Vad är atomnummer?

Atomnumret är antalet protoner i en atoms kärna. Det betecknas ofta med bokstaven Z och bestämmer vilket grundämne atomen tillhör.

Alla väteatomer har en proton och atomnummer 1. Alla kolatomer har sex protoner och atomnummer 6. Om kärnan har åtta protoner är grundämnet syre, oavsett hur många neutroner atomen har.

Varför bestämmer protonantalet grundämnet?

Grundämnen definieras av kärnans protonantal. Om protonantalet ändras får man ett annat grundämne.

Det gör atomnumret till en unik identitet för grundämnet:

• H: Z = 1,
• He: Z = 2,
• C: Z = 6,
• O: Z = 8,
• Fe: Z = 26,
• Au: Z = 79.

Det periodiska systemet är ordnat efter stigande atomnummer.

Atomnummer och elektroner

I en neutral atom är antalet elektroner lika stort som antalet protoner. Syre med Z = 8 har därför åtta elektroner när atomen är neutral.

I en jon gäller inte detta. O²⁻ har fortfarande åtta protoner och atomnummer 8, men tio elektroner. Atomnumret ändras alltså inte när en atom joniseras.

Vad är masstal?

Masstalet, A, är summan av antalet protoner och neutroner i en viss atomkärna:

A = Z + N

där Z är antalet protoner och N antalet neutroner.

Kol-12 har sex protoner och sex neutroner, alltså masstal 12. Kol-14 har sex protoner och åtta neutroner, alltså masstal 14. Båda är fortfarande kol eftersom Z = 6 i båda fallen.

Vad är en isotop?

Isotoper är atomer av samma grundämne som har samma protonantal men olika antal neutroner.

De har därför samma atomnummer men olika masstal. Kemiskt beter sig isotoper ofta mycket likt varandra eftersom de har samma elektronkonfiguration i neutralt tillstånd, men deras kärnfysikaliska egenskaper kan skilja sig.

Vissa isotoper är stabila och andra radioaktiva.

Atomnummer, masstal och atommassa – skillnaden

Begrepp	Vad det beskriver	Exempel
Atomnummer, Z	Antal protoner	Kol: 6
Masstal, A	Protoner + neutroner i en viss isotop	Kol-12: 12
Relativ atommassa	Viktat medelvärde för isotoper i ett angivet prov eller naturlig isotopsammansättning	Kol ungefär 12,01

Atommassan som står i periodiska systemet är därför normalt inte ett heltal. Den speglar förekomsten av olika isotoper och deras massor.

Hur skrivs en isotop?

En vanlig kärnnotation placerar masstalet uppe till vänster och atomnumret nere till vänster om grundämnessymbolen.

Kol-14 kan exempelvis skrivas med A = 14 och Z = 6. Eftersom grundämnessymbolen C redan anger att Z = 6 utelämnas atomnumret ofta i löpande text och man skriver helt enkelt ¹⁴C eller kol-14.

Kan atomnumret ändras?

Inte i en vanlig kemisk reaktion. Kemiska reaktioner omfördelar elektroner och kemiska bindningar men lämnar atomkärnans protonantal oförändrat.

I kärnreaktioner och radioaktiva sönderfall kan protonantalet däremot förändras. När det sker omvandlas kärnan till ett annat grundämne.

Atomnummer och periodiska systemet

Atomnumret bestämmer hur många elektroner en neutral atom har. Därmed bestämmer det också vilken elektronkonfiguration atomen får.

Det är elektronkonfigurationen, särskilt valenselektronerna, som i stor utsträckning ligger bakom de återkommande kemiska egenskaperna i periodiska systemets grupper och perioder.

Atomnumret är alltså grunden för ordningen i periodiska systemet, men kemiska egenskaper förstås genom hur elektronerna fördelas på energinivåer och orbitaler.

Hur räknar man ut antalet neutroner?

Om en isotops masstal A och atomnummer Z är kända kan neutronantalet räknas ut med sambandet:

N = A − Z

Kol-14 har exempelvis A = 14 och Z = 6. Kärnan innehåller därför 14 − 6 = 8 neutroner. Natrium-23 har Z = 11 och innehåller därmed 12 neutroner.

Det går däremot inte att räkna ut exakt neutronantal från den genomsnittliga atommassan i periodiska systemet. Den siffran är ett viktat medelvärde av flera isotoper, inte masstalet för en bestämd atom.

Atomnummer och kärnans laddning

Varje proton har en positiv elementarladdning. En kärna med atomnummer Z har därför kärnladdningen +Ze.

Det är kärnans positiva laddning som attraherar elektronerna. I en neutral atom balanseras den av lika många negativt laddade elektroner, men atomnumret beskriver fortfarande protonerna och ändras inte när atomen blir en jon.

En natriumatom har exempelvis Z = 11. Neutral natrium har 11 elektroner, medan Na⁺ har 10 elektroner. Båda är natrium eftersom kärnan fortfarande innehåller 11 protoner.

Så hittar du atomnumret i periodiska systemet

I periodiska systemet står atomnumret vid varje grundämne och elementen är ordnade från lägre till högre Z.

Väte kommer först med Z = 1, helium har Z = 2 och litium Z = 3. När man går vidare genom systemet ökar protonantalet med ett för varje nytt grundämne.

Atomnumret ska inte blandas ihop med den relativa atommassan, som ofta visas som ett decimaltal i samma ruta. För klor är atomnumret 17 medan den relativa atommassan ligger omkring 35,45 på grund av den naturliga blandningen av isotoper.

Varför påverkar atomnumret kemin?

För en neutral atom bestämmer protonantalet hur många elektroner som finns. Elektronerna fyller energinivåer och orbitaler enligt kvantmekaniska regler.

Det är framför allt valenselektronerna som avgör hur en atom binder till andra atomer. Därför återkommer liknande kemiska egenskaper i periodiska systemets grupper.

Atomnumret är alltså en kärnfysikalisk storhet som indirekt bestämmer den neutrala atomens elektronstruktur och därmed mycket av dess kemi.

Vanliga frågor

Är atomnummer samma som antal elektroner?

Bara för en neutral atom. I en jon kan elektronantalet vara större eller mindre än atomnumret.

Kan två grundämnen ha samma atomnummer?

Nej. Ett visst protonantal definierar ett visst grundämne.

Har isotoper samma atomnummer?

Ja. Isotoper av samma grundämne har samma protonantal men olika neutronantal.

Är masstal och atommassa samma sak?

Nej. Masstalet är ett heltal för en viss isotop. Atommassan i periodiska systemet är normalt ett isotopvägt medelvärde och behöver inte vara ett heltal.