Masa i rozmiary atomów
W dzisiejszych czasach mamy zobrazowaną budowę atomu jednak są tak małe,
że trudno jest je sobie wyobrazić poniżej kilka przykładowych wielkości atomów obojętnych,
należy tu dodać że jony tych atomów znacznie różnić się wielkością.
|
Nazwa pierwiastka |
Masa atomu |
Średnica atomu |
|
wodór |
0,167 * 10-23 g |
0,000 000 008 cm |
|
tlen |
2,66 * 10-23 g |
0,000 000 0013 cm |
|
węgiel |
2,00 * 10-23 g |
0,000 0 |
Jeśli powiększylibyśmy piłkę tenisową do rozmiarów Ziemi, to tworzące ją atomy miałyby wielkość winogron. Gdyby zaś atomy miały rozmiar główki od szpilki, to atomy, z których zbudowane jest jedno ziarenko piasku, wypełniłyby sześcian o boku długości jednego kilometra. Jedna kropla wody zawiera około 10 tysięcy miliardów miliardów atomów wodoru i tlenu, tworzących 3.333 miliardy miliardów cząsteczek wody.
Masa
Na podstawie układu okresowego łatwo stwierdzić, że najlżejszym pierwiastkiem jest wodór. Masa jego atomu wynosi:
0,167⋅10−23 g = 0,000.000.000.000.000.000.000.001.67 g
Przytoczona liczba jest tak niewyobrażalnie mała, że nie jesteśmy w stanie sobie jej wyobrazić. Na szczęście nie musimy. Niech Czytelnik wyobrazi sobie posługiwanie się liczbami typu takiego jak ta przytoczona wyżej i wykonywanie na nich obliczeń. Istny bezsens. Istnieje wprawdzie notacja wykładnicza, ale ile osób w przeciągu kilku sekund obliczy: 3⋅10−10 + 2⋅10−5? Liczby może nie wyglądają źle, ale obliczyć takie "coś" z pewnością nie jest łatwo.
Jedynym słusznym rozwiązaniem okazało się wprowadzenie nowej jednostki, którą nazwano atomową jednostką masy. Jest to podstawowa jednostka masy w świecie atomów, dlatego została nazwana unitem (ang. unit 'jednostka, część'). Masę jednego unita (1 u) wyznaczać miała na początku masa atomu wodoru. Z czasem zrezygnowano z niego na koszt szesnastej części masy atomu tlenu, a potem dwunastej części masy atomu węgla. Obecnie:
1 u = mC / 12 = 1,66⋅10−24 g
Z tej zależności wynika ważna stała, która będzie później często wykorzystywana (szczególnie przy obliczeniach molowych). Stała ta nazywana jest liczbą Avogadro (oznaczaną NA). Jej wartość to:
NA
= 6,022.141.5⋅1023 mol−1
Rozmiary
Gdyby narysować atom w rzeczywistej skali, to dla protonów i neutronów o średnicy 1 cm średnice elektronów i kwarków byłyby mniejsze od grubości włosa, a średnica całego atomu byłaby większa niż długość 30 boisk do piłki nożnej! 99,999.999.999.999% objętości atomu wypełnia pusta przestrzeń!
Atomy są tak małe jak lekkie, więc i dla rozmiarów wprowadzono specjalną jednostkę. Nie jest ona jednak aż tak "udziwniona" i wiąże się z jednostką główną (metr) okrągłym iloczynem. Jednostka ta została nazwana angstremem (od nazwiska szwedzkiego fizyka Andersa Jonasa Ångströma) i oznaczona symbolem Å. Obecnie obowiązuje jednostka układu SI - pikometr (pm). Wartości nim wyrażone są sto razy większe niż te w angstremach, i dlatego jest on niechętnie akceptowany przez chemików.
1 Å = 100 pm = 10−10 m
Więcej znajdziesz na antoine.frostburg.edu.