> Kiek atomų yra visatoje?
Išsiaiškinti, kiek atomų yra visatoje: kaip paskaičiuota, matomos visatos dydis, gimimo ir vystymosi istorija su nuotrauka, žvaigždžių skaičius, masė, tyrimai.
Žinoma, visi žino, kad Visata yra didelio masto vieta. Bendrais skaičiavimais, prieš mus atsiveria tik 93 milijardai šviesmečių („matoma visata“). Tai didžiulis skaičius, ypač jei nepamiršite, kad tai tik ta dalis, kuri yra prieinama mūsų įrenginiams. Ir, atsižvelgiant į tokius kiekius, nebūtų keista manyti, kad medžiagos kiekis taip pat turėtų būti reikšmingas.
Įdomu pradėti nagrinėti šią problemą nedideliu mastu. Juk mūsų Visatoje yra 120–300 sekstilijonų žvaigždžių (1,2 arba 3 x 10 23). Jei viską padidinsime iki atomų lygio, tada šie skaičiai atrodys tiesiog neįsivaizduojami. Kiek atomų yra visatoje?
Remiantis skaičiavimais, paaiškėja, kad Visata užpildyta 10 78 -10 82 atomais. Tačiau net ir šie rodikliai neatspindi, kiek jame yra medžiagos. Aukščiau buvo minėta, kad mes galime suvokti 46 milijardus šviesmečių bet kuria kryptimi, o tai reiškia, kad negalime matyti viso vaizdo. Be to, visata nuolat plečiasi, todėl objektai tolsta nuo mūsų.
Ne taip seniai vokiečių superkompiuteris pateikė rezultatą, kad regėjimo lauke yra 500 milijardų galaktikų. Jei atsigręžtume į konservatyvius šaltinius, gautume 300 mlrd. Taigi vienoje galaktikoje gali būti 400 milijardų žvaigždžių viso Visatoje gali pasiekti 1,2 x 10 23 - 100 sekstilijonų.
Vidutinis žvaigždės svoris yra 10 35 gramai. Bendras svoris 1058 gramai. Skaičiavimai rodo, kad kiekviename grame yra 10 24 protonai arba tiek pat vandenilio atomų (viename vandenilyje yra vienas protonas). Iš viso gauname 10 82 vandenilio.
Kaip pagrindą imame matomą Visatą, kurioje šis kiekis turėtų pasiskirstyti tolygiai (daugiau nei 300 milijonų šviesmečių). Tačiau mažesniu mastu materija sukurs šviečiančios medžiagos grupes, apie kurias mes visi žinome.
Apibendrinant galima pasakyti, kad dauguma visatos atomų yra susitelkę žvaigždėse, kurios kuria galaktikas, jie susijungia į spiečius, kurie savo ruožtu sudaro superspiečius ir visa tai užbaigia Didžiosios sienos formavimu. Tai yra priartinus. Jei eisi į išvirkščia pusė ir paimkite mažesnį mastelį, tada spiečius užpildo debesys su dulkėmis, dujomis ir kitomis medžiagomis.
Medžiaga linkusi plisti izotropiškai. Tai yra, visos dangaus sritys yra vienodos ir kiekvienoje yra toks pat kiekis. Erdvė yra prisotinta galingos izotropinės spinduliuotės bangos, prilygintos 2,725 K (šiek tiek virš absoliutaus nulio).
Kosmologinis principas teigia, kad visata yra vienalytė. Remiantis juo, galima teigti, kad fizikos dėsniai vienodai galios bet kurioje visatoje ir neturėtų būti pažeisti dideliu mastu. Šią idėją taip pat skatina stebėjimai, rodantys visatos struktūros evoliuciją po Didžiojo sprogimo.
Tyrėjai sutiko, kad didžioji materijos dalis susiformavo Didžiojo sprogimo momentu, o išsiplėtimas neprideda naujos medžiagos. Pastarųjų 13,7 milijardo metų mechanizmai yra pagrindinių masių išsiplėtimas ir sklaida.
Tačiau teoriją apsunkina Einšteino masės ir energijos lygiavertiškumas, kuris susidaro iš bendrosios reliatyvumo teorijos (masės pridėjimas palaipsniui didina energijos kiekį).
Tačiau visatos tankis išlieka stabilus. Šiuolaikinis pasiekia 9,9 x 10 30 gramų cm 3. Čia sutelkta 68,3% tamsiosios energijos, 26,8% tamsiosios medžiagos ir 4,9% šviesios medžiagos. Pasirodo, tankis yra vienas vandenilio atomas 4 m 3.
Mokslininkai vis dar negali iššifruoti savybių, todėl neįmanoma tiksliai pasakyti, ar jos pasiskirsto tolygiai, ar sudaro tankius gumulėlius. Tačiau manoma, kad tamsioji medžiaga sulėtina plėtimąsi, bet tamsioji energija veikia pagreitinimui.
Visi šie skaičiai, susiję su atomų skaičiumi visatoje, yra apytikslis įvertinimas. Nepamiršk Pagrindinė mintis: mes kalbame apie matomos visatos skaičiavimus.
Plėtojant mokslą, chemija susidūrė su reakcijoms atlikti reikalingos medžiagos kiekio ir jų eigoje gautų medžiagų skaičiavimo problema.
Šiandien tokiems cheminės reakcijos tarp medžiagų ir mišinių skaičiavimams naudojama santykinės atominės masės reikšmė, įtraukta į periodinę D. I. Mendelejevo cheminių elementų lentelę.
Cheminiai procesai ir elemento proporcijos medžiagose įtaka reakcijos eigai
Šiuolaikinis mokslas pagal „santykinės atominės masės“ apibrėžimą cheminis elementas"reiškia, kiek kartų tam tikro cheminio elemento atomo masė yra didesnė nei viena dvyliktoji anglies atomo dalis.
Atėjus chemijos erai, išaugo poreikis tiksliai nustatyti cheminės reakcijos eigą ir jos rezultatus.
Todėl chemikai nuolat bandė išspręsti tikslios sąveikaujančių elementų masės materijoje problemą. Vienas iš geriausi sprendimai tuo metu buvo įrišimas prie lengviausio elemento. Ir jo atomo svoris buvo paimtas kaip vienas.
Istorinė medžiagos skaičiavimo eiga
Iš pradžių buvo naudojamas vandenilis, vėliau deguonis. Tačiau šis skaičiavimo metodas pasirodė netikslus. To priežastis buvo 17 ir 18 masės izotopų buvimas deguonyje.
Todėl turėdamas izotopų mišinį techniškai davė kitą skaičių nei šešiolika. Šiandien santykinė elemento atominė masė apskaičiuojama remiantis anglies atomo svoriu, imamu pagrindu, santykiu 1/12.
Daltonas padėjo pagrindus santykinei elemento atominei masei
Tik po kurio laiko, XIX amžiuje, Daltonas pasiūlė skaičiuoti naudojant lengviausią cheminį elementą – vandenilį. Per paskaitas savo studentams jis ant iš medžio iškaltų figūrų demonstravo, kaip jungiasi atomai. Kitiems elementams jis panaudojo anksčiau kitų mokslininkų gautus duomenis.
Remiantis Lavoisier eksperimentais, vandenyje yra penkiolika procentų vandenilio ir aštuoniasdešimt penki procentai deguonies. Remdamasis šiais duomenimis, Daltonas apskaičiavo, kad elemento, kuris yra vandens dalis, santykinė atominė masė Ši byla deguonies lygis yra 5,67. Jo skaičiavimų klaidingumą lemia tai, kad jis neteisingai tikėjo vandenilio atomų skaičiumi vandens molekulėje.
Jo nuomone, vienam deguonies atomui buvo vienas vandenilio atomas. Naudodamasis chemiko Ostino duomenimis, kad amoniake yra 20 procentų vandenilio ir 80 procentų azoto, jis apskaičiavo, kokia yra santykinė azoto atominė masė. Su šiuo rezultatu jis padarė įdomią išvadą. Paaiškėjo, kad santykinė atominė masė (amoniako formulė klaidingai paimta su viena vandenilio ir azoto molekule) yra keturi. Savo skaičiavimuose mokslininkas rėmėsi Mendelejevo periodine sistema. Iš analizės jis apskaičiavo, kad santykinė anglies atominė masė buvo 4,4, o ne anksčiau priimta dvylika.
Nepaisant rimtų klaidų, Daltonas pirmasis sukūrė kai kurių elementų lentelę. Per visą mokslininko gyvenimą ji patyrė daugybę pokyčių.
Medžiagos izotopinis komponentas turi įtakos santykinės atominės masės tikslumo vertei
Atsižvelgiant į elementų atomines mases, galima pastebėti, kad kiekvieno elemento tikslumas yra skirtingas. Pavyzdžiui, ličiui jis yra keturių skaitmenų, o fluoro - aštuonių skaitmenų.
Problema ta, kad kiekvieno elemento izotopinis komponentas yra skirtingas ir kintantis. Pavyzdžiui, paprastame vandenyje yra trijų tipų vandenilio izotopų. Be paprasto vandenilio, jie apima deuterį ir tritį.
Santykinės vandenilio izotopų atominės masės yra atitinkamai dvi ir trys. „Sunkusis“ vanduo (sudarytas deuterio ir tričio) išgaruoja blogiau. Todėl garų būsenoje vandens izotopų yra mažiau nei skysto.
Gyvų organizmų selektyvumas skirtingiems izotopams
Gyvi organizmai turi selektyvią savybę anglies atžvilgiu. Anglis, kurios santykinė atominė masė lygi dvylikai, naudojama organinėms molekulėms kurti. Todėl organinės kilmės medžiagose, taip pat daugelyje mineralų, tokių kaip anglis ir nafta, yra mažiau izotopų nei neorganinėse medžiagose.
Mikroorganizmai, kurie apdoroja ir kaupia sierą, palieka sieros izotopą 32. Teritorijose, kuriose bakterijos neperdirba, sieros izotopo dalis yra 34, tai yra daug didesnė. Būtent pagal sieros santykį dirvožemio uolienose geologai daro išvadą apie sluoksnio kilmę – ar jis magminio, ar nuosėdinio pobūdžio.
Iš visų cheminių elementų tik vienas neturi izotopų – fluoras. Todėl jo santykinė atominė masė yra tikslesnė nei kitų elementų.
Nestabilių medžiagų buvimas gamtoje
Kai kurių elementų santykinė masė pateikiama laužtiniuose skliaustuose. Kaip matote, tai yra elementai, esantys po urano. Faktas yra tas, kad jie neturi stabilių izotopų ir suyra, kai išsiskiria radioaktyvioji spinduliuotė. Todėl skliausteliuose nurodomas stabiliausias izotopas.
Laikui bėgant paaiškėjo, kad iš kai kurių iš jų dirbtinėmis sąlygomis įmanoma gauti stabilų izotopą. Man teko pakeisti kai kurių transurano elementų atomines mases periodinėje Mendelejevo lentelėje.
Sintetinant naujus izotopus ir matuojant jų gyvavimo trukmę, kartais pavykdavo rasti nuklidų, kurių pusinės eliminacijos laikas yra milijonus kartų ilgesnis.
Mokslas nestovi vietoje, nuolat atrandami nauji elementai, dėsniai, įvairių chemijos ir gamtos procesų santykiai. Taigi, kokia Mendelejevo chemija ir periodinė cheminių elementų sistema pasireikš ateityje, po šimto metų, yra neaišku ir neaišku. Tačiau norėčiau tikėti, kad per pastaruosius šimtmečius sukaupti chemikų darbai pasitarnaus naujam, tobulesniam mūsų palikuonių pažinimui.
Chemija yra mokslas apie medžiagas ir jų virsmą viena kita.
Medžiagos yra chemiškai grynos medžiagos
Chemiškai gryna medžiaga yra molekulių, turinčių tą pačią kokybinę ir kiekybinę sudėtį ir tą pačią struktūrą, rinkinys.
CH3-O-CH3-
CH3-CH2-OH
Molekulė – mažiausios medžiagos dalelės, turinčios visas chemines savybes; molekulė sudaryta iš atomų.
Atomas yra chemiškai nedalomos dalelės, sudarančios molekules. (tauriųjų dujų molekulė ir atomas yra vienodi, He, Ar)
Atomas yra elektriškai neutrali dalelė, susidedanti iš teigiamai įkrauto branduolio, aplink kurį pagal griežtai apibrėžtus dėsnius pasiskirsto neigiamo krūvio elektronai. Be to, bendras elektronų krūvis yra lygus branduolio krūviui.
Atomų branduolį sudaro teigiamai įkrauti protonai (p) ir neutronai (n), kurie neturi jokio krūvio. Bendras neutronų ir protonų pavadinimas yra nukleonai. Protonų ir neutronų masė yra beveik vienoda.
Elektronai (e -) turi neigiamą krūvį, lygų protono krūviui. Masė e - yra maždaug 0,05% protono ir neutrono masės. Taigi visa atomo masė yra sutelkta jo branduolyje.
Skaičius p atome, lygus branduolio krūviui, vadinamas eilės numeriu (Z), kadangi atomas elektriškai neutralus, skaičius e lygus skaičiui p.
Atomo masės skaičius (A) yra protonų ir neutronų suma branduolyje. Atitinkamai, neutronų skaičius atome yra lygus skirtumui tarp A ir Z. (atomo masės skaičius ir eilės numeris).(N=A-Z).
17 35 Cl p=17, N=18, Z=17. 17p + , 18n 0 , 17e - .
Nukleonai
Atomų chemines savybes lemia jų elektroninė struktūra (elektronų skaičius), kuri yra lygi atominiam skaičiui (branduolinis krūvis). Todėl visi atomai, turintys tą patį branduolinį krūvį, chemiškai elgiasi vienodai ir yra apskaičiuojami kaip to paties cheminio elemento atomai.
Elementas yra atomų, turinčių tą patį branduolinį krūvį, rinkinys. (110 cheminių elementų).
Atomai, turintys tą patį branduolinį krūvį, gali skirtis masės skaičiumi, kuris yra susijęs su skirtingu neutronų skaičiumi jų branduoliuose.
Atomai, turintys tą patį Z, bet skirtingą masės skaičių, vadinami izotopais.
17 35 Cl 17 37 Cl
Vandenilio izotopai H:
Pavadinimas: 1 1 N 1 2 D 1 3 T
Pavadinimas: protium deuterium tritium
Pagrindinė sudėtis: 1p 1p+1n 1p+2n
Protis ir deuteris yra stabilūs
Tričio skilimas (radioaktyvus) Naudojamas vandenilinėse bombose.
Atominės masės vienetas. Avogadro numeris. Drugys.
Atomų ir molekulių masės yra labai mažos (maždaug nuo 10 -28 iki 10 -24 g), praktiniam šių masių parodymui patartina įvesti savo matavimo vienetą, kuris leistų pasiekti patogią ir pažįstamą skalę.
Kadangi atomo masė yra sutelkta jo branduolyje, sudarytame iš beveik identiškos masės protonų ir neutronų, logiška vieno nukleono masę laikyti atomų masės vienetu.
Sutarėme paimti vieną dvyliktąją anglies izotopo, turinčio simetrišką branduolio struktūrą (6p + 6n), atomų ir molekulių masės vienetą. Šis vienetas vadinamas atominės masės vienetu (amu), skaitiniu požiūriu jis lygus vieno nukleono masei. Šioje skalėje atomų masės artimos sveikosioms reikšmėms: He-4; Al-27; Ra-226 amu……
Apskaičiuokite 1 amu masę gramais.
1/12 (12 C) 
\u003d \u003d 1,66 * 10–24 g / a.u.m
Apskaičiuokime, kiek amu yra 1 g.
N A = 6,02 *-Avogadro skaičius
Gautas santykis vadinamas Avogadro skaičiumi, jis parodo, kiek a.m.u yra 1 g.
Periodinėje lentelėje pateiktos atominės masės išreiškiamos amu
Molekulinė masė yra molekulės masė, išreikšta amu, randama kaip visų šią molekulę sudarančių atomų masių suma.
m (1 molekulė H 2 SO 4) \u003d 1 * 2 + 32 * 1 + 16 * 4 \u003d 98 amu
Perėjimui nuo a.m.u. prie 1 g, kuris praktiškai naudojamas chemijoje, buvo įvestas dalinis medžiagos kiekio skaičiavimas, o kiekvienoje porcijoje yra struktūrinių vienetų (atomų, molekulių, jonų, elektronų) skaičius N A. Šiuo atveju tokios dalies, vadinamos 1 mol, masė, išreikšta gramais, yra skaitinė lygi atominei arba molekulinei masei, išreikštai amu.
Raskime 1 mol H 2 SO 4 masę:
M (1 mol H 2 SO 4) \u003d
98a.u.m*1,66**6,02*=
Kaip matyti, molekulinė molinė masė yra skaitiniu požiūriu lygūs.
1 mol- medžiagos kiekis, turintis Avogadro struktūrinių vienetų (atomų, molekulių, jonų) skaičių.
Molekulinė masė (M) yra 1 molio medžiagos masė, išreikšta gramais.
Medžiagos kiekis-V (mol); medžiagos masė m(g); molinė masė M (g / mol) – susijusi santykiu: V =;
2H2O+O22H2O
2 mol 1 mol
2.Pagrindiniai chemijos dėsniai
Medžiagos sudėties pastovumo dėsnis – chemiškai gryna medžiaga, nepriklausomai nuo paruošimo būdo, visada turi pastovią kokybinę ir kiekybinę sudėtį.
CH3+2O2=CO2+2H2O
NaOH+HCl=NaCl+H2O
Medžiagos, kurių sudėtis yra pastovi, vadinamos daltonitais. Išimtis yra žinomos pastovios sudėties medžiagos - bertolitai (oksidai, karbidai, nitridai)
Masės tvermės dėsnis (Lomonosovas) – į reakciją patekusių medžiagų masė visada lygi reakcijos produktų masei. Iš to išplaukia, kad reakcijos metu atomai neišnyksta ir nesusidaro, jie pereina iš vienos medžiagos į kitą. Tai yra cheminės reakcijos lygties koeficientų parinkimo pagrindas, kiekvieno elemento atomų skaičius kairėje ir dešinėje lygties dalyse turi būti lygus.
Ekvivalentiškumo dėsnis cheminės reakcijos medžiagos reaguoja ir susidaro kiekis, lygus ekvivalentui (Kiek vienos medžiagos ekvivalentų suvartojama, lygiai tiek pat ekvivalentų suvartojama arba susidaro kitos medžiagos).
Ekvivalentas – tai medžiagos kiekis, kuris reakcijos metu prideda, pakeičia, išskiria vieną molį H atomų (jonų).Ekvivalentinė masė, išreikšta gramais, vadinama ekvivalentine mase (E).
Dujų įstatymai
Daltono dėsnis – bendras dujų mišinio slėgis lygus visų dujų mišinio komponentų dalinių slėgių sumai.
Avogadro dėsnis – vienoduose skirtingų dujų tūriuose tomis pačiomis sąlygomis yra vienodas molekulių skaičius.
Pasekmė: vienas molis bet kokių dujų normaliomis sąlygomis (t=0 laipsnių arba 273K ir P=1 atmosfera arba 101255 Paskaliai arba 760 mmHg. Stulpelis.) užima V=22,4 litro.
V, kuris užima vieną molį dujų, vadinamas moliniu tūriu Vm.
Žinant dujų (dujų mišinio) tūrį ir Vm nurodytomis sąlygomis, nesunku apskaičiuoti dujų (dujų mišinio) kiekį =V/Vm.
Mendelejevo-Klapeirono lygtis susieja dujų kiekį su sąlygomis, kuriomis jie yra. pV=(m/M)*RT=*RT
Naudojant šią lygtį visi fizikiniai dydžiai turi būti išreikšti SI: p-dujų slėgis (paskalis), V-dujų tūris (litrais), m-dujų masė (kg.), M-molinė masė (kg / mol), T - absoliuti temperatūra (K), Nu-dujų kiekis (mol), R- dujų konstanta = 8,31 J / (mol * K).
D - santykinis vienų dujų tankis kitų atžvilgiu - M dujų ir M dujų santykis, pasirinktas kaip standartas, rodo, kiek kartų vienos dujos yra sunkesnės už kitas D \u003d M1 / M2.
Medžiagų mišinio sudėties išraiškos būdai.
Masės dalis W- medžiagos masės ir viso mišinio masės santykis W \u003d ((m in-va) / (m tirpalas)) * 100%
Molinė trupmena æ – in-va skaičiaus santykis su visu amžių skaičiumi. mišinyje.
Dauguma cheminių elementų gamtoje yra įvairių izotopų mišinys; žinodami cheminio elemento izotopinę sudėtį, išreikštą molinėmis dalimis, apskaičiuokite šio elemento atominės masės svertinę vidutinę vertę, kuri paverčiama ISCE. А= Σ (æi*Аi)= æ1*А1+ æ2*А2+…+ æn*Аn , kur æi yra i-ojo izotopo molinė dalis, Аi yra i-ojo izotopo atominė masė.
Tūrio dalis (φ) - Vi ir viso mišinio tūrio santykis. φi=Vi/VΣ
Žinant dujų mišinio tūrinę sudėtį, apskaičiuojamas dujų mišinio Mav. Мav= Σ (φi*Mi)= φ1*М1+ φ2*М2+…+ φn*Мn
Atomas yra mažiausia cheminio elemento dalelė, kuri išlaiko visas savo chemines savybes. Atomas susideda iš branduolio, kuris turi teigiamą elektros krūvis, ir neigiamo krūvio elektronai. Bet kurio cheminio elemento branduolio krūvis lygus Z sandaugai iš e, kur Z – šio elemento eilės numeris periodinėje cheminių elementų sistemoje, e – elementariojo elektros krūvio reikšmė.
Elektronas- tai mažiausia medžiagos dalelė, turinti neigiamą elektros krūvį e=1,6·10 -19 kulonų, paimta kaip elementarus elektros krūvis. Elektronai, besisukantys aplink branduolį, yra ant elektronų apvalkalų K, L, M ir kt. K yra arčiausiai branduolio esantis apvalkalas. Atomo dydį lemia jo elektroninio apvalkalo dydis. Atomas gali prarasti elektronus ir tapti teigiamu jonu arba įgyti elektronų ir tapti neigiamu jonu. Jono krūvis lemia prarastų arba įgytų elektronų skaičių. Neutralaus atomo pavertimo įkrautu jonu procesas vadinamas jonizacija.
atomo branduolys(centrinė atomo dalis) susideda iš elementariųjų branduolinių dalelių – protonų ir neutronų. Branduolio spindulys yra maždaug šimtą tūkstančių kartų mažesnis už atomo spindulį. Atomo branduolio tankis itin didelis. Protonai- Tai stabilios elementarios dalelės, kurių vienetas teigiamas elektros krūvis ir masė 1836 kartus didesnė už elektrono masę. Protonas yra lengviausio elemento – vandenilio – branduolys. Protonų skaičius branduolyje yra Z. Neutronas yra neutrali (neturinti elektros krūvio) elementarioji dalelė, kurios masė labai artima protono masei. Kadangi branduolio masė yra protonų ir neutronų masės suma, neutronų skaičius atomo branduolyje yra A - Z, kur A yra tam tikro izotopo masės skaičius (žr.). Protonai ir neutronai, sudarantys branduolį, vadinami nukleonais. Branduolys nukleonai yra surišti specialiomis branduolinėmis jėgomis.
Atominis branduolys turi didžiulę energijos atsargą, kuri išsiskiria branduolinių reakcijų metu. Branduolinės reakcijos atsiranda sąveikaujant atomų branduoliai su elementariosiomis dalelėmis arba su kitų elementų branduoliais. Dėl branduolinių reakcijų susidaro nauji branduoliai. Pavyzdžiui, neutronas gali virsti protonu. Šiuo atveju iš branduolio išmetama beta dalelė, t.y. elektronas.
Protono branduolyje perėjimas į neutroną gali būti atliekamas dviem būdais: arba dalelė, kurios masė lygi elektrono masei, bet turi teigiamą krūvį, vadinama pozitronu (pozitronų skilimas), branduolys, arba branduolys pagauna vieną iš elektronų iš artimiausio K apvalkalo (K -pagavimas).
Kartais susidaręs branduolys turi energijos perteklių (jis yra sužadintos būsenos) ir, pereidamas į normalią būseną, išskiria energijos perteklių labai trumpo bangos ilgio elektromagnetinės spinduliuotės pavidalu. Branduolinių reakcijų metu išsiskirianti energija praktiškai naudojama įvairiose pramonės šakose.
Atomas (gr. atomos – nedalomas) yra mažiausia cheminio elemento dalelė, turinti savo chemines savybes. Kiekvienas elementas yra sudarytas iš tam tikrų tipų atomų. Atomo struktūrą sudaro branduolys, turintis teigiamą elektros krūvį, ir neigiamai įkrauti elektronai (žr.), sudarantys jo elektroninius apvalkalus. Branduolio elektrinio krūvio reikšmė lygi Z-e, kur e elementarus elektros krūvis, dydžiu lygus elektrono krūviui (4,8 10 -10 e.-st. vnt.), o Z atominis skaičius šio elemento periodinėje cheminių elementų sistemoje (žr. .). Kadangi nejonizuotas atomas yra neutralus, jame esančių elektronų skaičius taip pat lygus Z. Branduolio sudėtis (žr. Atomo branduolį) apima nukleonus, elementariąsias daleles, kurių masė maždaug 1840 kartų didesnė už atomo masę. elektronas (lygus 9,1 10 - 28 g), protonai (žr.), teigiamai įkrauti ir bekraunami neutronai (žr.). Nukleonų skaičius branduolyje vadinamas masės skaičiumi ir žymimas raide A. Protonų skaičius branduolyje, lygus Z, lemia į atomą patenkančių elektronų skaičių, elektronų apvalkalų sandarą ir cheminę medžiagą. atomo savybės. Neutronų skaičius branduolyje yra A-Z. Izotopais vadinamos to paties elemento atmainos, kurių atomai vienas nuo kito skiriasi masės skaičiumi A, bet turi tą patį Z. Taigi vieno elemento įvairių izotopų atomų branduoliuose yra skirtingas numeris neutronų tam pačiam protonų skaičiui. Žymint izotopus, elemento simbolio viršuje rašomas masės skaičius A, o apačioje – atominis skaičius; Pavyzdžiui, deguonies izotopai žymimi: 
Atomo matmenys nustatomi pagal elektronų apvalkalų matmenis ir visiems Z yra apie 10 -8 cm. Kadangi visų atomo elektronų masė kelis tūkstančius kartų mažesnė už branduolio masę, tai ir atomas yra proporcingas masės skaičiui. Santykinė tam tikro izotopo atomo masė nustatoma atsižvelgiant į anglies izotopo C 12 atomo masę, imama 12 vienetų, ir vadinama izotopine mase. Pasirodo, jis artimas atitinkamo izotopo masės skaičiui. Cheminio elemento atomo santykinė masė yra vidutinė (atsižvelgiant į konkretaus elemento izotopų santykinį gausumą) izotopų masės vertė ir vadinama atominiu svoriu (mase).
Atomas yra mikroskopinė sistema, o jo struktūrą ir savybes galima paaiškinti tik pasitelkus kvantinę teoriją, sukurtą daugiausia XX a. 20-ajame dešimtmetyje ir skirtą reiškiniams apibūdinti atominiu mastu. Eksperimentai parodė, kad mikrodalelės – elektronai, protonai, atomai ir kt., be korpuskulinių, turi banginių savybių, kurios pasireiškia difrakcija ir interferencija. Kvantinėje teorijoje mikroobjektų būklei apibūdinti naudojamas tam tikras bangų laukas, kuriam būdinga banginė funkcija (Ψ-funkcija). Ši funkcija nustato galimų mikroobjekto būsenų tikimybes, t.y., charakterizuoja potencialias vienokių ar kitokių jo savybių pasireiškimo galimybes. Funkcijos Ψ kitimo erdvėje ir laike dėsnis (Šriodingerio lygtis), leidžiantis rasti šią funkciją, kvantinėje teorijoje atlieka tą patį vaidmenį, kaip ir Niutono judėjimo dėsniai klasikinėje mechanikoje. Šriodingerio lygties sprendimas daugeliu atvejų lemia atskiras galimas sistemos būsenas. Taigi, pavyzdžiui, atomo atveju serija bangų funkcijos elektronams, atitinkantiems skirtingas (kvantuotas) energijos reikšmes. Atomo energijos lygių sistema, apskaičiuota kvantinės teorijos metodais, gavo puikų spektroskopijos patvirtinimą. Atomo perėjimas iš pagrindinės būsenos, atitinkančios žemiausią energijos lygį E 0, į bet kurią iš sužadintų būsenų E i įvyksta, kai absorbuojama tam tikra energijos dalis E i - E 0. Sužadintas atomas pereina į mažiau sužadintą arba pagrindinę būseną, paprastai išspinduliuojant fotoną. Šiuo atveju fotono energija hv yra lygi skirtumui tarp dviejų būsenų atomo energijų: hv= E i - E k čia h Planko konstanta (6,62·10 -27 erg·sek), v dažnis šviesos.
Be atomų spektrų, kvantinė teorija leido paaiškinti ir kitas atomų savybes. Visų pirma buvo paaiškintas valentingumas, cheminio ryšio prigimtis ir molekulių struktūra, sukurta teorija. periodinė sistema elementai.
Todėl mums labai svarbu supaprastinti tikrovę, paskirstyti jos elementus į ląsteles ir rasti sistemą. Priešingu atveju atmintis atsisako paklusti, o protas – analizuoti. Neatsitiktinai periodinės lentelės sukūrimas laikomas tokiu svarbiu proveržiu – nugalėjo tvarka, sistema ir logika. Šio atradimo poveikis buvo toks didelis, kad įkvėpė daugelį. Pavyzdžiui, Liubiščevas, Rusijos laiko valdymo genijus, sukūrė savo sistemą tam, kad sukurtų periodinę gyvų organizmų lentelę. Šis tikslas nebuvo pasiektas, tačiau pats faktas įrodo logikos svarbą žmogaus supratimui. Tačiau realybė turtingesnė už gražias schemas. Pavyzdžiui, pagrindinėje chemijos lentelėje kai kurie elementai yra netvarkingi pagal masę. Kodėl? Galite atsakyti vienu žodžiu – „izotopai“. Šis žodis pažodžiui reiškia „užimti vieną vietą“.
Daugelis dirbo, ne visi prisimena
Periodinė lentelė yra daugelio mokslininkų, o ne tik jos kūrėjų, kruopštaus darbo vaisius. Jis išradingai sukūrė patį principą ir rado pagrindinius raštus. Tačiau masė, kurią matote po kiekvienu elementu, yra daugelio chemikų darbas, be to, ji yra netiksli. Kaip tai gali būti? Galbūt pastebėjote, kad atominis skaičius yra gražus sveikas skaičius. Tačiau masė yra trupmeninė su daugybe skaitmenų po kablelio. Kodėl? Ir kalti tie patys izotopai. Tai paaiškinama gana paprastai. Jei pažvelgsite į elemento „azotas“ skaičius, šalia atominės masės skaičiaus pamatysite 14.0067. Tačiau jei „pagaunate“ laisvą azoto atomą, jis gali sverti ir 10, ir 25 atominius vienetus. Jie skirtingi. Ir koks čia skirtumas? Izotopo masę sudaro protonų ir protonų masė - pastovi vertė, ji gamina (azotas - azotas). Tačiau atomas gali būti ir turtingas, ir neturtingas neutronų. Pavyzdyje su azotu jų gali būti 18 ir tik 3 vnt. Izotopai yra elemento atomų tipai, priklausantys nuo neutronų skaičiaus branduolyje. Azotas turi 16 izotopų. Kai kurie kiti elementai turi daugiau.
Ką daryti mokslininkui?
Jei būtumėte mokslininkai, ką darytumėte? Kaip skaičiuotumėte masę į skaičiuoklę? Žinoma, galite imti aritmetinį vidurkį. Tačiau labai daug izotopų yra labai nestabilūs objektai, dalis jų sukurti dirbtinai. Todėl būtų neteisinga atlikti skaičiavimus remiantis netiksliais duomenimis. Mokslininkai pasielgė kitaip – apskaičiavo elemento atominę masę proporcingai vieno ar kito izotopo natūraliai gausai. Dėl to tikimybė, kad savavališkos paieškos metu aptikote 14 masės vienetų izotopą, yra labai didelė. Tikėtina, kad atsitiktinai aptikto izotopo branduolyje yra 7 protonai ir 7 neutronai.
Netikslumo priežastys
Kodėl jis nėra visiškai tikslus? Nes išvada apie tai daroma indukciniu būdu – nuo konkretaus prie bendro. Mes nežinome tikslios Žemės sudėties po pluta, geologiškai neištyrėme net viso Žemės paviršiaus. Todėl atominės masės figūra yra tikimybinė. Jis pagrįstas žiniomis, kurias šiandien turi žmonės. Kodėl mokslininkai tuo patenkinti? Kadangi didesnio tikslumo reikia tik banaliems kiekių skaičiavimams, paklaidą galima nepaisyti. Bet tvarkos pažeidimas mišiose paaiškinamas tuo, kad už cheminės savybės svarbus įkrautų dalelių – protonų – skaičius. Ir būtent pagal protonų skaičių elementai yra išdėstyti nuosekliai.