How big is Атом водню?

Атом водню — найпростіший атом: один електрон, утримуваний одним протоном. Він має в поперечнику близько 0,11 нанометра, або 110 пікометрів, якщо вимірювати як подвоєний радіус Бора. Нанометр — це мільярдна частка метра, а пікометр — тисячна частка нанометра.

Розмір

Атом не має чіткої межі. Його електрон не рухається фіксованою траєкторією, як планета. Квантова фізика натомість описує його як хмару ймовірності: електрон найімовірніше можна знайти на певній відстані від ядра, а далі від ядра — менш імовірно. Тому хіміки визначають розмір атома кількома способами, і кожен дає інше число.

Наведене тут значення — це подвоєний радіус Бора. Радіус Бора, 52,9 пікометра, — це відстань від протона, на якій електрон найімовірніше можна знайти. Подвоєне значення — 106 пікометрів, що округлюється до 110. Назва вшановує Нільса Бора, чия модель атома 1913 року містила електрон на коловій орбіті саме такого радіуса.

Інші визначення дають інші розміри. Два атоми водню, з’єднані в молекулу, розташовані так, що їхні центри віддалені один від одного на 74 пікометри. Інша міра, радіус Ван дер Ваальса, ґрунтується на тому, наскільки близько можуть підійти один до одного два окремі атоми, перш ніж відштовхнуться. За цією мірою атом водню має в поперечнику близько 220–240 пікометрів.

Порівняння розмірів

• Атом водню приблизно в 60 000 разів ширший за протон у своєму центрі, який має в поперечнику близько 1,7 фемтометра. Фемтометр — це мільйонна частка нанометра.
• Якби атом водню збільшили до довжини поля для американського футболу, яка разом із кінцевими зонами становить 110 метрів, протон цього атома мав би в поперечнику менше ніж 2 міліметри.
• Приблизно 750 000–950 000 атомів водню, розташовані бік о бік, умістилися б упоперек людської волосини.
• Атом водню має в поперечнику 1,06 ангстрема, тобто трохи більше одного. Ангстрем, 100 пікометрів, — це одиниця, яку використовують для розмірів атомів і довжин хімічних зв’язків.
• Жоден звичайний світловий мікроскоп не може показати атом водню. Найдрібніша деталь, яку може розрізнити такий мікроскоп, становить близько 0,2 мікрометра, тобто майже у 2 000 разів більше за ширину атома. Мікрометр — це мільйонна частка метра.

Найпоширеніший елемент

Водень — найпоширеніший елемент у Всесвіті. Сонце приблизно на 75% за масою складається з водню. За високих температур Сонця ядра водню зливаються, утворюючи гелій і вивільняючи величезну кількість енергії. На Землі більша частина водню міститься у воді.

Важчі форми водню

Атоми одного елемента з різною кількістю нейтронів називають ізотопами. Більш ніж у 99,97% атомів водню на Землі ядро — це самотній протон без нейтронів. У 1931 році Гарольд Юрі та його колеги з Колумбійського університету виявили рідкіснішу форму — дейтерій, масою приблизно вдвічі більшою.

Третя форма, тритій, має два нейтрони на додачу до протона. Він радіоактивний, і половина будь-якого зразка розпадається кожні 12,3 року. Тритій утворюється природним шляхом високо в атмосфері, коли космічні промені вдаряють по молекулах азоту в повітрі.

Джерела

• Bohr Radius. NIST, CODATA 2022.
• Theoretical Calculation of Absolute Radii of Atoms and Ions. Part 1. The Atomic Radii. Ghosh and Biswas, International Journal of Molecular Sciences, 2002.
• The Bohr Model. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• The Hydrogen Atom. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• Hydrogen: Radii of Atoms and Ions. WebElements, University of Sheffield.
• Hydrogen. Royal Society of Chemistry, Periodic Table.
• Helium. Royal Society of Chemistry, Periodic Table.
• Atomic Weight of Hydrogen. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• Radionuclide Basics: Tritium. U.S. Environmental Protection Agency.
• The International System of Units (SI). 9th edition, version 4.01. BIPM, 2026.
• Proton RMS Charge Radius. NIST, CODATA 2022.
• 2026 NFL Rulebook. National Football League, 2026.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• The Nobel Prize in Chemistry 2014: Press Release. Royal Swedish Academy of Sciences, 2014.