Як вчені дізналися, скільки електронів та нуклонів у хімічних елементах, якщо ніхто ніколи не бачив атоми?

Дивлячись на таблицю Менделєєва, ми можемо впевнено сказати скільки електронів у атома гелію або кисню, назвати атомне число будь-якого елемента і, провівши легкі арифметичні розрахунки, дізнатися кількість нейтронів і протонів у будь-якому атомі. Але атоми ніхто ніколи не бачив, на них могли впливати, але прямого спостереження ніколи не було. Звідки ми можемо вірогідно знати про їх склад і чи немає там ще якихось додаткових компонентів?

Щоб розібратися в цьому питанні, необхідно почати з того, що з найдавніших часів у всьому щодо хімічних реакцій люди користувалися не точними величинами, а співвідношеннями та пропорціями. Ще за часів Стародавню Грецію під час проведення певних експериментів і хімічних реакцій обсяги та маси продуктів, які використовувалися і виходили були кратними цілим числам.

Значно пізніше, вимірюючи заряд електрона, вчені отримували значення заряду: 4.8, 6.4, 8.0, 1.6, і бачили, що вони були кратні одному числу, яке було найменшим серед них, а саме 1.6*10^-19. Першим важливим відкриттям у розумінні структури атома було те, що атоми мають масу, пізніше було встановлено, що маса атома водню найменша у тому числі і її прийняли за умовну одиницю.

Інші дослідження показали, що в кожному атомі кількість протонів дорівнює кількості електронів, а також, що маса атома водню в 1836 разів більша за масу електрона і звідси напрошувався висновок, що електрони становлять мізерну частку всієї маси атома. На підставі цього факту з’являлися різні моделі атомів, які постійно змінювалися та вдосконалювалися.

Пізніше, після того, як учені змогли зрозуміти залежність між порядковим номером у періодичній таблиці та зарядом елемента, стали помітні нестикування між зарядом і масою атомів, яку зараз називають нуклонним числом, і яка виявилася в середньому вдвічі більшою, ніж мала бути. Тоді й з’явилася теорія про частинку, яка не має заряду, але має близьку масу або таку ж, як у протона. Вона дістала назву нейтрон.

У 1932 році Джеймс Чедвік виявив нейтрон, третій відсутній елемент атома, який по масі був максимально близький до протона, як і передбачалося раніше. Кількість нейтронів в ядрах досліджуваних атомів в основному дорівнювало числу протонів або відрізнялося на одиницю, так само як і передбачалося. Оскільки протонів в атомі стільки ж, скільки й електронів і вони разом з нейтронами становлять практично всю масу атома, то ми можемо з числа виключити кількість протонів і дізнатися скільки в нас в ядрі нейтронів.

Звичайно, електрони, протони та нейтрони не варто зводити до виду неподільних кульок, їх структура набагато складніша, але це вже тема для окремої статті, яка вийде, якщо вам сподобається ця стаття.