Атомна маса: примхливі закономірності
Все розмаїття існуючих речовин пояснюється комбінаціями різних видів атомів. Так вийшло, що видів цих атомів - трохи більше сотні на сьогоднішній день. Але вони - хлопці досить примхливі, і об'єднуються один з одним не за правилами комбінаторики, а відповідно до законів хімії. І все одно, кількість речовин величезне, воно росте. А от кількість відомих хімічних елементів майже не збільшується. Кожен з них унікальний і має свій «портрет». І головна риса всякого елемента - атомна маса.
Одиниця цієї маси - число дуже маленьке. Жоден з наявних видів атомів не підходив ідеально як кандидатура на те, щоб бути одиницею маси (але ближче всіх був легкий водень). У результаті вчені вирішили взяти зручне для розрахунків число - одну дванадцяту абсолютної маси такого елемента, як вуглець. Виявилося, це кількість дуже добре виражає співвідношення, в яких атоми елементів знаходяться один до одного. Отже, атомна одиниця маси була визнана за число в дуже маленькій мірі, це невелика цифра "десять в ступені мінус двадцять сьома".
Зрозуміло, що користуватися саме таким числом незручно. Самі розумієте, при розрахунках усюди тягати цю мінус двадцять сьомий ступінь не з руки, та й у результаті числа можуть виявитися такими ж незручними, громіздкими. Що робити? Застосовувати таку одиницю, як відносна атомна маса елемента. Що ж це таке? Робиться все дуже просто - береться абсолютна атомна маса (число вкрай незручне, майже з тією ж мінусовій ступенем), ділиться на нашу одну дванадцяту маси вуглецю. І що? Правильно, ступеня скорочуються і виходить цілком пристойне число. Наприклад, шістнадцять для атома кисню, чотирнадцять - для азоту. Вуглець, логічно, буде мати масу дванадцять. А атомна маса водню - один, хоча і не рівно один, що доводить те, що все ж не водень був узятий для розрахунків, хоча число, до його маси дуже близьке.
Тоді чому відносні атомні маси кожного елемента - числа не зовсім гарні, нецілі? Вся справа в тому, що елементи, хоч і будучи видами атомів, в рамках виду дозволяють собі деяке «різноманітність». Деякі з них нестабільні, простіше кажучи, дуже легко самочинно руйнуються. Але ж якийсь час існують, тому їх ігнорувати не можна. Буває, і стабільний в цілому вигляд елементів включає в себе підвиди з різною атомною масою. Їх називають ізотопами. Це в перекладі означає, що вони займають одну клітинку відомої кожному школяреві таблиці - так, ви вгадали правильно, таблиці Менделєєва.
Але хіба атомна маса робить елемент елементом? Зовсім ні, елемент характеризується набагато більш фундаментальним числом протонів в ядрі. Ось воно дробовим бути не може і означає позитивний заряд ядра. У «спокійного» атома електронів стільки ж, скільки протонів в ядрі, а тому поважаючий себе атом електрично нейтральний. По заряду ядра атоми і вибудовуються в послідовність в таблиці Менделєєва, а ось їх маси іноді цим законом не підкоряються. Тому є випадки-винятки, коли більш важкий атом в послідовності таблиці варто раніше. Ну за це варто звинувачувати виключно ізотопи. Природа «захотіла», щоб важких ізотопів було багато для даного елемента. А адже відносну атомну масу виставляють пропорційно кількостей різних ізотопів. Простіше кажучи, якщо в природі більше важких ізотопів - атомна маса буде побільше, якщо більше легких - то поменше. Так і виходять парадокси системи Менделєєва.
Насправді, сказане про атомну масі дещо спрощено. Є й більш глибокі і серйозні закономірності, що стосуються таблиці Менделєєва. Але вони вимагають окремої статті, можливо, ми повернемося до їх розгляду пізніше, шановний читачу.