atom a vegyi elemeknek az a legkisebb része, amely meghatározza az elem vegyi tulajdonságait. Atommagból és elektronburokból áll. A magban protonok, neutronok és rövid létezésű elemi részecskék vannak; a mag körül a protonokéval megegyező számú elektron található, ezért az atom töltése semleges. Az atomokat a protonok és az elektronok közti vonzerő (Coulomb-erő) tartja egybe. Nagyságát a Coulomb-törvény fejezi ki. (→Coulomb-erő, Coulomb-törvény)

A protonok és az elektronok közti vonzerő függ a köztük lévő távolságtól; minél nagyobb a távolság, annál kisebb a vonzerő. Módosul a vonzerő az elektronok számától függően is: a törzselektronok (core electrons), vagyi a belső elektronhéjon lévő elektronok taszítják a külső elektronhéjon keringőket, a vegyértékelektronokat; „árnyékolják” a vonzerőt. Ezt nevezik a nemzetközi irodalomban shielding effectnek, az elektronra ténylegesen ható vonzerőt pedig effective nuclear charge-nak (Z_eff). A tényleges vonzerőt a Z_eff = Z - S egyenlet fejezi ki (Z a protonok száma, S az árnyékoló (törzs-) elektronok száma.

Az atom átmérője a közepétől az elektronburok széléig terjedő távolság; nagyságrendje: 100 pikométer (0,1 nm, 10^-10 m). Nagysága elsősorban a protonok és a neutronok számától függ: minél kevesebb a proton és neutron, annál kisebb az átmérő. A legkisebb atom a hidrogén: egyetlen protont és egyetlen elektront tartalmaz, átmérője 1,5 ∙ 10^-13 m. A többi atom átmérőjét ehhez viszonyítjuk, azzal a számmal jelöljük, amely azt mutatja, hogy az átmérő hányszorosa a hidrogén átmérőjének. Pl. az uránium, amely a legnagyobb atom, 6,2-szerese. Az atom tömegét az atomi tömegegységgel fejezzük ki. (→atomtömeg)

atomi alapállapot az elektronok mindegyike a legalacsonyabb szintű elektronhelyen van. Az alapállapotú atomok állékonysága, szerkezetének biztonsága a külső elektronhéjon lévő elektronok számától függ. Azoknak az atomoknak az állapota, amelyeknek a külső elektronhéján 8-nál kevesebb elektron van, bizonytalan, ezért szokásosan más atomokkal kötődnek, molekulákat képeznek.

atomi gerjesztett állapot az atom olyan állapota, amelyben egy vagy több elektron magasabb energiatartományba (elektronhéjra) kerül, mert megnő az elektron energiája. A gerjesztett atom a felvett energiát sugárzás formájában leadhatja, hogy visszatérjen az alapállapotába. A felvett, illetve leadott energia mennyiséges, azaz meghatározott mennyiségek szerint. Másként: az elektronnak az egyik elektronhéjról a másikba lépéséhez meghatározott energiamennyiség szükséges, ha az elektron energiatöbblete nem éri el ennek határát, nem kerül át másik elektronhéjra. Ennek megfelelően a sugárzás is energiamennyiségekben adódik le, nem pedig folytonosan. Azt az energiamennyiséget, amely szükséges az elektronnak egyik elektronhéjból a másikba lépéséhez, energianyalábnak nevezzük. (→energianyaláb) Az elemek mindegyikében meghatározott, hogy hány elektronátmenet lehetséges. Ez az elem fajlagos tulajdonsága, ennek alapján, pl. színképvizsgálattal, azonosítható. Ebből következik, hogy a gerjesztés mértéke is meghatározott, elemenként különbözik.

atomenergia az atomot összetartó erő, amely az elektronok (részecskék) mozgásából, helyzetéből és az atommagot egybetartó energiájából tevődik össze.

atommag az atom központi része; az elektronburok veszi körbe felhőszerűen (elektronfelhő). Átmérő 10^-14 m (1 fm; femtom), amely töredéke az atom átmérőjének, az atomok nagyságát tehát az elektronburok adja. A magot a proton/ok és neutron/ok, közös néven nukleonok alkotják, ezek hozzák létre a magerőteret. A protonok taszítják egymást, a protonok és neutronok kis távolságból vonzzák egymást. A nukleonok közötti kölcsönhatást a magerőtér bozonjai közvetítik.

A protonok száma az atom rendszáma (atomic number; egyezik az elektronok számával); jele: Z. A vegyjel (M) előtt, alsó kitevőben írva jelöljük (₃Li – lítium: rendszáma 3, azaz 3 protonja [és elektronja] van).

A mag töltése pozitív a protonok miatt; ez a magtöltés, amelynek száma egyezik a protonok számával, és mert a protonok száma adja az atom rendszámát, azzal is egyenlő. Azaz az atom rendszáma, a magtöltés száma és az elektronok száma minden atomban egyenlő. Ha az atomokat ezek alapján növekvő sorrendben rakjuk, az elemeket kapjuk meg.

Az atomagban lévő protonok és neutronok együttes száma a tömegszám; jele: A. A vegyjel előtt, felső kitevőbe írva jelöljük, Pl. a szén tömegszáma 12: ¹²C.

A fentiekből következik, hogy az elemek a tömegszámmal és a rendszámmal tökéletesen jellemezhetők. Pl. (¹²₆C) azt jelenti, hogy a szénatomnak (vegyjele: C) 6 protonja és 6 neutronja van.

Előfordul atommagok, amelyeknek magjában a protonok száma azonos, a neutronoké azonban eltér; az ilyen atommagot tartalmazó atomokat neutronmásoknak nevezzük. (→neutronmás)

atomsugár atomic radius (atomrádiusz) az atommag és a legkülső elektronhéj közötti távolság, nagysága 0,09–0,25 nm nagyságú. Az elemek atomsugara különböző, változik az elemek szakaszaiban és főcsoportjaiban is. (→elemtáblázat) A nemfémekben kötéssugárnak, a fémekben fémes sugárnak nevezzük. Az atomsugár nagysága nem olyan egyértelmű, mint a köré, mert az elektronok állandó mozgásban vannak.

atomtömeg az atom részecskéinek tömegéből adódik össze. Nem teljesen a részecskék tömegének az összege, mert töredékük az atomot összetartó energiává alakul (atomos képződéshő), tehát annál valamivel kevesebb. Az atomtömeget kétféleképpen adjuk meg: tényleges atomtömeg és viszonyított atomtömeg formájában.

▪ A tényleges atomtömeg az atom tömege grammban kifejezve. Pl. a hidrogén tényleges atomtömege 1,66 ∙ 10^-24 g, a szénné: 12 ∙ 1,66 ∙ 10^-24 g.

▪ A viszonyított atomtömeg az atom tömege az atomi tömegegységhez viszonyítva. Azt fejezi ki, hogy az adott atom tömege hányszorosa az atomi tömegegységnek (amely a 12-es tömegszámú, 6 protont tartalmazó szénatomnak (¹²₆C) a 12-ed része), pl. az 1-es viszonyított atomtömeg egyenlő az atomi tömegegységgel; ez a hidrogén viszonyított atomtömege. A nitrogén viszonyított atomtömege 14, azaz 14-szerese az atomi tömegegységnek. (→atomi tömegegység)

A viszonyított atomtömeg fogalma azért szükséges, mert az atomtömegek elképzelhetetlenül kicsik, a grammokban kifejezett mértékegységük a vegyfolyamatok leírásában, számításokban nehezen alkalmazható. A vegyfolyamatok anyagmérlegét a viszonyított atomtömeg alapján számoljuk. (→mól)

atomic number protonszám (→atom)

atomi tömegegység unified atomic mass unit a 12-es tömegszámú, 6 protont tartalmazó szénatomnak (¹²₆C) a 12-ed része. Jele (u). 1 u = 1,67 ‧ 10^-27 kg = 938 MeV. Másként: 1 u = 1/100 N_A (N_A az Avogadro-szám).

Előfordul, hogy az u helyett az ATE (az atomi tömeg egység) betűszót, ritkábban az amu ( atomic mass unit) betűszót használják; de ez szükségtelen. Az orvosi vegytanban a molekulák, főleg a nagymolekulák (pl. fehérjék) atomi tömegegységét daltonban adjuk meg; 1 dalton nagyjából egyenlő egy atomi tömegegységgel. Jele Da, nagyritkán d. Nagymolekuláknál kilodalton, jele kDa, elvétve kd. (→dalton).

szénatom a szerves vegyületek alapvető építőeleme; nincs szerves molekula szénatom nélkül, az élet vegyi szerkezete a szénmolekulák rendszere. A sejtek szárazanyag tartalmának felénél is nagyobb része a szén. A szénnek négy párosítatlan elektronja van (4 vegyértékű), ezek mindegyikével képes elektronkötés kialakítására; ez lehet egyes, kettes és hármas kötés is. Legtöbbször a hidrogénnel, szénnel, oxigénnel, nitrogénnel és a kénnel kötődik. Szinte végtelen számú szénatom kapcsolódhat össze, kialakítva bármilyen hosszú láncot. A lánc lehet egyenes vonalú, elágazó, de gyűrűs is. A kapcsolódó atomok szerint változik a töltésállapota, és ezért részvétele vegyfolyamatokban igen sokféle lehet.

térközpont*, térközponti szénatom* stereocenter négy különböző vegységet (atomot és/vagy atomcsoportot) tartalmazó szénatom.

(→téralakzati azonmások)

elektronkötés* covalent bond (egyéb elnevezések: atomkötés, elektronpárkötés, kovalens kötés, homopoláris kötés) a vegyülő atomok egy-egy párosítatlan elektronnal létrejövő kapcsolódása molekulává; közös elektronpárral létrejövő kötés. A közös elektronpár a vegyértékhéjon van, meghatározott irányú: a két atom között helyezkedik el. A közös elektronpárt kötő elektronpárnak nevezzük, szemben az vegyértékhéjon lévő nem kötő elektronpárral, amelynek szabad elektronpár a neve.

Az elektronkötéseket jellemző legfontosabb ismérvek:

■ Kötésszám a kötő elektronpárok száma.

Azt a kötést, amelyben egy elektronpár vesz részt, egyszeres kötésnek hívjuk. Ebben tehát mindkét részt vevő atom egy-egy elektronnal van jelen. A több vegyértékű atom képes több egyszeres kötést létrehozni. Ezek száma (kötésszám) attól függ, hogy hány elektron társulhat a vegyértékhéjon, a kötések kialakulásakor lévő elektronokhoz. A két kötő elektronpárral létrejövő kötést kettős, a három kötő elektronpárral létrejövőt pedig hármas kötésnek nevezzük.

Az elektronkötést a vegyülő atomok szerkezeti képletében az atomok vegyjele közötti vízszintes vonallal jelöljük (C–H). A kettős, illetve a hármas kötéseket két (C=O), illetve három (C º C) vízszintes vonallal jelöljük.

Az atom külső elektronhéján (vegyértékhéjon), vagyis a vegyértékhéjon nem lehet több nyolc elektronnál. Egy atom tehát nem létesíthet több mint négy egyszeres kötést, mivel egy egyszeres elektronkötésben két elektron van. Kívétel a hidrogén és a hélium, mert ezekben legfeljebb 2 elektron lehet vegyértékhéjon.

Ha a vegyértékhéjon nyolc elektron van, az atom telített, ez az állékony állapot, a molekula ennek elérésére törekszik, ezért jönnek létre az elektronkötések. (Ezt nevezzük nyolcas vagy nemesgázszabálynak, oktettszabály)

Egy kötést létesíthet pl. a hidrogén, a klór, kettőt az oxigén, hármat a nitrogén, négyet a szénatom.

■ Kötéstávolság (kötéshossz) az egymással kötésben lévő atomok magjai közötti közepes távolság. Ez jól meghatározott, noha az atomok egymás felé rezegnek. Az elektronkötésben is nagyon jelentős, mert ha az atomok a közepes kötéshossznál közelebb kerülnek egymáshoz, már taszítják egymást; a kötési energia csökken. A szokványos kötési távolság 0.07–0,3 nm (70–300 pm). A kettős kötések távolsága kisebb, mint az egyes kötéseké. Minél nagyobb az atom, annál messzebb vannak a magok egymástól, ezért annál hosszabb a kötéstávolság.

■ Kötési energia két atom közötti kötés képződését vagy felszakítását kísérő energiaváltozás 1 mol molekulában; az előbbi negatív, az utóbbi pozitív előjelű. Értéke: kJ/mol. Pl. H₂ kötésenergiája 438 kJ/mol, a vízzé pedig 463 kJ/mol.

A kötési energia nagysága függ az atomok méretétől (minél nagyobb az atom, annál kisebb a kötési energia, mert hosszabb a kötéstávolság), az atom töltésétől, a kötő elektronpárok számától és az elektronegativitástól, vagyis attól, hogy az atom mennyire vonzza a kötő elektronpárt. (→elektronegativitás) A kettős kötés energiája nagyobb, mint az egyszeres kötésé, de nem kétszer akkora, mert a szigma-kötés energiája nagyobb, mint a pi-kötésé.

■ Kötésszög a kapcsolódó atomok kötései által bezárt szög. Kialakulásában a szabad elektronoknak is jelentős szerepe van. A kötésszög a molekula téralakzatát határozza meg.

Az elektronkötések töltésviszonyai:

Ha a két atommag körül az elektronok eloszlása:

▪ Egyenletes, semleges elektronkötésről (apolar covalent bond, apoláris kovalens kötés) beszélünk: a kötő elektronpárok egyformán helyezkednek el a két atommag erőterében. Ilyen az azonos atomokból álló molekulák (O₂, H₂) között jön létre. Általánosabban: olyan atomok között, amelyeknek az elektronegativitása azonos vagy közel azonos.

▪ Ha nem egyenletes az elektronok eloszlása (különböző atomokból álló molekulák [HCl]), vagyis az elektronpár eltolódik valamelyik atom irányába, résztöltésű elektronkötésről (polar covalent bond, poláris kovalens kötés, polarizált atomkötés) van szó. A résztöltésű elektronkötés tehát két különböző elektronegativitású atom közötti elektronkötés.

Ebben a kötő elektronpárok többet vannak a nagyobb elektronegativitású atom körül, vagyis az eloszlás részpozitív (δ⁺) és résznegatív (δ^-). Kétsarkú molekula (dipólusmolekula) jön létre. Minél nagyobb a különbség az elektronegativitásban, annál kifejezettebb a kétsarkúság, nagyobb a résztöltés. Jellegzetes példa a víz: az oxigén (a molekula közepe) δ^-, a hidrogén (végek) δ⁺.

Az elektronkötések formái:

Kétféle elektronkötést különböztetünk meg: a szigma-kötést (σ-kötés) és a pi-kötést (π-kötés). (→pi-kötés, szigma-kötés)

■ Szigma-kötés (σ-kötés) két atomtörzs közötti egyszeres átfedő kötés; az elektronhéjak a kötés tengelye (a két atommagot összekötő egyenes) mentén fedik egymást, ennek megfelelően a legnagyobb elektronsűrűség a két atom között alakul ki. Az elektronok a tengely körül egybevágóan, ezért szabadon forognak.

Az elektronhéjak átfedése miatt az atomok elektronpályái megváltoznak, molekulapályákká alakulnak. Pl. két hidrogénatom kötődésekor a hidrogénatomok gömb alakú elektronpályái tojásdaddá alakulnak. Az ábrán a fekete pontok jelölik a hidrogénatomok magjait. Jól látható, hogy az elektronfelhő (vörössel jelölve) legnagyobbrészt a két atommag között van; itt a legnagyobb az elektronsűrűség. (Forrás: Wikipédia.) Az ilyen molekulapályát σ-molekulapályának nevezzük.

A szigma-kötés van a legalacsonyabb energiaszinten, ezért minden elektronkötésben van szigma-kötés. Kötési energiája nagyobb, mint a pi-kötésé. Egy elektronkötésben csak egy szigma-kötés lehetséges, így a szigma-kötések száma egyezik a vegység (a központi atomhoz kötődő atomok) számával. (→vegység)

■ Pi-kötés (π-kötés) szigma-kötéssel összekapcsolt két atomhoz, ugyancsak szigma-kötéssel kötődött atomok közt jön létre. Az első szerkezeti képletben két szénatom van szigma-kötéssel kötődve. Mindegyikhez két hidrogén kötődik, ugyancsak szigma-kötéssel. A pi-kötés a hidrogénatomok között jön létre. A képen látható, hogy a pi-kötés merőleges a szénatomok kötéstengelyére (a szénatomokat kapcsoló szigma-kötésre), és hogy a tengely síkjának két oldalán a kötés egybevágó, továbbá, hogy az elektronpályák a sík felett és alatt is átfednek (sötétített terület). (Forrás: Google.) A pi-kötésben tehát két átfedés van az elektronpályákban, szemben a szigma-kötés egyszeres átfedésével. A kötés a p-alhéjak elektronpályái között alakul ki. A második szerkezeti képlet azt mutatja, hogy a pi-kötés miatt a két szénatom közt kettős kötés lesz; az egyik szigma-, a másik pi-kötés.

A szervezetben a hidrogén (H), az oxigén (O), a nitrogén (N), a szén (C), a kén (S) és a foszfor (P) képezi az elektronkötések zömét. Ez a hat elem, meghatározóan az első négy, az élő szervezet tömegének 99%-át adja.

kiralitás chirality kézszerűség; az a jelenség, hogy valamely molekula tükörképi párja nem hozható vele fedésbe. A chiral a görög ’kéz’ jelentésű szóból ered. (→téralakzati azonmások)

királis chiral kézszerű, térközponti; chiral molecule (királis molekula) olyan molekula, amely egyetlen összemérhetőségi művelettel sem hozható fedésbe a tükörképével.

Ellentéte az achilar molecule (akirális molekula); ez olyan molekula, amelynek tükörképi párja vele fedésbe hozható. Magyarul: tükörmolekula. Az azonmásság szempontjából nincs jelentősége.

kiralitáscentrum chiral center/atom térközpont*, térközponti szénatom*; négy különböző vegységet (atomot és/vagy atomcsoportot) tartalmazó szénatom. (Egyéb nevei: sztereocentrum, , asszimetriás szénatom, asszimetriacentrum, királis szénatom; chiral carbon, asymmetric carbon, optically active carbon, stereo carbon, stereo center, chiral center).

részecske subatomic particle az atom összetevője, például proton, neutron, elektron stb. Az atom részecskékből épül fel. A részecskék állandóan, nagy sebességgel és rendezetlenül mozognak, vonzzák és taszítják egymást, rugalmasan ütköznek egymással. Minden részecske egyben hullám is. A meghatározás szerint az atom már nem részecske, miként az ion és a molekula sem. A részecske tehát csak az atom valamelyik alkotóeleme.

A részecskék töltésükkel és tömegükkel jellemezhetők, többségük még a perdülettel (spin) is. A részecskék tömegét, miként az atomokét, viszonyított tömegként adjuk meg. Például a neutron és a proton tömege nagyjából azonos, és 1-nek felel meg; azaz nagyjából azonos az atomi tömegegységgel. (→atomi tömegegység, atomtömeg)

A részecskéket két csoportra oszthatjuk: a tovább bontható részecskékre (composite particle), például proton, neutron, mezon, és azokra, amelyek már nem bonthatók (kvark, elektron, müon, neutrino, tau, tau neutrino, foton, gluon, mezon, pion, Higgs-bozon, W-bozon, Z-bozon, graviton). Az utóbbiak az elemi részecskék (elementary particles).

ellenrészecske antiparticle olyan részecske, amely az atom valamely részecskéjével teljesen egyező, csak a töltése ellentétes. Például a pozitron az elektron ellenrészecskéje; az elektronnal tökéletesen azonos, csak a töltése más.

viszonyított atomtömeg (→atomtömeg)