1920 (nama alternatifnya adalah prouton dan protyles). Sudah jelas dari karya Moseley bahwa inti atom yang berat memiliki massa lebih dari dua kali lipat dari yang dihasilkan dari inti hidrogen, dan oleh karena itu diperlukan hipotesis untuk netralisasi proton tambahan yang diduga hadir di semua inti atom berat. Inti helium diduga terdiri dari empat proton ditambah dua "elektron nuklir" (elektron yang terikat di dalam inti) untuk saling menetralkan kedua muatan. Di ujung lain dari tabel periodik, terdapat nukleus emas dengan massa 197 kali dari hidrogen dianggap mengandung 118 elektron nuklir dalam nukleus untuk memberinya muatan residu +79, konsisten dengan nomor atomnya.

Penemuan neutron menjadikan Z nomor protonnya

Semua pertimbangan elektron nuklir berakhir dengan penemuan neutron oleh James Chadwick pada tahun 1932. Sebuah atom emas sekarang dianggap mengandung 118 neutron, bukan 118 elektron nuklir, dan muatan positifnya sekarang direalisasikan sepenuhnya berasal dari konten 79 proton. Karena itu, setelah tahun 1932, nomor atom suatu unsur Z juga dinyatakan identik dengan nomor proton nukleusnya.

Simbol Z

Simbol konvensional Z mungkin berasal dari kata Jerman Atomzahl (nomor atom). Namun, sebelum 1915, kata Zahl digunakan untuk nomor elemen yang didapat pada tabel periodik.

Sifat kimia

Setiap elemen memiliki seperangkat sifat kimia tertentu sebagai konsekuensi dari jumlah elektron yang ada dalam atom netral, yaitu Z (nomor atom). Konfigurasi elektron ini mengikuti prinsip-prinsip mekanika kuantum . Jumlah elektron dalam kelopak elektron setiap elemen, terutama kulit valensi terluar, adalah faktor utama dalam menentukan perilaku ikatan kimianya. Oleh karena itu, hanya nomor atom yang menentukan sifat kimia suatu unsur; dan untuk alasan inilah unsur dapat didefinisikan terdiri dari campuran atom apa pun dengan nomor atom tertentu.

Elemen baru

Pencarian elemen baru biasanya digambarkan menggunakan nomor atom. Pada 2010, semua elemen dengan nomor atom 1 hingga 118 telah diamati. Sintesis elemen baru dilakukan dengan membombardir atom target elemen berat dengan ion, sehingga jumlah nomor atom target dan elemen ion sama dengan jumlah atom elemen yang sedang dibuat. Secara umum, waktu paruh menjadi lebih pendek ketika jumlah atom meningkat, meskipun "pulau stabilitas" mungkin ada untuk isotop yang belum ditemukan dengan jumlah proton dan neutron tertentu.