jedním z prvních atributů atomů, které mají být popsány byla relativní atomová hmotnost. Ačkoli jeden atom byl příliš malý na to, aby mohl vážit, atomy mohly být navzájem porovnávány. Chemik Jons Berzelius předpokládal, že stejné objemy plynů při stejné teplotě a tlaku obsahují stejný počet atomů. Použil tuto myšlenkuvývoj atomové teorie. Ilustrace Hans & Cassidy. S laskavým svolením Gale Group.porovnejte hmotnosti reagujících plynů. Byl schopen určit, že například atomy kyslíku byly 16krát těžší než atomy vodíku. Vytvořil seznam těchto relativních atomových hmotností pro tolik prvků, kolik věděl. Vymyslel symboly pro prvky pomocí prvního písmene nebo prvních dvou písmen jejich latinských jmen, systém, který se dodnes používá. Symbol pro vodík je H, pro kyslík je O, pro sodík (natrium, v latině)je Na a tak dále. Symboly se také ukázaly jako užitečné při popisu toho, kolik atomů se spojí a vytvoří molekulu určité sloučeniny. Například, ukázat, že voda je tvořena dvěma atomy vodíku a jeden atom kyslíku, symbol vody je H2O. Jeden atom kyslíku mohou dokonce kombinovat jeden další atom kyslíku produkovat molekuly kyslíku se symbolem O2 .

Jak se stále více a více prvků objevovalo, bylo vhodné začít je vypisovat ve formě symbolů v grafu. V roce 1869 uvedl Dmitri Mendeleev prvky v pořadí zvyšující se atomové hmotnosti a seskupené prvky, které se zdály mít podobné chemické reakce. Například lithium (Li), sodík (Na) a draslík (K) jsou všechny kovové prvky, které prasknou v plameni, pokud se namočí. Podobné prvky byly umístěny ve stejném sloupci jeho grafu. Mendeleev začal vidět vzor mezi prvky, kde každý osmý prvek na seznamu atomové hmotnosti by patřil do stejného sloupce. Kvůli této periodicitě nebo opakujícímu se vzoru se Mendeleevův graf nazývá “ Periodická tabulka prvků.“Tabulka byla ve skutečnosti tak pravidelná, že když v tabulce byla „díra“, Mendeleev předpověděl, že nakonec bude objeven prvek, který vyplní místo. Například tam byl prostor pro prvek s atomovou hmotností asi 72 (72krát těžší než vodík), ale žádný známý prvek. V roce 1886, 15 let po jeho predikci, byl prvek Germanium (Ge) izolován a bylo zjištěno, že má atomovou hmotnost 72,3. Tímto způsobem bylo předpovídáno a nalezeno mnoho dalších prvků. Jak však bylo do periodické tabulky přidáno více prvků, bylo zjištěno, že pokud byly některé prvky umístěny ve správném sloupci kvůli podobným reakcím, nesledovaly správné pořadí zvyšování atomové hmotnosti. K řádnému uspořádání prvků bylo zapotřebí nějaké další atomové charakteristiky. Uplynulo mnoho let, než byla nalezena správná vlastnost.

Jako chemické pokusy pro vyhledávání a charakterizaci více prvků, jiných vědních oborech, dělali objevy o elektřinu a světlo, které jsi přispět k rozvoji atomové teorie. Michael Faraday udělal hodně práce, aby charakterizoval elektřinu; James Clerk Maxwell charakterizoval světlo. V 1870s, William Crookes postavil přístroj, nyní volal Crookes trubice, zkoumat „paprsky“ jsou vydávány kovy. Chtěl zjistit, zda jsou paprsky světlo nebo elektřina na základě Faradayových a Maxwellových popisů obou. Crookesova trubice se skládala ze skleněné baňky, ze které byla odstraněna většina vzduchu, obalující dvě kovové desky zvané elektrody. Jedna elektroda se nazývala anoda a druhá se nazývala katoda. Každá deska měla drát vedoucí mimo žárovku ke zdroji elektrické energie. Když byla na elektrody aplikována elektřina, zdálo se, že paprsky pocházejí z katody. Crookes zjištěno, že tyto katodové paprsky jsou částice se záporným elektrickým nábojem, které byly z kovu katody desky. V roce 1897, j. J. Thomson objevil, že tyto záporně nabité částice byly vycházející z atomů a musí být přítomen v kovových atomů začít. Tyto záporně nabité subatomární částice nazval „elektrony“.“Protože elektrony byly záporně nabité, musel být zbytek atomu kladně nabitý. Thomson věřil, že elektrony jsou rozptýleny v atomu jako rozinky v kladně nabité těsto na chleba, nebo jako švestky v pudinku. Ačkoli Thomsonův model“ plum-pudding “ nebyl správný, byl to první pokus ukázat, že atomy jsou složitější než jen homogenní koule.

současně vědci zkoumali další druhy záhadných paprsků, které přicházely z Crookesovy trubice, která nevznikla na její katodě. V roce 1895, Wilhelm Roentgen všiml, že fotografické desky proběhla u Crookesova trubice by se stal zamlžený nějaké neviditelné, neznámé paprsky. Roentgen nazval tyto paprsky „rentgenovými paprsky “ a používal“ x “ pro neznámé jako v matematice. Roentgen také zavedl použití fotografických desek jako způsob fotografování tajemných paprsků. Zjistil, že blokováním rentgenových paprsků rukou například kosti zablokují rentgenové paprsky, ale kůže a tkáň ne. Lékaři stále používají rentgenové paprsky Roentgen pro zobrazování lidského těla.

fotografické desky se staly standardním vybavením pro vědce Roentgenovy doby. Jeden z těchto vědců, Henri Becquerel, nechal několik fotografických desek v zásuvce s uranem, novým prvkem, který studoval. Když odstranil desky, zjistil, že se zamlžily. Protože v šuplíku nebylo nic jiného, dospěl k závěru, že Uran musel vydávat nějaký druh paprsku. Becquerel ukázal, že toto záření nebylo tak pronikavé jako rentgenové paprsky, protože by mohlo být blokováno papírem. Samotný prvek aktivně produkoval záření, vlastnost označovaná jako radioaktivita. Z velké části díky práci Pierra a Marie Curie bylo nalezeno více radioaktivních prvků. Pokusy charakterizovat různé typy radioaktivity vedly k další velké kapitole ve vývoji atomové teorie.

v roce 1896 začal Ernest Rutherford, student J. J. Thomsona, studovat radioaktivitu. Testováním různých prvků a určením, jaké druhy materiálů by mohly blokovat záření v dosažení fotografické desky, Rutherford dospěl k závěru, že z prvků pocházejí dva typy radioaktivity. Pojmenoval je pomocí prvních dvou písmen řecké abecedy, alfa a beta. Alfa záření bylo tvořeno kladně nabitými částicemi asi čtyřikrát těžšími než atom vodíku. Beta záření bylo vyrobeno z negativně nabitých částic, které vypadaly jako elektrony. Rutherford se rozhodl vyzkoušet experiment s použitím alfa částic. Postavil kus tenké zlaté fólie s fotografickými deskami, které ji obklopovaly. Poté dovolil alfa částicím zasáhnout zlato. Většina alfa částic prošla skrz zlatou fólii. Ale několik z nich ne. Několik alfa částic bylo odkloněno od jejich přímého průběhu. Několik jich dokonce přišlo rovnou dozadu. Rutherford napsal, že to bylo stejně překvapivé, jako kdyby vystřelili na kousek papíru, jen aby to odrazit zpět. Rutherford dospěl k závěru, že protože většina alfa částic prošla, atomy zlata musí být většinou prázdný prostor, ne Thomsonův Vesmírný plnící švestkový pudink. Protože několik alfa částic bylo vychýleno, musí být v každém atomu hustě zabalená pozitivní oblast, kterou nazval jádro. Se všemi kladnými náboji v jádru byla další otázkou uspořádání elektronů v atomu.

V roce 1900, fyzik Max Planck studoval procesy světla a tepla, konkrétně se snaží pochopit světelné záření vydávané „černý-tělo,“ ideální dutiny vyroben dokonale odrážející stěny. Tato dutina byla představována jako obsahující objekty zvané oscilátory, které absorbovaly a emitovaly světlo a teplo. Vzhledem k dostatečnému času by záření z takového černého těla vytvořilo distribuci barevného světla zvanou spektrum, které záviselo pouze na teplotě černého těla a ne na tom, z čeho bylo vyrobeno. Mnoho vědců se pokusilo najít matematický vztah, který by předpověděl, jak by oscilátory černého těla mohly produkovat určité spektrální rozdělení. Max Planck našel ten správný matematický vztah. Předpokládal, že energie absorbovaná nebo emitovaná oscilátory byla vždy násobkem nějakého základního „paketu energie“, který nazval kvantem. Objekty, které emitují nebo absorbují energii, to dělají v diskrétních množstvích, nazývaných kvanta.

ve stejné době pracoval fyzik s Thomsonem a Rutherfordem jménem Niels Bohr. Bohr si uvědomil, že myšlenka kvantové energie by mohla vysvětlit, jak jsou elektrony v atomu uspořádány. Popsal elektrony jako „na oběžné dráze“ kolem jádra jako planety kolem Slunce. Stejně jako oscilátory v černém těle nemohly mít jen žádnou energii, elektrony v atomu nemohly mít jen žádnou oběžnou dráhu. Byly tam pouzeizotopy vodíku: vodík, deuterium a tritium. Ilustrace Hans & Cassidy. S laskavým svolením Gale Group.určité vzdálenosti, které byly povoleny energií, kterou měl elektron. Pokud elektron určitého atomu absorboval přesně správné kvantum energie, mohl by se pohybovat dále od jádra. Pokud elektron dále od jádra emitoval přesně správné kvantum energie, mohl by se přiblížit k jádru. Co přesně správné hodnoty byly odlišné pro každý prvek. Tyto hodnoty lze určit pomocí procesu zvaného atomové spektroskopie, experimentální technika, která se podíval na světelné spektrum produkované atomy. Atom byl zahříván tak, že všechny jeho elektrony byly přesunuty daleko od jádra. Když se přiblížili k jádru, elektrony začaly emitovat své kvanty energie jako světlo. Spektrum produkovaného světla by mohlo být zkoumáno pomocí hranolu. Takto vytvořené spektrum nevykazovalo všechny možné barvy, ale pouze těch pár, které odpovídaly energiím odpovídajícím rozdílům v elektronové oběžné dráze. Ačkoli později rafinovaný, Bohrův „planetární model“ atomu vysvětlil data atomové spektroskopie natolik dobře, že vědci obrátili svou pozornost zpět k jádru atomu.

Rutherford spolu s Frederickem Soddym pokračovali v práci s radioaktivními prvky. Soddy, zejména, si všiml, že když byly alfa a beta částice emitovány z atomů, atomy se změnily jedním ze dvou způsobů: (1) prvek se stal zcela odlišným prvkem se zcela novými chemickými reakcemi nebo (2) prvek udržoval stejné chemické reakce a stejné atomové spektrum, ale změnil se pouze v atomové hmotnosti.

nazval atomy izotopů druhé skupiny, atomy stejného prvku s různou atomovou hmotností. V každém přirozeném vzorku prvku může existovat několik typů izotopů. Jako výsledek, atomová hmotnost prvku, kterou vypočítal Berzelius, byla ve skutečnosti průměrem všech hmotností izotopů pro tento prvek. To byl důvod, že některé prvky, které nespadají do správného pořadí na mendělejevovy tabulky—průměrná relativní atomová hmotnost závisí na tom, kolik z každého druhu izotopu byl přítomen. Soddy navrhl umístění prvků do periodické tabulky podobností chemických reakcí a jejich číslování v pořadí. Číslo přiřazené každému prvku tímto způsobem se nazývá atomové číslo. Atomová čísla byla vhodným způsobem, jak odkazovat na prvky.

mezitím Thomson pokračoval ve své práci s Crookesovou trubicí. Zjistil, že nejen že byly produkovány katodové paprsky elektronů, ale také pozitivní částice. Po hodně pečlivé práci byl schopen oddělit mnoho různých druhů pozitivních částic podle hmotnosti. Na základě těchto měření byl schopen určit základní částice, nejmenší kladné částice produkují, se nazývá proton. Protože byly produkovány atomy katody a protože Rutherford ukázal, že jádro atomu bylo pozitivní, Thomson si uvědomil, že jádro atomu musí obsahovat protony. Mladý vědec jménem Henry Moseley experimentoval s bombardováním atomů různých prvků rentgenovými paprsky. Stejně jako v atomové spektroskopii, kde teplo dává elektronům více energie, rentgenové paprsky dávají protonům v jádru více energie. A stejně jako elektrony vydávají světlo specifických energií, když se ochladí, jádro emituje rentgenové paprsky specifické energie, když “ de-vzrušuje.“Moseley zjistil, že energie emitovaných rentgenových paprsků pro každý prvek následovala jednoduchý matematický vztah. Energie závisela na atomovém čísle tohoto prvku a atomové číslo odpovídalo počtu kladných nábojů v jádře. Správné uspořádání periodické tabulky je tedy zvýšením počtu protonů v atomovém jádru. Počet protonů se rovná počtu elektronů v neutrálním atomu. Elektrony jsou zodpovědné za chemické reakce. Prvky ve stejném sloupci periodické tabulky mají podobné uspořádání elektronů s nejvyššími energiemi, a proto jsou jejich reakce podobné.

zůstal pouze jeden problém. Elektrony měly velmi malou hmotnost, 1/1 836 hmotnosti protonu. Protony však nezohledňovaly celou atomovou hmotnost atomu. Až v roce 1932 objevil James Chadwick existenci částice v jádru bez elektrického náboje, ale s hmotností o něco větší než proton. Tuto částici pojmenoval neutron. Neutrony jsou zodpovědné za existenci izotopů. Dva atomy stejného prvku budou mít stejný počet protonů a elektronů, ale mohou mít různé počty neutronů, a proto různé atomové hmotnosti. Izotopy jsou pojmenovány uvedením názvu prvku a poté počtu protonů plus neutronů v jádře. Součet protonů a neutronů se nazývá hmotnostní číslo. Například uran-235 má 235 protonů a neutronů. Můžeme se podívat na periodickou tabulku, abychom našli atomové číslo uranu (92), které nám říká počet protonů. Odečtením pak víme, že tento izotop má 143 neutronů. Existuje další izotop uranu, 238U, s 92 protony a 146 neutrony. Některé kombinace protonů a neutronů jsou méně stabilní než jiné. Obrázek se snaží držet 10 bowlingové koule v náručí. Bude nějaké uspořádání, kde byste to mohli zvládnout. Nyní zkuste držet 11 nebo jen devět. Nemusí existovat stabilní uspořádání a vy byste upustili bowlingové koule. Totéž se děje s protony a neutrony. Nestabilní uspořádání se spontánně rozpadne a emituje částice, dokud není dosaženo stabilní struktury. Takto se vytváří radioaktivita jako alfa částice. Alfa částice jsou tvořeny dvěma protony a dvěma neutrony padajícími z nestabilního jádra.

vodík má tři druhy izotopů: vodík, 2H (deuterium) a 3H (tritium).

atomové hmotnosti ostatních prvků byly původně porovnány s vodíkem, aniž by bylo specifikováno, který izotop. Je také obtížné získat jednotlivé atomy vodíku, protože obvykle reaguje s jinými atomy za vzniku molekul, jako je H2 nebo H2O. pro srovnání byl tedy vybrán izotop jiného prvku. Atomové hmotnosti jsou nyní založeny na 12 C (uhlík-12). Tento izotop má ve svém jádru šest protonů a šest neutronů. Uhlík-12 byl definován jako 12 atomových hmotnostních jednotek. (Atomové hmotnostní jednotky, zkráceně amu, jsou jednotky používané k porovnání relativních hmotností atomů. Jedna amu je menší než 200 sextillionth gramu.) Každý další izotop každého druhého prvku je porovnán s tímto. Poté se zprůměrují hmotnosti izotopů daného prvku, čímž se získá atomová hmotnost nalezená v periodické tabulce.

až do tohoto bodu v příběhu atomu byly všechny částice obsahující atom považovány za tvrdé, jednotné koule. Počínaje rokem 1920 s prací Louise de Broglieho se tento obraz změnil. De Broglie ukázal, že částice jako elektrony mohou mít někdy vlastnosti vln. Například, pokud jsou vodní vlny produkovány dvěma zdroji, jako je upuštění dvou oblázků do rybníka, vlny se mohou navzájem rušit. To znamená, že vysoké skvrny přidat, aby se ještě vyšší skvrny. Nízké skvrny přidávají ještě nižší oblasti. Když byly elektrony vyrobeny tak, aby cestovaly dvojitou štěrbinou, s některými elektrony procházejícími jednou štěrbinou a některými druhou, účinně vytvořily dva zdroje. Elektrony vykazovaly stejný druh rušení a vytvářely vzor na sběrné desce. Schopnost elektronů a jiných částic někdy vykazovat vlastnosti částic a někdy vln se nazývá dualita vln a částic. Tato komplikace povahy elektronu znamenala, že Bohrova myšlenka planetárního atomu nebyla zcela správná. Elektrony mají různé diskrétní energie, ale nesledují kruhové oběžné dráhy. V roce 1925 Werner Heisenberg uvedl, že přesná rychlost a umístění elektronu nemohou být známy současně. Tento „Heisenbergův princip neurčitosti“, inspirované Erwin Schrödinger k vytvoření rovnice pro výpočet, jak se elektron s určitou energií se pohybuje. Schrödingerova rovnice popisuje oblasti v atomu, kde elektron s určitou energií pravděpodobně bude, ale ne přesně tam, kde je. Tato oblast pravděpodobnosti se nazývá orbitální. Elektrony se pohybují v těchto orbitálech tak rychle, že je můžeme považovat za rozmazání do elektronového oblaku. Elektrony se pohybují z jednoho orbitalu do druhého tím, že absorbují nebo emitují kvantum energie, jak vysvětlil Bohr.