Коротко: как учёные определяли массу атома
Шаг 1. Химия как база. По законам сохранения массы и соотношений в соединениях учёные вводили относительные «атомные массы» элементов ( Dalton, Пруст). Это было первым шагом к числам, которые можно сравнивать между элементами.
Шаг 2. Газы и Avogadro. Задача: сколько молекул в объёме газа. По гипотезе Авогадро и закону идеального газа равные объёмы газов при одинаковых условиях содержат одинаковое число частиц. Это связало молярную массу с измеряемыми величинами (плотность, давление, температура).
Шаг 3. Приведение к единому стандарту. С помощью методики Канназаро и других учёных стало понятно, как переходить от относительных масс к единому стандарту на основе атома углерода-12. Так возникло понятие атомной массы и, позже, атомная единица массы (1 u = 1/12 массы C-12).
Шаг 4. Современная точность. Сегодня массу отдельных атомов измеряют масс‑спектрометрией, которая определяет массы изотопов с очень высокой точностью. В естественных изотопах масса атома — усреднённая по их относительному количеству.
Шаг 5. Что именно считается. Так, 12C имеет массу ровно 12 u; атом водорода примерно 1.0078 u. Элементы состоят из нуклонов, к которым прибавляются электроны, но вклад электронов мало влияет на итоговую массу в единицах массы.
Итог: масса атома — результат исторического разворачивания химии и физики: от относительных масс и газовых экспериментов до точной измеряемости масс изотопов с помощью масс‑спектрометрии и определения единицы массы.