Атом складається з ядра і навколишнього його електронного "хмари". Знаходяться в електронному хмарі електрони несуть негативний електричний заряд. Протони. що входять до складу ядра, несуть позитивний заряд.
У будь-якому атомі число протонів в ядрі в точності дорівнює числу електронів в електронному хмарі, тому атом в цілому - нейтральна частинка, що не несе заряду.
Атом може втратити один або кілька електронів або навпаки - захопити чужі електрони. У цьому випадку атом набуває позитивний чи негативний заряд і називається іоном.
Практично вся маса атома зосереджена в його ядрі, так як маса електрона складає всього лише 1/1836 частина маси протона. Щільність речовини в ядрі фантастично велика - близько 10 13 - 10 14 г / см 3. Сірниковий коробок, наповнений речовиною такої щільності, важив би 2,5 мільярда тонн!
Зовнішні розміри атома - це розміри набагато менш щільного електронного хмари, яке приблизно в 100000 разів більше діаметру ядра.
Крім протонів, до складу ядра більшості атомів входять нейтрони. не несуть ніякого заряду. Маса нейтрона практично не відрізняється від маси протона.
Електрони, протони і нейтрони є головними "будівельними деталями" атомів і називаються субатомними частинками. Їх заряди і маси в кг і в спеціальних "атомних" одиницях маси (а.е.м.) показані в таблиці 2-1.
Таблиця 2-1. Субатомні частинки.
З таблиці 2-1 видно, що маси субатомних частинок надзвичайно малі. Показник ступеня (наприклад, десять в мінус двадцять сьомий ступеня) показує, скільки нулів після коми потрібно записати, щоб вийшла десяткова дріб, якою виражено масу субатомной частки в кілограмах. Це незначна частина кілограма, тому масу субатомних частинок зручніше висловлювати в атомних одиницях маси (скорочено - а.е.м.). За атомну одиницю маси прийнята рівно 1/12 частина маси атома вуглецю, в ядрі якого міститься 6 протонів і 6 нейтронів. Схематичне зображення такого "еталонного" атома вуглецю наведено на рис. 2-5 (б). Атомнаую одиницю маси можна висловити і в грамах: 1 а.е.м. = 1,660540 · 10 -24 м
Маса атома, виражена в кілограмах або грамах, називається абсолютною атомною масою. Найчастіше користуються відносною атомною масою. яка виражається в атомних одиницях маси (а.е.м.). Відносна атомна маса являє собою відношення маси якого-небудь атома до маси 1/12 частини атома вуглецю. Іноді говорять більш коротко: атомний вагу. Останній термін зовсім не застарілий, як іноді пишуть в підручниках - він широко використовуються в сучасній науковій літературі, тому ми теж будемо його застосовувати. Відносна атомна маса і атомна вага, фактично, безрозмірні величини (маса будь-якого атома ділиться на масу частини атома вуглецю), тому позначення "а.е.м." після чисельного значення зазвичай опускають (але можна і написати, в цьому не буде помилки). Терміни "відносна атомна маса", "атомна маса". "Атомний вага" в науковому хімічному мові зазвичай використовуються рівноправно і між ними просто не бачать різниці. У Міжнародному союзі хіміків (IUPAC) існує Комісія з відносною поширеністю ізотопів і атомним вагам (Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights або скорочено - CIAAW), але не "Комісія з відносним атомним масам". Однак все хіміки прекрасно розуміють, що мова йде про одне й те ж.
У російських підручниках і завданнях ЄДІ користуються терміном відносна атомна маса. яку позначають символом Ar. Тут "r" - від англійського "relative" - відносний. Наприклад, Ar = 12,0000 - відносна атомна маса вуглецю 12С 6 C дорівнює 12,0000. У сучасній науковій літературі відносна атомна маса і атомний вага - синоніми.
** З курсу фізики ви пам'ятаєте, що вага фізичного тіла є змінною величиною. Наприклад, на Землі і на Місяці одне і те ж фізичне тіло має різну вагу, але маса тіла - величина постійна. Тому термін "відносна атомна маса" вважається більш суворим. Для багатьох обчислень зручно маси протона і нейтрона в шкалі а.е.м. вважати округлено рівними одиниці.
На рис. 2-5 показані атоми двох різних видів. Може виникнути питання: чому двох, а не трьох видів - адже на малюнку зображені три атома? Справа в тому, що атоми (б) і (в) відносяться до одного і того ж хімічного елементу вуглецю, в той час як атом (а) - зовсім інший елемент (водень). Що ж таке хімічні елементи і чим вони відрізняються один від одного?
Водень і вуглець відрізняються числом протонів в ядрі і, отже, числом електронів в електронній оболонці. Число протонів в ядрі атома називають зарядом ядра атома і позначають буквою Z. Це дуже важлива величина. Коли ми перейдемо до вивчення періодичного закону, то побачимо, що число протонів в ядрі збігається з порядковим номером атома в Періодичної таблиці Д. І. Менделєєва.
Як ми вже говорили, заряд ядра (число протонів) збігається з числом електронів в атомі. Коли атоми зближуються, то в першу чергу вони взаємодіють один з одним не ядрами, а електронами. Число електронів визначає здатність атома утворювати зв'язку з іншими атомами, тобто його хімічні властивості. Тому атоми з однаковим зарядом ядра (і однаковим числом електронів) поводяться в хімічному відношенні практично однаково і розглядаються як атоми одного хімічного елемента.