Атом - наименьшее количество элемента, сохраняющего уникальные свойства этого элемента. Другими словами, атом водорода - это единица водорода - наименьшее количество водорода, которое может существовать. Как вы можете догадаться, атомы почти непостижимо малы. Период в конце этого предложения - миллионы атомов в ширину.
Атомная структура и атомы энергии состоят из еще более мелких субатомных частиц, три типа которых важны: протон, нейтрон и электрон. Количество положительно заряженных протонов и незаряженных ("нейтральных") нейтронов дает массу атому, а количество каждого в ядре атома определяет элемент. Количество отрицательно заряженных электронов, которые "вращаются" вокруг ядра на скорости, близкой к скорости света, равно количеству протонов. Масса протона или нейтрона у электрона примерно в 1/2000 раз выше массы протона или нейтрона.
Протоны и электроны атома несут электрические заряды. Протоны с положительным зарядом обозначаются p+ . Электроны, имеющие отрицательный заряд, обозначены как е- . Нейтроны атома не заряжены: они электрически нейтральны. Подобно тому, как магнит прилипает к стальному холодильнику из-за притяжения противоположных зарядов, положительно заряженные протоны притягивают отрицательно заряженные электроны.
Это взаимное притяжение придает атому некоторую структурную стабильность. Притяжение положительно заряженным ядром помогает удержать электроны от блуждания далеко. Количество протонов и электронов в нейтральном атоме одинаково, поэтому общий заряд атома сбалансирован.
Атомное число и массовое число
Атом углерода уникален для углерода, а протон углерода - нет. Один протон такой же, как и другой, независимо от того, содержится ли он в атоме углерода, натрия (Na) или железа (Fe). То же самое справедливо и для нейтронов и электронов. Итак, что же придает элементу его отличительные свойства - что отличает углерод от натрия или железа? Ответ - уникальное количество протонов в каждом из них.
Углерод по определению является элементом, атомы которого содержат шесть протонов. Ни у одного другого элемента нет ровно шести протонов в своих атомах. Более того, все атомы углерода, найденные в печени или в куске угля, содержат шесть протонов. Таким образом, атомный номер, представляющий собой число протонов в ядре атома, идентифицирует этот элемент. Поскольку атом обычно имеет такое же количество электронов, как и протоны, атомный номер идентифицирует и обычное количество электронов.
В своей наиболее распространенной форме многие элементы также содержат такое же количество нейтронов, как и протоны. Например, наиболее распространенная форма углерода состоит из шести нейтронов, а также шести протонов, что составляет в общей сложности 12 субатомных частиц в его ядре.
Массовое число элемента представляет собой сумму количества протонов и нейтронов в его ядре. Таким образом, наиболее распространенная форма массового числа углерода - 12. (Электроны имеют настолько малую массу, что они не вносят заметного вклада в массу атома.) Углерод является относительно легким элементом. Уран (U), напротив, имеет массовое число 238 и называется тяжелым металлом. Его атомный номер 92 (92 протона), но он содержит 146 нейтронов; он имеет наибольшую массу среди всех природных элементов.