¿Por qué el número de protones en un átomo afecta sus propiedades tan dramáticamente?

Casi todas las propiedades en las que probablemente esté pensando se relacionan con la forma en que los átomos interactúan entre sí, en particular, con las formas en que se unen. Esto determina qué reacciones químicas están permitidas, las velocidades a las que ocurren, las energías de activación requeridas para iniciar el proceso, etc.

Estos procesos ocurren entre los electrones que rodean el núcleo, pero estos electrones solo pueden existir en ciertos estados de energía y momento angular. Si los estados de menor energía están llenos, los electrones son forzados a diferentes orbitales, lo que puede permitir / deshabilitar algunos tipos de enlaces y / o las energías involucradas. Entonces, la respuesta a su pregunta es que * no * es realmente el número de protones que determinan las propiedades químicas de los átomos, es el número de * electrones *, porque eso determina los estados de los electrones más externos, que son los involucrados en el procesos en cuestión.

Sin embargo.

Debido a que la fuerza electromagnética es bastante poderosa, los átomos en la mayoría de las condiciones del día a día son eléctricamente neutros (si tuvieran demasiados electrones, el exceso se eliminaría rápidamente; si tuvieran muy pocos, atraerían algunos de su entorno) . Eso significa que el número de electrones está a su vez determinado por el número de protones en el núcleo.

Tl; dr: las propiedades químicas de un átomo están determinadas principalmente por los estados de energía / momento angular de los electrones más externos. Los estados que están ocupados por los electrones más externos están determinados por el número de electrones, que debe ser igual al número de protones en el núcleo porque los átomos son eléctricamente neutros en la mayoría de las condiciones.

Según la física nuclear, el no. de protones es igual al no. de neutrones en el núcleo de un átomo. Bueno, hay excepciones y es por eso que la física es famosa.

Ahora volviendo al tema, hay dos tipos de fuerzas que están presentes dentro de un núcleo: – 1. Fuerzas culombicas, que actúan entre dos protones y son responsables de la repulsión protón-protón y 2. Fuerzas nucleares fuertes que los mantienen en su posición.

Ahora, el Sr. Neutron entra en juego para empeorar las situaciones.

A medida que aumentan los tamaños atómicos, el no. de protones y neutrones en el núcleo también aumenta. Esto conduce a la inestabilidad del núcleo. El valor de la energía de unión (energía responsable de mantener los protones y los neutrones en el núcleo) disminuye.

Ciertos elementos pesados, por lo tanto, emiten radiaciones y nucleones desde el núcleo para reducir esta acumulación de núcleos y ganar estabilidad. Por lo tanto, podemos decir que los protones juegan un papel muy importante en la determinación de las características de un átomo, aunque no participan en ninguna reacción química.

Desde el punto de vista de la química, el número de protones determina el número de electrones y la estructura electrónica determina la química de un elemento.

Desde el punto de vista de la física nuclear, la cantidad de protones se correlaciona con la cantidad de neutrones y, por lo tanto, ayuda a determinar las interacciones nucleares en las que puede entrar un átomo. (O “en el que puede entrar un átomo, pero este no es el foro en inglés).

No estoy seguro de que un átomo tenga propiedades que no sean completamente dependientes del número de protones en su núcleo. Ese número, conocido como Z , es también el número de electrones que tienen que encontrar lugares en los orbitales alrededor del núcleo, ya que, por definición, un “átomo” es en general eléctricamente neutro. La estructura atómica (esos orbitales ocupados) determina todo lo que interesa sobre el átomo.

No es solo un número lo que afecta las propiedades, sino la manera en que esos protones se organizan espacialmente dentro del núcleo. Pero esas estructuras exactas aún deben ser observadas por nuestros instrumentos.

Por ejemplo: podemos hacer tantos tipos diferentes de edificios de diferentes propiedades con los mismos ladrillos organizándolos espacialmente en 3-D de manera diferente.

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