Sie sind in Ihrem letzten Teil der Analyse nicht korrekt. Die chemischen Eigenschaften (was in der gewöhnlichen Materie meistens wichtig ist) hängen fast nur von der Elektronenhülle ab, insbesondere von den äußersten Elektronen (Valenzelektronen genannt).

Mehr Protonen bedeuten also mehr Elektronen und eine andere Elektronenhülle, was unterschiedliche chemische Eigenschaften bedeutet.

Warum es eine solche Vielfalt von Eigenschaften gibt, wenn man sich nur um die Elektronenhülle ändert, ist eines der Wunder der Chemie! Aufgrund der Quantenmechanik drehen sich die Elektronen nicht einfach wie Planeten um die Sonne um den Kern, sondern ordnen sich insbesondere in komplizierten Mustern an. Durch unterschiedliche Muster können Sie viele verschiedene atom<-> Atombindungsgeometrien bei vielen verschiedenen Energien erzielen. Dies verleiht der Vielfalt der chemischen Eigenschaften der Materie (siehe Periodensystem).

Sie können einem Atom Elektronen hinzufügen oder entfernen, damit die Elektronenschalen eher wie die Schalen eines anderen Atoms aussehen (mit a unterschiedliche Anzahl von Protonen), aber dann ist das Atom als Ganzes dann nicht mehr elektrisch neutral, und aufgrund der Stärke der elektromagnetischen Kraft ahmt das resultierende Ion den anderen Atomtyp nicht sehr gut nach (ich bin kein Chemiker - Ich bin sicher, dass es Eigenschaften gibt, die tatsächlich ähnlich werden könnten.

Viele physikalische Eigenschaften sind auch meistens aufgrund der Elektronenschalen, wie Photonenwechselwirkungen einschließlich Farbe. Die Masse ist offensichtlich fast nur auf den Kern zurückzuführen, und ich sollte hinzufügen, dass bei vielen chemischen Prozessen die Masse der Atome für die Dynamik von Prozessen wichtig ist, auch wenn sie nicht direkt mit den chemischen Bindungen zusammenhängt.

Dies war nur eine kleine Einführung in Chemie und Kernphysik;)

Es ist auch offensichtlich, dass das Addieren (oder Subtrahieren) von Elektronen keinen Unterschied macht [...]

Die beiden Unterschiede, die Sie zwischen Kupfer und Zink beschreiben, liegen darin Tatsache aufgrund der Elektronen in den Atomen. Der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Atomen besteht also darin, dass sie im elektrisch neutralen Zustand unterschiedliche Elektronenkonfigurationen aufweisen (wenn die Anzahl der Elektronen der Anzahl der Protonen entspricht).

Die unterschiedlichen Farben sind auf bestimmte Wellenlängen des Lichts zurückzuführen dass die Elektronen emittieren, wenn sie von einem angeregten Zustand zurück in ihren Grundzustand wechseln. Unterschiedliche Elektronenkonfigurationen führen also zu unterschiedlichen Farben. In ähnlicher Weise hängt die Leitfähigkeit davon ab, dass (fast) freie Elektronen im Metall vorhanden sind, so dass sie ein Elektronengas bilden können. Wenn dies der Fall ist, hängt dies entscheidend von den Elektronen in den äußersten Bahnen des Atoms ab.

Ionen derselben Elemente verhalten sich völlig unterschiedlich. Sie können einfach keinen stabilen Klumpen von (sagen wir) Kupferionen mit einer Farbe und einer Leitfähigkeit haben.

Es gibt zwei Prozesse, wenn Sie dem Kern ein neues Proton hinzufügen, um ein neues neutrales Atom zu erhalten:

1. Hinzufügen eines Protons, wodurch die Kernladung um 1
erhöht wird
2. Zugabe eines Elektrons, das den Anstieg der Kernladung kompensiert, um das Atom elektrisch neutral zu machen.
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Betrachten wir diese beiden Teile des Prozesses getrennt. Angenommen, Sie haben ein Atom von californium mit 98 Protonen. Wenn Sie ein Elektron entfernen, erhalten Sie ein Ion, dessen Energiezustände denen von Berkelium sehr ähnlich sind, mit einem großen Unterschied: $ \ mathrm {Cf} ^ + $ ist kein elektrisches mehr neutrales Objekt. Dies bedeutet, dass sich ein einzelnes Ion zwar ähnlich wie das Atom $ \ mathrm {Bk} $ verhält (d. H. Seine Strahlungs- und Absorptionsspektren, die Intensität der Spektrallinien sind qualitativ sehr ähnlich), jedoch hinsichtlich der Addition eines Elektrons nicht stabil ist. Dies beeinflusst seine chemischen Eigenschaften. Das Ion "will" sein fehlendes Elektron zurückgewinnen, und wenn es ein Atom sieht, versucht es, eines seiner Elektronen anzuziehen. Das gleiche geht noch weiter: Wenn Sie ein zweites Elektron entfernen und $ \ mathrm {Cf} ^ {++} $ erhalten, hat dieses Ion sehr ähnliche Eigenschaften wie $ \ mathrm {Cm} $ , aber es wird in Bezug auf die Zugabe von Elektronen nicht stabil sein, und daher wird auch die Wechselwirkung mit anderen Atomen und Ionen sehr unterschiedlich sein.

Was können wir nun tun, um diese Instabilität zu beheben? Natürlich müssen wir die erhöhte Gesamtladung kompensieren, indem wir ein Proton aus dem Kern entfernen. Nachdem Sie ein Proton (und die entsprechende Anzahl von Neutronen, um eine Spaltung zu verhindern) entfernt haben, z. Mit dem Kern von $ \ mathrm {Cf} ^ + $ erhalten Sie nur das bereits bekannte Atom $ \ mathrm {Bk} $, das elektrisch neutral ist und daher nicht dazu neigt, zusätzliches Elektron aufzunehmen (zumindest nicht so stark) - gebundene Zustände mit zusätzlichen Elektronen sind immer möglich).

Was ist die Schlussfolgerung? Einfach: Durch Hinzufügen eines weiteren Protons zum Kern wird nur die stabile Elektronenkonfiguration aus allen möglichen Konfigurationen ausgewählt. Und die ausgewählte "Standard" -Konfiguration macht die Atome so unterschiedlich chemisch.

Sie haben wahrscheinlich von Ihren Lehrern gehört, dass die chemischen Eigenschaften eines Elements durch die Anzahl der Protonen bestimmt werden (auch als Ordnungszahl bezeichnet, ebenfalls dargestellt bei $ Z $). Dies gilt im engeren Sinne, aber nur, weil die Anzahl der Protonen eines Atoms das Verhalten der Elektronen bestimmt.

Bei alltäglichen Wechselwirkungen sehen Sie die Arten chemischer Reaktionen und chemischer Veränderungen sind das Ergebnis von Wechselwirkungen oder Verhaltensweisen zwischen Elektronen von Atomen. Zum Beispiel sind chemische Bindungen das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen Valenzelektronen von Atomen, und chemische Reaktionen sind das Ergebnis des Aufbrechens und der Reformierung dieser chemischen Bindungen auf neue Weise. Es ist möglich, dass Sie all dies bereits in einem Chemie- oder Physikkurs gelernt haben.

Was Sie vielleicht nicht wissen, und hier kommt die Physik wirklich ins Spiel, ist, dass Elektronen nur diskret existieren können (dh nicht kontinuierliche) Energiemengen. Diese diskreten Energieniveaus beeinflussen die Arten von Elektronenschalen und Unterschalen, die ein bestimmtes Element aufweist. Darüber hinaus werden diese Energieniveaus durch die Ordnungszahl $ Z $ des Kerns bestimmt.

Wenn Sie noch in der High School oder in einem einführenden naturwissenschaftlichen Kurs sind, verstehen Sie die folgende Abbildung möglicherweise nicht ganz ganz noch. Zu diesem Zeitpunkt wissen Sie nur, dass das Diagramm die Energiemenge darstellt, die ein Elektron besitzt, wenn es verschiedene Energieniveaus einnimmt. Beachten Sie auch, dass Wasserstoff ($ Z = 1 $) und Quecksilber ($ Z = 80 $) sehr unterschiedlich sind und daher auch die Energiemenge eines Elektrons unterschiedlich ist. Es sind diese Unterschiede in der Energie, die zu einer Vielzahl von Eigenschaften führen, z. B. wie leicht ein Atom ionisiert werden kann (Sie würden sich das $ n = \ infty $ -Niveau ansehen). Auch die Emissionsspektren eines bestimmten Elements werden durch diese Energieniveaus bestimmt, da die Wellenlänge der emittierten Photonen direkt von der Energiemenge abhängt, die von einem Elektron freigesetzt wird, wenn es die Energieniveaus senkt.

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Jede Antwort war fantastisch, aber es ist auch erwähnenswert, dass je massereicher ein Kern ist, desto deutlicher werden relativistische Effekte auf das Atom. Dies kann die Dinge sehr stark beeinflussen.

Je schwerer ein Kern ist, desto schneller müssen sich die S-Schalen-Elektronen bewegen, um ein "Auftreffen" auf den Kern zu vermeiden. Diese Elektronen werden aufgrund ihrer relativen Nähe zur Lichtgeschwindigkeit massiver und aufgrund von Quanteneffekten verringert dies die Größe der Wellenfunktionen für diese Elektronen erheblich. Dies wird als "relativistische Kontraktion" bezeichnet und wird bei schwereren Elementen sehr wichtig.

Dies erklärt zusammen mit der Art und Weise, wie Elektronen in Schalen platziert werden, viele der seltsameren Eigenschaften einiger Elemente, einschließlich der Osmiumdichte, der Goldfarbe und der Tatsache, dass Quecksilber zusammen mit anderen eine Flüssigkeit ist.

Es sollte offensichtlich sein, dass Elektronen und ihre Platzierung für die Identität und Merkmale verschiedener Elemente absolut und unvermeidlich von wesentlicher Bedeutung sind. Vieles davon hat damit zu tun, dass Elektronen Fermionen sind, was für Laien bedeutet, dass sich zwei Elektronen nicht gleichzeitig am selben Ort befinden können. Daher werden Schalen um dieses Prinzip herum aufgebaut, was enorme Auswirkungen auf die Bindung von Atomen hat.

Etwas anderes, das den Kern betrifft; Es sollte nicht vergessen werden, dass Nukleonen so sein können und oft so behandelt werden, wie Elektronen sind, und dass der Kern tatsächlich auch verschiedenen "Schalen" ausgesetzt ist. Dies wird als Nuclear Shell Model bezeichnet, und Nukleonen (Protonen und Neutronen werden getrennt gezählt) werden zu den niedrigstmöglichen Energieniveaus addiert, wie dies bei Elektronen der Fall ist. Dabei gibt es bestimmte "magische Zahlen", bei denen eine Hülle im Kern vollständig gefüllt ist und auf diesen Ebenen die Bindungsenergie besonders stark ist, was die Stabilität bestimmter Elemente wie Kalzium und Zinn erklärt.

Ein weiterer Faktor: Das Hinzufügen von Protonen zum Kern erhöht seine Ladung und so wird die Anziehungskraft zwischen dem Kern und den Elektronen stärker. Infolgedessen nimmt der Atomradius ab, was bei chemischen Wechselwirkungen eine Rolle spielt. Eine weitere Konsequenz ist, dass jetzt mehr Energie benötigt wird, um das Atom ein Elektron verlieren zu lassen.

http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_radius

Aufgrund der Quanteneigenschaften von Elektronen nimmt der Atomradius in jeder Periode zu.

Die Kombination dieser Faktoren verleiht den Elementen in der oberen rechten Ecke mehr Nichtmetalleigenschaften und den Elementen in der unteren linken Ecke mehr Metall Eigenschaften.