آیا دو اتم از یک عنصر یکسان هستند؟

[rohamavation]

نه. دو اتم از یک عنصر شیمیایی معمولاً یکسان نیستند. اول از همه، طیف وسیعی از حالت‌های ممکن وجود دارد که الکترون‌های یک اتم می‌توانند آن‌ها را اشغال کنند. دو اتم از یک عنصر می توانند متفاوت باشند اگر الکترون های آنها در حالت های مختلف باشند. اگر یک اتم مس یک الکترون در حالت برانگیخته داشته باشد و یک اتم مس دیگر تمام الکترون های خود را در حالت پایه داشته باشد، آنگاه این دو اتم متفاوت هستند. اتم مس برانگیخته هنگامی که الکترون به حالت پایه شل می شود کمی نور ساطع می کند و اتم مس که قبلاً در حالت پایه است این کار را نخواهد کرد. از آنجایی که حالت‌های الکترون‌های یک اتم، ماهیت پیوند شیمیایی اتم را تعیین می‌کنند، دو اتم از یک عنصر اگر در حالت‌های متفاوت باشند، می‌توانند واکنش‌های متفاوتی از خود نشان دهند. برای مثال، یک اتم سدیم خنثی (مثلاً از یک تکه فلز سدیم) با آب بسیار شدیدتر از یک اتم سدیم یونیزه شده (مثلاً از مقداری نمک) واکنش نشان می‌دهد. شیمیدان ها این را به خوبی می دانند. اگر بخواهید یک واکنش را به طور کامل توصیف و پیش بینی کنید، گفتن اینکه چه اتمی درگیر هستند کافی نیست. همچنین باید حالت های یونیزاسیون/تحریک الکترون ها را در اتم ها مشخص کنید. حتی اگر به حال خود رها شود، یک اتم اغلب با تعداد مساوی پروتون و الکترون نمی آید.
نمک ریخته شده
یک اتم سدیم از نمک خوراکی رفتار بسیار متفاوتی با اتم سدیم سدیم فلزی دارد. به طور کلی، اتم های یک عنصر یکسان نیستند، زیرا می توانند در حالت های مختلف باشند.
اما چه می شود اگر دو اتم از یک عنصر هر دو الکترون های خود را در حالت های مشابهی داشته باشند. سپس آنها یکسان هستند؟ نه، آنها هنوز یکسان نیستند. دو اتم از یک عنصر و در یک حالت الکترونیکی می‌توانند با سرعت‌های متفاوتی در حال حرکت یا چرخش باشند که بر توانایی آنها برای پیوند شیمیایی تأثیر می‌گذارد. اتم‌های آهسته‌تر (مانند اتم‌های آهن جامد) زمان تشکیل پیوندهای پایدار را دارند، در حالی که اتم‌های متحرک سریع‌تر (مانند اتم‌های آهن مایع) نمی‌توانند چنین پیوندهای پایداری ایجاد کنند. یک اتم قلع با حرکت آهسته متفاوت از یک اتم قلع که به سرعت در حال حرکت است عمل می کند.

اما چه می‌شود اگر دو اتم از یک عنصر هر دو الکترون‌هایشان را در حالت‌های یکسانی داشته باشند و اتم‌ها هر دو با سرعت یکسانی حرکت کنند و بچرخند. سپس آنها یکسان هستند؟ نه. اگرچه دو اتم از این قبیل اساساً از نظر شیمیایی یکسان هستند (از نظر شیمیایی به همان روش واکنش نشان می دهند)، اما کاملاً یکسان نیستند. در اتم بیشتر از الکترون ها وجود دارد. هسته نیز وجود دارد. هسته یک اتم حاوی نوترون ها و پروتون هایی است که پیوند محکمی با هم دارند. یک عنصر شیمیایی می‌تواند تعداد نوترون‌های متفاوتی داشته باشد و همچنان همان عنصر باشد. ما به اتم های یک عنصر با تعداد نوترون های مختلف به عنوان "ایزوتوپ" اشاره می کنیم. در حالی که ایزوتوپ خاص درگیر بر نحوه واکنش شیمیایی یک اتم تأثیر نمی گذارد، نحوه رفتار اتم در واکنش های هسته ای را تعیین می کند. رایج ترین واکنش هسته ای روی زمین، واپاشی رادیواکتیو است. برخی از ایزوتوپ ها خیلی سریع به عناصر دیگر تجزیه می شوند و تشعشعات ساطع می کنند، در حالی که ایزوتوپ های دیگر این کار را نمی کنند. اگر دوست‌یابی کربنی انجام می‌دهید، این واقعیت که یک اتم کربن 12 با اتم کربن 14 یکسان نیست، برای فرآیند تاریخ‌یابی ضروری است. صرف شمارش تعداد اتم های کربن در یک نمونه، هیچ اطلاعاتی در مورد سن نمونه به شما نمی دهد. در عوض باید تعداد ایزوتوپ های مختلف کربن را بشمارید.
اما اگر دو اتم یک عنصر باشند، الکترون‌هایی در یک حالت داشته باشند، با سرعت یکسانی در حال حرکت و چرخش باشند و تعداد نوترون‌های یکسانی داشته باشند، چه؟ سپس آنها یکسان هستند؟ نه. درست مانند الکترون‌ها، نوترون‌ها و پروتون‌های هسته می‌توانند در حالت‌های برانگیخته مختلفی باشند. علاوه بر این، هسته به طور کلی می تواند با سرعت های مختلف بچرخد و ارتعاش کند. بنابراین، حتی اگر همه چیز مشابه باشد، دو اتم طلا می توانند هسته های خود را در حالت های مختلف برانگیخته داشته باشند و در واکنش های هسته ای رفتار متفاوتی داشته باشند.
برای بیان این مورد به طور خلاصه، بسیار سخت است که دو اتم از یک عنصر دقیقاً یکسان باشند. در واقع، موفقیت در ترغیب گروهی از اتم‌ها به یکسان بودن، شایسته دریافت جایزه نوبل بود. با این اوصاف، فکر نکنید که اتم ها هویت فردی فراتر از آنچه در اینجا ذکر شد، دارند. اگر دو اتم کربن دقیقاً در یک حالت مولکولی، اتمی، الکترونیکی و هسته ای باشند، آن دو اتم کربن بدون توجه به اینکه از کجا آمده اند یا در گذشته چه اتفاقی برای آنها افتاده است، یکسان هستند.