Ahora bien, los átomos, aunque son inimaginablemente pequeños, también tienen masa, igual que los objetos cotidianos. Los átomos de cada elemento tienen una masa que los distingue. Hay elementos con átomos muy ligeros, por ejemplo el hidrógeno; hay elementos con átomos de masa intermedia, por ejemplo el hierro; y hay elementos con átomos muy pesados, por ejemplo el uranio. La masa de un átomo individual se denomina “masa atómica”. Por lo tanto, cada elemento tiene una masa atómica característica. Actualmente se conocen las masas atómicas de todos los elementos y se registran en la tabla periódica. Por ejemplo, las masas atómicas de los elementos que mencioné antes son: hidrógeno = 1, hierro = 56, uranio = 238.
La masa de los objetos cotidianos se mide utilizando una báscula; sin embargo, este instrumento no puede utilizarse en los átomos individuales, ya que son increíblemente pequeños. Evidentemente un átomo no se puede pesar directamente en una báscula. ¿Entonces cómo se determinó la masa atómica de cada elemento?
Para determinar por primera vez las masas atómicas de los elementos se empleó un método indirecto: comparando las proporciones en que se combinan químicamente los elementos al formar compuestos. Es un hecho comprobado experimentalmente que cuando los elementos se combinan para formar compuestos lo hacen siempre en cantidades (masas) determinadas. Por ejemplo, cuando se combina el carbono con el oxígeno para formar monóxido de carbono, por cada 12 gramos de carbono siempre se combinan 16 gramos de oxígeno. Si interpretamos este hecho utilizando la teoría atómica podemos pensar que cada átomo del carbono se une con cada átomo del oxígeno para formar moléculas de monóxido de carbono. Entonces, la relación 12:16 que se observa experimentalmente en las masas que se combinan de carbono y oxígeno, debe ser la misma relación que hay entre las masas de los átomos individuales de carbono y de oxígeno. Por lo tanto, si asignamos (arbitrariamente) al átomo de carbono una masa de 12, entonces la masa del átomo de oxígeno debe ser 16.
De acuerdo con esta idea se determinaron las masas atómicas de la mayoría de los elementos: comparando las masas de elementos que se combinan químicamente y tomando uno de dichos elementos como patrón de referencia. El elemento que se eligió al principio como referencia fue el hidrógeno, debido a que se observó que es el elemento más ligero de todos. Por ello al hidrógeno se le asignó (arbitrariamente) una masa atómica de 1. Y a partir de esa masa atómica patrón del hidrógeno se determinaron las masas atómicas de los otros elementos, midiendo experimentalmente las cantidades de dichos elementos que se combinaban con una masa determinada de hidrógeno. Posteriormente se cambió el elemento de referencia, del hidrógeno al carbono, asignándole al carbono una masa atómica de 12; pero los valores anteriores de las masas atómicas de todos los elementos se modificaron muy poco con este cambio.
Como la escala de masas atómicas es una escala relativa, basada en un patrón de referencia arbitrario, las unidades de medición correspondientes a las masas atómicas también se designaron arbitrariamente como “unidades de masa atómica” (uma). De modo que al hablar de las masas atómicas no debemos pensar en gramos o kilogramos, como en los objetos cotidianos, sino en unidades de masa atómica (uma).
Tiempo después de la determinación de la mayoría de las masas atómicas, se descubrió que los átomos están formados por tres partículas todavía más pequeñas, denominadas “protón”, “electrón” y "neutrón”; y que la masa de los electrones comparada con la de protones y neutrones es tan pequeña que puede despreciarse. Otro descubrimiento que se hizo fue que un átomo de hidrógeno estaba formado sólo por un protón y un electrón (sin neutrones). Dado que al hidrógeno ya se le había asignado una masa atómica de 1 uma, entonces resultó que la masa de un protón sería de 1 uma. Y como también se descubrió que el neutrón tenía prácticamente la misma masa que el protón, resultó que la masa de un neutrón era igualmente de 1 uma. En consecuencia, dado que se considera que la masa de un átomo está dada únicamente por sus protones y neutrones (despreciando a los electrones), entonces la masa de un átomo específico corresponde a la suma de sus protones más sus neutrones (ya que cada protón y cada neutrón tiene una masa de 1 uma). Por ejemplo, un átomo de oro tiene 79 protones y 118 neutrones, por lo tanto la masa de este átomo es 79 + 118 = 197 uma.
En conclusión, aunque los átomos son partículas increíblemente pequeñas, también tienen una masa determinada denominada “masa atómica”. La masa atómica no se puede medir directamente utilizando una báscula, por lo que, la determinación experimental de las masas atómicas consistió en hallar la masa relativa de los átomos de los diferentes elementos. Es decir, encontrar las proporciones en que se combinan los elementos al formar compuestos, para determinar cuán pesado era un átomo de un elemento comparado con un átomo de otro elemento; y elegir un elemento como patrón de referencia, asignándole arbitrariamente una masa atómica específica. La masa atómica se mide en unidades especiales denominadas “unidades de masa atómica” (uma). Y la masa de un átomo específico se puede calcular sumando su número de protones y de neutrones.
