Будем исходить из того, что эмпирические свидетельства в пользу реальности атомов известны читателю и он помнит, что именно химия XIX века установила атомное строение вещества и открыла физикам перспективы микроскопического описания природы на основе статистических методов.
В 1922 г., как уже было указано выше, Э. Резерфорд предложил планетарную модель атома, в соответствии с которой он представляет собой положительно заряженное ядро (размеры атомных ядер характеризуются порядком величины ~10–12см), окруженное электронами, электростатически уравновешивающими заряд ядра. В целом размеры атомов имеют порядок величины – 10–8 см. Масса электронов незначительна, поэтому без большой погрешности принято считать, что массы атомов и их ядер численно совпадают.
По современным представлениям в состав ядер входят протоны и нейтроны (их часто объединяют общим названием нуклоны). Если ядро включает Z протонов и N нейтронов, то общее число нуклонов A называют массовым числом: A = Z + N; оно представляет собой целое число, близкое к значению точной массы ядра, выраженной в атомных единицах массы.
Таким образом, атомное ядро однозначно определяется символом AZ. Принадлежность атома тому или иному химическому элементу задается числом Z, которое будучи равным числу протонов в ядре, совпадает с атомным номером в периодической таблице элементов. В то же время для нейтрального атома Z соответствует числу электронов, входящих в его состав. Недостаток или избыток электронов по сравнению с Z превращает атом соответственно в положительно или отрицательно заряженный ион.
Z принимает значения натурального ряда чисел и для естественных (природных) элементов находится в пределах 1<Z<92 (от водорода до урана), что соответствует 92-м клеткам таблицы Менделеева. Ядра с одинаковым значением Z могут включать различное число нейтронов N. В связи с этим одному и тому же элементу (который задается числом Z) может соответствовать некий «набор» атомов, масса которых в известной степени различна из-за несовпадения чисел N. Эти разновидности атомов называют изотопами. Таким образом, любой элемент как некое единство атомов, которым соответствует одно и то же число Z, на самом деле характеризуется «ассортиментом» изотопов. Доля каждого из них в составе того или иного природного элемента постоянна и не зависит от места нахождения этого элемента в природе 2 (по крайней мере в изученных пределах). Впрочем существуют элементы (их среди всех природных насчитывается 18, т.е. 20% всего элементного разнообразия), атомы которых представлены единственным изотопом. Это, например, золото, иод, иттрий, марганец, фтор, фосфор. В это же время олово имеет самое большое число природных изотопов, десять; у самария их