Размер и масса атома
Размер атома определяется радиусом его внешней электронной оболочки. Размеры всех атомов ~ 10?10 м. А размер ядра на 5 порядков меньше, всего — 10-15 м. Наглядно это можно представить так: если атом увеличить до размеров 20-этажного дома, то ядро атома будет выглядеть как миллиметровая пылинка в центральной комнате этого дома.
Однако трудно вообразить дом, масса которого практически полностью сосредоточена в этой пылинке. А атом именно таков.
Атомы очень маленькие и очень легкие. Атом во столько раз легче яблока, во сколько раз яблоко легче земного шара.
Если мир «потяжелеет» так, что атом станет весить как капля воды, то люди в таком мире станут тяжелыми, как планеты: дети — как Меркурий и Марс, а взрослые — как Венера и Земля.
Рассмотреть атом нельзя даже с помощью микроскопа. Лучшие оптические микроскопы позволяют различить детали объекта, если расстояние между ними ~0,2 мкм.
В электронном микроскопе это расстояние удалось уменьшить до ~2-3 A?. Различить и сфотографировать отдельные атомы впервые удалось с помощью ионного проектора. Но никто не видел, как устроен атом внутри.
Все данные о строении атомов получены из опытов по рассеянию частиц.
Масса атомного ядра в несколько тысяч раз больше массы его электронной оболочки. Это связано с тем, что ядра атомов состоят из очень тяжелых, по сравнению с электроном, частиц — протонов p и нейтронов n. Их массы почти одинаковы и примерно в 2000 раз больше массы электрона.
При этом протон — положительно заряженная частица, а нейтрон — нейтральная. Заряд протона по величине равен заряду электрона.
Число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке, это и обеспечивает электрическую нейтральность атома. Число нейтронов может быть различным, в ядре атома легкого водорода нейтронов нет совсем, а в ядре атома углерода их может быть и 6, и 7, и 8.
Масса электрона me ≈ 0,91 • 10-30 кг, масса протона mp ≈ 1,673 • 10-27 кг = 1836 me, масса нейтрона mn = 1,675 • 10?27кг ≈ 1840 me.
Масса атома меньше суммы масс ядра и электронов на величину Δm, называемую дефектом масс, который возникает из-за кулоновского взаимодействия ядра и электронов. Дефект масс у атомов (в отличие от ядер) очень мал, и, хотя он увеличивается с ростом Z, ни у одного атома не превышает массы электрона.
Конечно, атом нельзя положить на весы и взвесить, он слишком мал. Массы атомов сначала определили химики.
Причем измерили они их в относительных единицах, приняв за единицу массу атома водорода и воспользовавшись законом Дальтона, согласно которому химические вещества образуются при соединении атомов химических элементов в строго определенной пропорции. И сейчас массы атомов чаще всего измеряют в относительных единицах, но в качестве атомной единицы массы (а. е. м.) используют 1/12 массы атома углерода C12,1 а. е. м. = 1,66057 • 10-27 кг.
