Nie masz racji w swojej drugiej części analizy; właściwości chemiczne (które są głównie tym, co ma znaczenie w zwykłej materii) zależą prawie tylko od powłoki elektronowej, aw szczególności od najbardziej zewnętrznych elektronów (zwanych elektronami walencyjnymi).

Zatem więcej protonów oznacza więcej elektronów i inny Powłoka elektronowa, czyli różne właściwości chemiczne.

Dlaczego istnieje taka różnorodność właściwości po prostu zmieniając się wokół powłoki elektronowej, jest jednym z cudów chemii! Dzięki mechanice kwantowej elektrony nie krążą po prostu wokół jądra, tak jak planety wokół Słońca, ale układają się w skomplikowane wzory. Mając różne wzorce, można osiągnąć wiele różnych geometrii wiązania atomów <-> atom, przy wielu różnych energiach. To właśnie daje różnorodność właściwości chemicznych materii (patrz układ okresowy).

Możesz dodawać lub usuwać elektrony z atomu, aby powłoki elektronów wyglądały bardziej jak powłoki innego atomu (z różna liczba protonów), ale wtedy atom jako całość nie jest już obojętny elektrycznie, a ze względu na siłę siły elektromagnetycznej powstały jon nie naśladuje bardzo dobrze drugiego typu atomu (nie jestem chemikiem - Jestem pewien, że istnieją właściwości, które rzeczywiście mogłyby stać się podobne).

Wiele właściwości fizycznych jest również głównie spowodowanych powłokami elektronów, jak interakcje fotonów, w tym kolor. Oczywiście masa jest prawie wyłącznie zasługą jądra i powinienem dodać, że w wielu procesach chemicznych masa atomów jest ważna dla dynamiki procesów, nawet jeśli nie jest to bezpośrednio związane z wiązaniami chemicznymi.

To było tylko małe wprowadzenie do chemii i fizyki jądrowej;)

Jest również oczywiste, że dodawanie (lub odejmowanie) elektronów nie robi różnicy [...]

Dwie różnice, które opisujesz między miedzią i cynkiem, dotyczą fakt ze względu na elektrony w atomach. Zatem zasadnicza różnica między tymi dwoma atomami polega na tym, że mają one różne konfiguracje elektronów w stanie obojętnym elektrycznie (kiedy liczba elektronów jest równa liczbie protonów).

Różne kolory wynikają z określonych długości fal światła że elektrony emitują, gdy przechodzą ze stanu wzbudzonego z powrotem do stanu podstawowego. Tak więc różne konfiguracje elektronów prowadzą do różnych kolorów. Podobnie, przewodnictwo zależy od posiadania (prawie) wolnych elektronów w metalu, tak że mogą one tworzyć gaz elektronowy. Jeśli tak jest, to w dużej mierze zależy od elektronów na zewnętrznych orbitach atomu.

Jony tych samych pierwiastków zachowują się zupełnie inaczej. Po prostu nie możesz mieć stabilnej bryły (powiedzmy) jonów miedzi o kolorze i przewodnictwie.

Istnieją dwa procesy, kiedy dodajesz nowy proton do jądra, mając na celu uzyskanie nowego neutralnego atomu:

1. Dodanie protonu, który zwiększa ładunek jądrowy o 1
2. Dodanie elektronu, który kompensuje wzrost ładunku jądrowego, aby uczynić atom elektrycznie obojętnym

Rozważmy te dwie części procesu osobno. Najpierw załóżmy, że mamy atom kaliforn, który ma 98 protonów. Jeśli usuniesz elektron, otrzymasz jon, którego stany energetyczne będą bardzo podobne do stanów berkelium, z jedną zasadniczą różnicą: $ \ mathrm {Cf} ^ + $ nie jest już elektrycznie obiekt neutralny. Oznacza to, że chociaż pojedynczy jon będzie zachowywał się podobnie jak atom $ \ mathrm {Bk} $ (tj. Jego widma promieniowania i absorpcji, intensywności linii widmowych będą jakościowo bardzo podobne), to nie jest stabilny pod względem dodania elektronu. Wpływa to na jego właściwości chemiczne. Jon „chce” odzyskać brakujący elektron, a kiedy widzi atom, próbuje przyciągnąć jeden ze swoich elektronów. To samo idzie dalej: kiedy usuniesz drugi elektron, otrzymując $ \ mathrm {Cf} ^ {++} $, ten jon będzie miał bardzo podobne właściwości do właściwości $ \ mathrm {Cm} $ , ale nie będzie stabilna pod względem dodawania elektronu, a zatem interakcja z innymi atomami i jonami będzie również znacznie inna.

Co możemy teraz zrobić, aby naprawić tę niestabilność? Oczywiście musimy skompensować zwiększony całkowity ładunek, usuwając proton z jądra. Po usunięciu protonu (i odpowiedniej liczby neutronów, aby zapobiec rozszczepieniu) z np. Jądro $ \ mathrm {Cf} ^ + $, dostaniesz nic poza znanym już atomem $ \ mathrm {Bk} $, który będzie elektrycznie obojętny i przez to nie będzie miał tendencji do pozyskiwania dodatkowego elektronu (przynajmniej nie będzie - stany związane z dodatkowymi elektronami są zawsze możliwe).

Jaki jest wniosek? Proste: dodanie kolejnego protonu do jądra tylko wybiera stabilną konfigurację elektronów spośród wszystkich możliwych konfiguracji. Wybrana „domyślna” konfiguracja powoduje, że atomy mają tak różne właściwości chemiczne.

Prawdopodobnie słyszałeś, jak twoi nauczyciele mówili, że właściwości chemiczne pierwiastka są określane przez liczbę protonów (zwaną również liczbą atomową, również reprezentowaną jako $ Z $). Jest to prawdą w ścisłym tego słowa znaczeniu, ale tylko dlatego, że liczba protonów w atomie dyktuje sposób, w jaki będą się zachowywać elektrony.

W codziennych interakcjach, typy reakcji chemicznych i zmiany chemiczne, które obserwujesz są wynikiem interakcji lub zachowania między elektronami atomów. Na przykład wiązania chemiczne są wynikiem interakcji między elektronami walencyjnymi atomów, a reakcje chemiczne są wynikiem zerwania tych wiązań chemicznych, a następnie ponownego ich przekształcenia. Możliwe, że nauczyłeś się już tego wszystkiego na lekcjach chemii lub fizyki.

To, czego możesz nie wiedzieć, a tu naprawdę pojawia się fizyka, to fakt, że elektrony mogą istnieć tylko z dyskretnymi (tj. nie ciągłe) ilości energii. Te dyskretne poziomy energii wpływają na typy powłok elektronowych i podpowłok, które posiada dany pierwiastek. Co więcej, te poziomy energii są określane przez liczbę atomową jądra, $ Z $.

Jeśli nadal jesteś w liceum lub na początkowych zajęciach ścisłych, możesz nie do końca zrozumieć poniższy rysunek całkiem jeszcze. W tym miejscu wystarczy wiedzieć, że diagram przedstawia ilość energii, jaką posiada elektron, gdy zajmuje różne poziomy energii. Zwróć też uwagę, że wodór (Z = 1 $) i rtęć (Z = 80 $) są bardzo różne, w wyniku czego ilość energii posiadanej przez elektron jest również inna. To właśnie te różnice w energii dają początek różnym właściwościom, takim jak łatwość jonizacji atomu (można by spojrzeć na poziom $ n = \ infty $). Również widma emisyjne danego pierwiastka są podyktowane tymi poziomami energii, ponieważ długość fali emitowanych fotonów zależy bezpośrednio od ilości energii uwalnianej przez elektron, gdy spada on poziom energii.

Zdjęcie pobrane z www.aplusphysics.com

Każda odpowiedź była fantastyczna, ale warto również pamiętać, że im bardziej masywne jądro, tym bardziej widoczne są efekty relatywistyczne na atomie. Może to mieć duży wpływ na sytuację.

Im cięższe jądro, tym szybciej elektrony powłoki S muszą się poruszać, aby uniknąć „uderzenia” w jądro. Elektrony te stają się bardziej masywne ze względu na ich względną bliskość do prędkości światła, a ze względu na efekty kwantowe znacznie zmniejsza to rozmiar funkcji falowych tych elektronów. Nazywa się to „skurczem relatywistycznym” i staje się bardzo ważne w przypadku cięższych elementów.

To, w połączeniu ze sposobem umieszczania elektronów w skorupach, wyjaśnia wiele dziwniejszych właściwości niektórych pierwiastków, w tym gęstość osmu, kolor złota i rtęć będącą cieczą wraz z innymi.

Powinno być oczywiste, że elektrony i ich rozmieszczenie są absolutnie i nieuchronnie integralne dla tożsamości i cech różnych elementów. Wiele z tego ma związek z elektronami będącymi fermionami, co w kategoriach laika oznacza, że ​​dwa elektrony nie mogą znajdować się w tym samym miejscu naraz, więc powłoki są zbudowane wokół tej zasady, co ma ogromne konsekwencje dla sposobu wiązania atomów.

Coś innego związanego z jądrem; należy pamiętać, że nukleony mogą być i często są traktowane tak, jak elektrony, a jądro jest w rzeczywistości również przedmiotem różnych „powłok”. Nazywa się to modelem powłoki jądrowej, a nukleony (protony i neutrony są liczone osobno) są dodawane do najniższych możliwych poziomów energii, tak jak elektrony. W związku z tym istnieją pewne „magiczne liczby”, w których otoczka w jądrze jest całkowicie wypełniona i na tych poziomach energia wiązania jest szczególnie silna, co wyjaśnia stabilność niektórych pierwiastków, takich jak wapń i cyna.

Jeszcze jeden czynnik: dodanie protonów do jądra zwiększa jego ładunek, przez co przyciąganie między jądrem a elektronami staje się silniejsze. W rezultacie zmniejsza się promień atomu, który odgrywa rolę w oddziaływaniach chemicznych. Inną konsekwencją jest to, że teraz potrzeba więcej energii, aby atom stracił elektron.

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

Ze względu na kwantowe właściwości elektronów w każdym okresie zwiększa się promień atomu.

Połączenie tych czynników daje pierwiastkom w prawym górnym rogu więcej niemetalowych właściwości, a te w lewym dolnym rogu więcej metalu właściwości.