Зная порядковый номер первых 20 химических элементов, относительную массу и заряд субатомных частиц, а также их расположение в атоме, можно дать описание состава атома.
Количество протонов в ядре атома - уникальная величина, которая напрямую соответствует названию и символу только одного химического элемента. И обратно, зная название или символ химического элемента, можно однозначно утверждать о количестве протонов в ядре этого химического элемента.
Количество электронов в атоме равно количеству протонов. Однако, количество электронов не привязано так прочно к порядковому номеру химического элемента как привязано к нему количеству протонов. Количество электронов может отличаться от порядкового номера химического элемента, но в этом случае частица будет уже не атомом. (О существовании частиц, где количество электронов может быть отличным от количества протонов Вы узнаете позднее).
Атом электронейтрален, поэтому количество частиц с противоположными зарядами должно быть одинаково. То есть, количество протонов и количество электронов должно быть равно.
Так как протоны сосредоточены в ядре, а электроны вне ядра, то и заряд в атоме распределен неравномерно. В центре атома - в ядре, сосредоточен положительный заряд. В ядре атома также расположены и нейтроны, но они нейтральны, поэтому не влияют на заряд ядра. Таким образом, заряд ядра положителен и равен количеству протонов или порядковому номеру химического элемента.
В состав ядра входят протоны и нейтроны. Могло бы ядро состоять только из протонов, без нейтронов? В чем причины присутствия нейтронов в ядре? Одноименные заряды отталкиваются, поэтому, если бы в ядре были бы только протоны, то они оттолкнулись бы друг от друга. Наличие нейтронов, расположенных вперемешку с протонами, позволяют существовать ядру. Только ядру атома водорода, где только один протон, не мешает отсутствие нейтронов. Атому, ядро которого состоит только из нейтронов тоже не было бы смысла существовать, так как находящимся вокруг ядра электронам было бы не к чему притягиваться.
Чаще всего количество нейтронов незначительно больше количества протонов в стабильных ядрах. Сильно большее или сильно меньшее количество нейтронов по сравнению с количеством протонов приведет к невозможности существования ядра. Таким образом, количество нейтронов в ядре может быть любым, но в пределах разумного.
Если посмотреть на относительную массу субатомных частиц, то можно увидеть, что значительную массу в атоме имеют только протоны и нейтроны, значит, их сумма будет равна массе атома. Электроны примерно в 2000 раз меньше, чем протоны и нейтроны, поэтому, даже в самом крупном атоме их масса не даст значимого увеличения массы.
Зная формулу m=p+n и одно из двух - массу или количество нейтронов, можно будет вычислить оставшееся неизвестное.
Например:
Зная порядковый номер алюминия можно заполнить данные о количестве протонов, электронов в атоме и о заряде ядра. Смотрите на заполненное красным цветом.
Зная значение одной из колонок, заполненных синим цветом, можно вычислить вторую.
m = p + n
n = m - p