Сколько в природе различных атомов и молекул?

В природе существует огромное количество различных атомов и молекул, но их число зависит от того, что именно считать «различными».

Атомы.
Если говорить об атомах химических элементов, то в природе известно 118 химических элементов (от водорода до оганесона). Из них около 90 встречаются в природе в заметных количествах, а остальные в основном были получены искусственно или существуют в природе только в следовых количествах в результате радиоактивных процессов.

Каждый элемент представлен атомами с определённым числом протонов в ядре. Например:

• водород — 1 протон;

• углерод — 6 протонов;

• кислород — 8 протонов;

• железо — 26 протонов;

• уран — 92 протона.

Кроме того, существуют изотопы — разновидности атомов одного и того же элемента с разным количеством нейтронов. Например, у углерода есть углерод-12, углерод-13 и радиоактивный углерод-14. Всего известно несколько тысяч изотопов различных элементов.

Молекулы.
С молекулами ситуация намного сложнее. Комбинации атомов могут создавать огромное количество веществ. Даже если ограничиться только естественными соединениями, их число составляет миллионы и десятки миллионов.

Например:

• вода H₂O состоит всего из трёх атомов, но является отдельным веществом;

• углекислый газ CO₂ имеет другой состав и свойства;

• белки, ДНК, природные полимеры содержат тысячи и миллионы атомов и могут иметь огромное количество вариантов строения.

Точное количество молекул в природе подсчитать невозможно, потому что:

1. атомы могут соединяться множеством способов;

2. одинаковый набор атомов может иметь разное расположение (изомеры);

3. крупные природные молекулы могут быть практически бесконечно разнообразными.

Например, молекула с формулой C₂₀H₄₂ (углеводород с 20 атомами углерода и 42 атомами водорода) может существовать в разных пространственных вариантах. Для сложных органических молекул количество возможных структур растёт очень быстро.

Если учитывать все возможные молекулы, которые могут существовать по законам физики и химии, их число может быть практически неограниченным. Уже для молекул, состоящих из нескольких десятков атомов, количество возможных вариантов превышает число атомов во всей наблюдаемой Вселенной.

Итого:

• видов атомов химических элементов — 118;

• известных изотопов — несколько тысяч;

• известных молекул и химических соединений в природе — миллионы и больше;

• теоретически возможных молекул — огромное, практически неисчислимое количество.