unul dintre primele atribute ale atomilor care au fost descrise a fost greutatea atomică relativă. Deși un singur atom era prea mic pentru a cântări, atomii puteau fi comparați între ei. Chimistul Jons Berzelius a presupus că volume egale de gaze la aceeași temperatură și presiune conțineau un număr egal de atomi. El a folosit această ideeevoluția teoriei atomice. Ilustrație de Hans & Cassidy. Prin amabilitatea Gale Group.comparați greutățile gazelor care reacționează. El a fost capabil să determine că, de exemplu, atomii de oxigen erau de 16 ori mai grei decât atomii de hidrogen. El a făcut o listă a acestor greutăți atomice relative pentru cât mai multe elemente pe care le știa. El a conceput simboluri pentru elemente folosind prima literă sau primele două litere ale numelor lor latine, un sistem încă în uz astăzi. Simbolul pentru hidrogen este H, pentru oxigen este O, pentru sodiu (natrium, în latină) este Na și așa mai departe. Simbolurile s-au dovedit utile și în descrierea numărului de atomi care se combină pentru a forma o moleculă a unui anumit compus. De exemplu, pentru a arăta că apa este formată din doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen, Simbolul pentru apă este H2O. un atom de oxigen se poate combina chiar și cu un alt atom de oxigen pentru a produce o moleculă de oxigen cu simbolul O2 .

pe măsură ce tot mai multe elemente au continuat să fie descoperite, a devenit convenabil să începem să le enumerăm sub formă de simbol într-o diagramă. În 1869, Dmitri Mendeleev a enumerat elementele în ordinea creșterii greutății atomice și a grupat elemente care păreau să aibă reacții chimice similare. De exemplu, litiul (Li), sodiul (Na) și potasiul (K) sunt toate elemente metalice care izbucnesc în flacără dacă se udă. Elemente similare au fost plasate în aceeași coloană a graficului său. Mendeleev a început să vadă un model printre elemente, unde fiecare al optulea element de pe lista greutății atomice ar aparține aceleiași coloane. Din cauza acestei periodicități sau a unui model repetat, diagrama lui Mendeleev este numită ” tabelul Periodic al elementelor.”Masa era atât de regulată, de fapt, încât atunci când exista o „gaură” în masă, Mendeleev a prezis că un element va fi descoperit în cele din urmă pentru a umple locul. De exemplu, a existat un spațiu pentru un element cu o greutate atomică de aproximativ 72 (de 72 de ori mai greu decât hidrogenul), dar niciun element cunoscut. În 1886, la 15 ani de la predicția sa, elementul germaniu (Ge) a fost izolat și s-a constatat că are o greutate atomică de 72,3. Multe alte elemente au continuat să fie prezise și găsite în acest fel. Cu toate acestea, pe măsură ce mai multe elemente au fost adăugate la tabelul periodic, s-a constatat că, dacă unele elemente au fost plasate în coloana corectă din cauza reacțiilor similare, acestea nu au urmat ordinea corectă de creștere a greutății atomice. Unele alte caracteristici atomice au fost necesare pentru a ordona elementele în mod corespunzător. Au trecut mulți ani înainte ca proprietatea corectă să fie găsită.pe măsură ce experimentele chimice căutau și caracterizau mai multe elemente, alte ramuri ale științei făceau descoperiri despre electricitate și lumină care urmau să contribuie la dezvoltarea teoriei atomice. Michael Faraday făcuse multă muncă pentru a caracteriza electricitatea; James Clerk Maxwell a caracterizat lumina. În anii 1870, William Crookes a construit un aparat, numit acum tub Crookes, pentru a examina „razele” emise de metale. El a vrut să stabilească dacă razele erau lumină sau electricitate pe baza descrierilor lui Faraday și Maxwell despre ambele. Tubul lui Crookes consta dintr-un bec de sticlă, din care fusese îndepărtată cea mai mare parte a aerului, învelind două plăci metalice numite electrozi. Un electrod a fost numit anod, iar celălalt a fost numit catod. Plăcile aveau fiecare un fir care ducea în afara becului la o sursă de electricitate. Când electricitatea a fost aplicată electrozilor, razele păreau să provină din catod. Crookes a stabilit că aceste raze catodice erau particule cu o sarcină electrică negativă care erau emise de metalul plăcii catodice. În 1897, J. J. Thomson a descoperit că aceste particule încărcate negativ ieșeau din atomi și trebuie să fi fost prezente în atomii de metal pentru început. El a numit aceste particule subatomice încărcate negativ ” electroni.”Deoarece electronii au fost încărcați negativ, restul atomului a trebuit să fie încărcat pozitiv. Thomson credea că electronii erau împrăștiați în atom ca stafidele într-un aluat de pâine încărcat pozitiv sau ca prunele într-o budincă. Deși modelul „budincă de prune” al lui Thomson nu a fost corect, a fost prima încercare de a arăta că atomii erau mai complexi decât sferele omogene.în același timp, oamenii de știință examinau alte tipuri de raze misterioase care veneau din tubul Crookes care nu proveneau de la catodul său. În 1895, Wilhelm Roentgen a observat că plăcile fotografice ținute lângă un tub Crookes ar deveni aburite de niște raze invizibile, necunoscute. Roentgen a numit aceste raze „raze x”, folosind” x ” pentru necunoscut ca în matematică. Roentgen a stabilit, de asemenea, utilizarea plăcilor fotografice ca o modalitate de a face fotografii cu raze misterioase. El a descoperit că prin blocarea razelor X cu mâna, de exemplu, oasele ar bloca razele X, dar pielea și țesutul nu ar face-o. Medicii încă folosesc razele X ale lui Roentgen pentru imagistica corpului uman.

plăcile fotografice au devenit echipamente standard pentru oamenii de știință din vremea lui Roentgen. Unul dintre acești oameni de știință, Henri Becquerel, a lăsat niște plăci fotografice într-un sertar cu uraniu, un element nou pe care îl studia. Când a scos plăcile, a descoperit că au devenit ceață. Din moment ce nu era nimic altceva în sertar, el a concluzionat că uraniul trebuie să fi dat un fel de rază. Becquerel a arătat că această radiație nu a fost la fel de penetrantă ca razele X, deoarece ar putea fi blocată de hârtie. Elementul în sine producea în mod activ radiații, o proprietate denumită radioactivitate. În mare parte prin lucrările lui Pierre și Marie Curie, s-au găsit mai multe elemente radioactive. Încercările de a caracteriza diferitele tipuri de radioactivitate au dus la următorul mare capitol în dezvoltarea teoriei atomice.în 1896, Ernest Rutherford, student al lui J. J. Thomson, a început să studieze radioactivitatea. Prin testarea diferitelor elemente și determinarea tipurilor de materiale care ar putea bloca radiația să ajungă la o placă fotografică, Rutherford a concluzionat că există două tipuri de radioactivitate provenind din elemente. El le-a numit folosind primele două litere ale alfabetului grecesc, alfa și beta. Radiația alfa a fost făcută din particule încărcate pozitiv de aproximativ patru ori mai grele decât un atom de hidrogen. Radiația Beta a fost făcută din particule încărcate negativ care păreau a fi la fel ca electronii. Rutherford a decis să încerce un experiment folosind particulele alfa. El a înființat o bucată de folie subțire de aur cu plăci fotografice care o înconjoară. Apoi a permis particulelor alfa să lovească aurul. Majoritatea particulelor alfa au trecut prin folia de aur. Dar câțiva dintre ei nu au făcut-o. Câteva particule alfa au fost deviate de la cursul lor drept. Câțiva chiar au venit drept înapoi. Rutherford a scris că a fost la fel de surprinzător ca și cum cineva ar fi tras un glonț într-o bucată de hârtie de țesut doar pentru a-l face să revină. Rutherford a concluzionat că, din moment ce majoritatea particulelor alfa au trecut, atomii aurului trebuie să fie în mare parte spațiu gol, nu Budinca de prune care umple spațiul lui Thomson. Deoarece câteva dintre particulele alfa au fost deviate, trebuie să existe o regiune pozitivă dens împachetată în fiecare atom pe care l-a numit nucleu. Cu toată sarcina pozitivă din nucleu, următoarea întrebare a fost aranjarea electronilor din atom.în 1900, fizicianul Max Planck studiase procesele de lumină și căldură, încercând în mod specific să înțeleagă radiația luminoasă emisă de un „corp negru”, o cavitate ideală realizată prin pereți perfect reflectanți. Această cavitate a fost imaginată ca conținând obiecte numite oscilatoare care absorbeau și emiteau lumină și căldură. Având suficient timp, radiația de la un astfel de corp negru ar produce o distribuție a luminii colorate numită spectru care depindea doar de temperatura corpului negru și nu de ceea ce era făcut. Mulți oameni de știință au încercat să găsească o relație matematică care să prezică modul în care oscilatoarele unui corp negru ar putea produce o anumită distribuție spectrală. Max Planck a constatat că relația matematică corectă. El a presupus că energia absorbită sau emisă de oscilatoare a fost întotdeauna un multiplu al unui „pachet de energie” fundamental pe care l-a numit cuantic. Obiectele care emit sau absorb energia o fac în cantități discrete, numite quanta.în același timp, a existat un fizician care lucra cu Thomson și Rutherford pe nume Niels Bohr. Bohr și-a dat seama că ideea unui cuantum de energie ar putea explica modul în care sunt aranjați electronii din atom. El a descris electronii ca fiind „pe orbită” în jurul nucleului ca planetele din jurul Soarelui. La fel cum oscilatoarele dintr-un corp negru nu ar putea avea orice fel de energie, electronii din atom nu ar putea avea orice orbită. Au existat doar izotopii hidrogenului: hidrogen, deuteriu și tritiu. Ilustrație de Hans & Cassidy. Prin amabilitatea Gale Group.anumite distanțe care au fost permise de energia pe care o avea un electron. Dacă un electron al unui anumit atom a absorbit cuantul precis al energiei, acesta s-ar putea îndepărta mai departe de nucleu. Dacă un electron mai îndepărtat de nucleu ar emite cuantul precis al energiei, s-ar putea apropia de nucleu. Ceea ce valorile corecte au fost diferite pentru fiecare element. Aceste valori ar putea fi determinate printr-un proces numit spectroscopie Atomică, o tehnică experimentală care a analizat spectrul luminos produs de atomi. Un atom a fost încălzit astfel încât toți electronii săi au fost mutați departe de nucleu. Pe măsură ce se apropiau de nucleu, electronii începeau să-și emită cuantele de energie ca lumină. Spectrul de lumină produs ar putea fi examinat folosind o prismă. Spectrul produs în acest fel nu a arătat toate culorile posibile, ci doar acele puține care se potriveau energiilor corespunzătoare diferențelor de orbită electronică. Deși mai târziu rafinat, „modelul planetar” al atomului lui Bohr a explicat datele spectroscopiei atomice suficient de bine încât oamenii de știință și-au îndreptat atenția înapoi spre nucleul atomului.Rutherford, împreună cu Frederick Soddy, au continuat să lucreze cu elemente radioactive. Soddy, în special, a observat că, pe măsură ce particulele alfa și beta erau emise de atomi, atomii s-au schimbat într-unul din cele două moduri: (1) elementul a devenit un element total diferit cu reacții chimice complet noi sau (2) elementul a menținut aceleași reacții chimice și același spectru atomic, dar s-a schimbat doar în greutate atomică.

el a numit atomi ai izotopilor celui de-al doilea grup, atomi ai aceluiași element cu greutăți atomice diferite. În orice probă naturală a unui element, pot exista mai multe tipuri de izotopi. Ca rezultat, greutatea atomică a unui element care a fost calculată de Berzelius a fost de fapt o medie a tuturor greutăților izotopice pentru acel element. Acesta a fost motivul pentru care unele elemente nu au căzut în ordinea corectă pe tabelul periodic al lui Mendeleev—greutatea atomică medie depindea de cât de mult din fiecare tip de izotop era prezent. Soddy a sugerat plasarea elementelor în tabelul periodic prin similitudinea reacțiilor chimice și apoi numerotarea lor în ordine. Numărul atribuit fiecărui element în acest fel se numește numărul atomic. Numerele atomice erau modalități convenabile de a se referi la elemente.

între timp, Thomson își continuase munca cu tubul Crookes. El a descoperit că nu numai că au fost produse raze catodice de electroni, dar și particule pozitive. După multă muncă minuțioasă, a reușit să separe multe tipuri diferite de particule pozitive în greutate. Pe baza acestor măsurători, el a fost capabil să determine o particulă fundamentală, cea mai mică particulă pozitivă produsă, numită proton. Deoarece acestea erau produse de atomii catodului și din moment ce Rutherford a arătat că nucleul atomului era pozitiv, Thomson și-a dat seama că nucleul unui atom trebuie să conțină protoni. Un tânăr om de știință pe nume Henry Moseley a experimentat bombardarea atomilor diferitelor elemente cu raze X. La fel ca în spectroscopia atomică, unde căldura dă electronilor mai multă energie, razele X dau protonilor din nucleu mai multă energie. Și la fel cum electronii dau lumină de energii specifice atunci când se răcesc, nucleul emite raze x ale unei energii specifice atunci când „de-excită.”Moseley a descoperit că energia razelor X emise pentru fiecare element a urmat o relație matematică simplă. Energia depindea de numărul atomic pentru acel element, iar numărul atomic corespundea numărului de sarcini pozitive din nucleu. Deci, ordonarea corectă a tabelului periodic este prin creșterea numărului de protoni din nucleul atomic. Numărul de protoni este egal cu numărul de electroni dintr-un atom neutru. Electronii sunt responsabili pentru reacțiile chimice. Elementele din aceeași coloană a tabelului periodic au aranjamente similare de electroni cu cele mai mari energii și de aceea reacțiile lor sunt similare.

a rămas o singură problemă. Electronii aveau o greutate foarte mică, 1/1, 836 greutatea unui proton. Cu toate acestea, protonii nu au contabilizat toată greutatea atomică a unui atom. Abia în 1932 James Chadwick a descoperit existența unei particule în nucleu fără sarcină electrică, dar cu o greutate puțin mai mare decât un proton. El a numit această particulă neutronul. Neutronii sunt responsabili pentru existența izotopilor. Doi atomi ai aceluiași element vor avea același număr de protoni și electroni, dar ar putea avea un număr diferit de neutroni și, prin urmare, greutăți atomice diferite. Izotopii sunt denumiți prin menționarea numelui elementului și apoi a numărului de protoni plus neutroni din nucleu. Suma protonilor și neutronilor se numește numărul de masă. De exemplu, uraniul-235 are 235 de protoni și neutroni. Ne putem uita pe un tabel periodic pentru a găsi numărul atomic al uraniului (92) care ne spune numărul de protoni. Apoi, scăzând, știm că acest izotop are 143 de neutroni. Există un alt izotop al uraniului, 238U, cu 92 de protoni și 146 de neutroni. Unele combinații de protoni și neutroni sunt mai puțin stabile decât altele. Imagine încearcă să dețină 10 bile de bowling în brațe. Va exista un aranjament în cazul în care s-ar putea fi capabil să-l gestioneze. Acum încercați să țineți 11 sau doar nouă. S-ar putea să nu existe un aranjament stabil și să renunți la bilele de bowling. Același lucru se întâmplă și cu protonii și neutronii. Aranjamentele instabile se destramă spontan, emițând particule, până când se ajunge la o structură stabilă. Acesta este modul în care se produce radioactivitatea ca particulele alfa. Particulele alfa sunt formate din doi protoni și doi neutroni care se rostogolesc dintr-un nucleu instabil.

hidrogenul are trei tipuri de izotopi: hidrogen, 2h (deuteriu) și 3H (tritiu).

greutățile atomice ale celorlalte elemente au fost inițial comparate cu hidrogenul fără a specifica care izotop. De asemenea, este dificil să obțineți atomi unici de hidrogen, deoarece reacționează de obicei cu alți atomi pentru a forma molecule precum H2 sau H2O. deci izotopul unui element diferit a fost ales pentru comparație. Greutățile atomice se bazează acum pe 12 C (carbon-12). Acest izotop are șase protoni și șase neutroni în nucleul său. Carbon-12 a fost definit ca fiind 12 unități de masă atomică. (Unități de masă atomică, abreviat amu, sunt unități utilizate pentru a compara greutățile relative ale atomilor. Un amu este mai mic de 200 de sextilioane de gram.) Orice alt izotop al oricărui alt element este comparat cu acesta. Apoi, greutățile izotopilor unui element dat sunt medii pentru a da greutățile atomice găsite pe tabelul periodic.

până în acest moment al poveștii atomului, toate particulele care compun atomul erau considerate sfere dure, uniforme. Începând din 1920 cu opera lui Louis de Broglie, această imagine s-a schimbat. De Broglie a arătat că particulele precum electronii ar putea avea uneori proprietăți ale undelor. De exemplu, dacă valurile de apă sunt produse de două surse, cum ar fi aruncarea a două pietricele într-un iaz, valurile pot interfera unele cu altele. Aceasta înseamnă că petele înalte Adaugă pentru a face pete și mai mari. Punctele joase Adaugă pentru a face regiuni și mai mici. Când electronii au fost făcuți să călătorească printr-o fantă dublă, unii electroni trecând printr-o fantă și unii prin cealaltă, au creat efectiv două surse. Electronii au arătat același tip de interferență, producând un model pe o placă de colectare. Capacitatea electronilor și a altor particule de a arăta uneori proprietățile particulelor și alteori ale undelor se numește dualitate undă-particulă. Această complicație a naturii electronului a însemnat că ideea lui Bohr despre un atom planetar nu era chiar corectă. Electronii au energii discrete diferite, dar nu urmează orbite circulare. În 1925, Werner Heisenberg a declarat că viteza și locația exactă a unui electron nu pot fi cunoscute în același timp. Acest „principiu al incertitudinii lui Heisenberg” l-a inspirat pe Erwin Schr Aktivdinger să elaboreze o ecuație pentru a calcula modul în care se mișcă un electron cu o anumită energie. Ecuația lui Schr al X-lea Dinger descrie regiunile dintr-un atom în care un electron cu o anumită energie este probabil să fie, dar nu exact unde este. Această regiune de probabilitate se numește orbital. Electronii se mișcă atât de repede în acești orbitali încât ne putem gândi la ei ca la estomparea într-un nor de electroni. Electronii se deplasează de la un orbital la altul prin absorbția sau emiterea unui cuantum de energie, așa cum a explicat Bohr.