¿Por qué el número de protones determina el elemento químico?

Siento que la mayoría de las respuestas están haciendo que el problema sea innecesariamente complejo, por lo que voy a intentarlo.

La razón por la que los protones son el factor decisivo es porque la cantidad de protones no cambia.

Los neutrones no tienen carga, por lo que no afectan el número y la configuración de los electrones. Los electrones en sí mismos son demasiado fáciles de agregar y quitar. La desintegración radioactiva, la fisión y la fusión son las únicas excepciones, ya que cambian el recuento de protones, pero todos estos son eventos extremadamente raros en comparación con la frecuencia con que los átomos intercambian electrones.

Al final del día, el recuento de protones es básicamente imposible de cambiar. A su vez, determina la cantidad de electrones que el átomo necesita para ser neutro, y eso a su vez determina el comportamiento del átomo cuando interactúa químicamente con otros átomos (ya sea a través de enlaces iónicos, covalentes o metálicos).

Para citar su ejemplo específico, para ser eléctricamente neutro, el potasio necesita 19 electrones porque tiene 19 protones. Para que su nube de electrones sea completamente estable, necesita renunciar a un electrón para lograr una configuración electrónica ideal como la del argón. Para hacer eso, tiene que donar ese electrón a otro átomo, ganando una carga positiva y formando un enlace iónico. Esa es una de las propiedades importantes del potasio. Quite un protón y ahora solo necesita 18 electrones para ser neutral. Ya no necesita regalar (o tomar) electrones adicionales para obtener la configuración electrónica ideal. Por lo tanto, nunca necesita interactuar con otros átomos. Ahora es el gas noble, el argón, que siempre se mueve interactuando sin nada más que ejercer presión sobre las paredes de su contenedor.

Para otra forma de verlo, considérate: una persona. ¿No tiene más sentido definir quién y qué eres por tus características físicas, relativamente inmutables, que por la ropa que usas? Tu ropa cambia con frecuencia. Su cuerpo puede cambiar solo lentamente (si alguna vez) y grandes cambios repentinos son raros (accidentes, cirugías, etc.).

Su licencia de conducir tiene una foto de su cara, no una foto de su camisa. 🙂

La forma más fácil de verlo es considerar las propiedades químicas.

Toma un átomo de potasio. Tiene exactamente 19 protones. Por lo general, también tiene alrededor de 20 neutrones. Un átomo neutro tendría 19 electrones.

Este elemento es altamente reactivo y se incendiará (bueno, en realidad produce hidrógeno que se incendia) en el agua, es lo suficientemente suave como para cortar con un cuchillo, etc. Si agrego un neutrón, se vuelve un poco radiactivo, pero químicamente actúa casi exactamente igual.

Si quito un electrón, se convierte en un ion menos reactivo, cierto. Sin embargo, sus propiedades no coinciden con lo que obtenemos si se hace que otro elemento también tenga 18 electrones.

Si quito un protón, tendría argón. Este elemento es prácticamente no reactivo y es un gas.

En otras palabras, todos los átomos con 19 protones comparten ciertas propiedades que los átomos con un número diferente de protones no tienen. Lo mismo no es cierto para dos átomos de elementos diferentes (según el cálculo de protones) con el mismo número de neutrones o electrones. Por lo tanto, vamos con protones

¿Qué es una identidad de elemento? Es su papel en la química. La química está determinada por la capa electrónica, y los electrones tienen una carga negativa. Como los átomos estables son neutros y las únicas cargas positivas son los protones, es justo decir que los protones determinan la identidad como se definió anteriormente. Sin embargo, hay más. Si la identidad es, por ejemplo, el comportamiento radiactivo o la vida útil del átomo, ya no es cierto y los neutrones también son parte del juego.

En general, el concepto de identidad está relacionado con la estabilidad en el tiempo, y de hecho las propiedades químicas de los núcleos estables pueden simplificarse demasiado en su número de protones.

Pero no hay nada mágico, es casi por definición: los protones no son partículas fundamentales, y tienen una identidad solo porque es una configuración estable de quarks … Lo mismo ocurre con los neutrones (dentro de los núcleos, en este caso …)

Solo lo hacen. Los protones en un núcleo contribuyen cada uno con una sola carga positiva. La nube de electrones está muy lejos, en relación con el radio del núcleo, por lo tanto, el núcleo es equivalente a una carga puntual de cualquier número de protones. Los electrones se sienten atraídos por la carga opuesta, pero por razones cuánticas no pueden acercarse más y ninguno de ellos puede tener el mismo estado cuántico al mismo tiempo, por lo que se apilan como aviones en un patrón de espera esperando su turno. tierra. Excepto que nunca llegan a tierra. Los más alejados del núcleo (o aeropuerto) son los más propensos a cambiar a un átomo (o aeropuerto) cercano. Es el comportamiento de estos electrones externos lo que distingue un elemento de otro. Ese comportamiento es el resultado de la atracción neta que el electrón “siente”, que depende de la cantidad de protones. La masa del núcleo no entra en los “sentimientos” del electrón, por lo que las variaciones debidas a la cantidad de neutrones no importan en absoluto al comportamiento químico de los electrones (excepto algunas excepciones para átomos muy pequeños). Eso solo deja el número de protones para determinar la identidad del átomo.

MC Physics sugeriría que los protones juegan un papel tan importante en la estructura atómica porque están formados por quarks, que son las partículas elementales con enlaces nucleares más fuertes que se conocen. Esa unión dentro de los quarks proviene de la unión de dos tipos opuestos y las monocargas cargadas más fuertes conocidas. Los quarks Up son más fuertes en su fuerza interna que los quarks Down. La unión de 2 quarks hacia abajo con un quark Up para hacer un protón es uno de los siguientes enlaces nucleares más fuertes conocidos.

Los neutrones no son estables por sí mismos, ya que se descomponen en protones, electrones y otras partículas. Los electrones están hechos de cargas mono mucho más ligeras / débiles y, por lo tanto, siguen las cargas más fuertes.

Por lo tanto, debido a su estabilidad y fuerza de carga, los protones reúnen (a través de la carga eléctrica) otra fuerza de carga menor y partículas menos estables (neutrones, electrones, …) para formar núcleos y luego átomos.

En realidad, es el número de electrones que producen el comportamiento distintivo lo que hace que llame a algo un elemento. Su disposición a aceptar o donar un electrón, o compartirlo de manera promiscua. Por supuesto, la cantidad de electrones tiene que coincidir con la cantidad de protones. Entonces puede contar para definir qué es un elemento.

El número de protones determina el número de electrones, lo que determina las propiedades que mayormente definen el elemento. Si los números de protones y electrones difieren, las fuerzas electrostáticas potentes harán que gane o pierda un electrón y se vuelva neutral la mayor parte del tiempo. El número de protones y electrones determina la estructura de banda electrónica, la afinidad electrónica, las energías de ionización y otras propiedades que determinan la química. Los neutrones solo tienen un ligero efecto sobre las velocidades de reacción al cambiar la masa. También pueden afectar la radiactividad.

Como ya ha dicho Sargeant, es el electrón el que determina el comportamiento químico de un elemento. Sin embargo, puede ionizar un átomo agregando o eliminando un electrón, y eso no cambia un elemento en otro, de lo contrario los alquimistas habrían encontrado una forma de eliminar un electrón del mercurio y crear oro. Además, muchos átomos tienen isótopos de peso atómico ligeramente diferente debido a la presencia o ausencia de un neutrón, pero eso tampoco cambia sus propiedades, dejándonos con la conclusión inevitable de que es el número de protones lo que determina el elemento y su físico. propiedades. Esto se ha probado experimentalmente en el siglo XX con el descubrimiento de que la pérdida de protones, ya sea por emisión de partículas alfa o por la conversión de un protón en un neutrón, absolutamente cambia un elemento en otro.

Sin embargo, en nuestra etapa actual de conocimiento científico, ni yo ni nadie más podemos responder la pregunta “por qué”. Solo podemos especular.

Al definir qué es un elemento, la definición debe ser poderosa y útil. Podemos definir elementos por otras propiedades (tal como usted dijo que podríamos definirlos por número de neutrones) pero eso no sería tan útil. Primero expliquemos por qué no usamos el número de neutrones. Esto se debe a que los neutrones son … neutros. Ser neutral significa que los neutrones no afectan a los electrones, por eso los isótopos no juegan un papel importante en la química. Un átomo de carbono con 6 neutrones no se comporta de manera muy diferente en química que uno que tiene 8 neutrones. El otro problema con esto es la consistencia, definimos elementos como grupos de átomos que son químicamente similares. Si tuviéramos que usar números de neutrones como definición, entonces un Carbono con 8 neutrones es el mismo elemento que un oxígeno con 8 neutrones, sin embargo, tienen propiedades muy diferentes, por lo que no pueden ser el mismo elemento, esa es una de las razones por las que los neutrones no son No se utiliza en la definición (y quizás también porque se descubrieron más tarde).

En cuanto a los electrones y protones, como sabrán, es el número de electrones el que define las propiedades químicas de un elemento (ya que determina la estructura del electrón). Pero es exactamente el mismo número que el número de protones (en un átomo neutro). Pero dado que los números de electrones alrededor de un átomo cambian todo el tiempo con interacciones químicas, significaría que el elemento cambia cada vez que ocurre una reacción química, lo que plantea otros problemas, uno de ellos es que un ion cargado es exactamente el mismo elemento que un gas noble , lo que obviamente no es cierto dadas las propiedades de cada uno. Estos problemas discutidos en mis respuestas se encuentran entre las muchas razones por las cuales se usan los números de protones.

El átomo de carbono de diamante y el átomo de carbono de grafito tienen el mismo número de protones, neutrones y electrones. Sin embargo, son bastante diferentes.

Sería un error decir que solo los protones, los neutrones y los electrones de un átomo determinan el destino del átomo. El entorno del átomo también contribuye al destino del átomo.

Un hombre actúa de manera diferente en una prisión que en una multitud. … No hay sonido hasta que se escucha.

El número de protones da cierta carga positiva y permite que cierto número (igual) de electrones orbiten alrededor del núcleo. El número de electrones determina cuántos de ellos se distribuyen en diferentes orbitales, y eso determina las propiedades químicas del elemento, cómo puede unirse a otros átomos.

No necesariamente.

Solo la identidad química de un elemento está determinada por el número de protones presentes en el núcleo. Para que un átomo permanezca eléctricamente neutro, el número de protones debe ser igual al número de electrones. Como solo los electrones participan en las reacciones químicas, el número de electrones (o protones) es información suficiente para identificar químicamente un átomo.

Por otro lado, cuando se trata de reacciones nucleares , el número de neutrones en el átomo se vuelve extremadamente importante. Por ejemplo, Co-60 es radiactivo, pero Co-59 no lo es. Sería ilegal y potencialmente peligroso transportar el Co-60, pero el Co-59 es una simple operación del material del molino. Aunque químicamente, ambos átomos son idénticos.

En mecánica cuántica, la diferencia entre aún más marcado. Esto se debe a que los neutrones, aunque no tienen carga, sí tienen algo llamado giro. El giro del núcleo interactúa con el giro de los electrones con algo llamado interacción hiperfina. Esto se vuelve extremadamente importante cuando se consideran las propiedades de la mecánica cuántica.

Por ejemplo, nuestras computadoras normales están hechas de silicio normalmente disponible, que contiene aproximadamente 93% de Si-28, 4% de Si-29 y 3% de Si-30. Normalmente, esto no hace ninguna diferencia. Sin embargo, el giro nuclear del neutrón adicional en Si-29 causa estragos cuando se usa silicio ordinario para hacer computadoras cuánticas. Por lo tanto, el silicio utilizado en dicha aplicación especializada debe enriquecerse isotópicamente.

En pocas palabras, el número de protones NO es la única identidad para un átomo, de hecho, está bastante lejos de él cuando se consideran ciertas aplicaciones avanzadas.

El protón tiene una carga positiva, por lo que el no de protones dicta el número de electrones para un átomo neutro. Los electrones controlan la química de un elemento.

Tenía una composición química básica, aunque también tenía en cuenta que la cantidad de protones identifica qué es realmente un componente. En este momento estoy teniendo A / P y eso dice “Aunque los isótopos de un componente tienen diferentes cantidades de neutrones, tienen edificios químicos idénticos ya que tienen la misma cantidad de electrones.