Et atom er den mindste enhed af partikler, der findes som et simpelt stof, som kan være involveret i en kemisk kombination. Gennem århundrederne var den begrænsede viden, der var om atomet, kun genstand for formodninger og antagelser, så konkrete data først kunne opnås mange år senere. I det 18. og 19. århundrede foreslog den engelske videnskabsmand John Dalton eksistensen af atomer som en ekstremt lille enhed, som al materie ville være sammensat af, og tildelte dem masse og repræsenterede dem som faste og udelelige sfærer.
Hvad er et atom
Indholdsfortegnelse
Det er den mindste enhed af stof, som faste stoffer, væsker og gasser består af. Atomer er grupperet sammen, idet de kan være af samme type eller forskellige for at danne molekyler, som igen udgør det stof, som eksisterende kroppe er sammensat af. Forskere har imidlertid bestemt, at kun 5% af stoffet i universet består af atomer, da mørkt stof (som optager mere end 20% af universet) består af ukendte partikler samt mørk energi (som indtager 70%).
Navnet stammer fra det latinske atomus, som betyder "udelelig", og de, der gav det denne terminologi, var de græske filosoffer Democritus (460-370 f.Kr.) og Epicurus (341-270 f.Kr.).
Disse filosoffer, der uden at have eksperimenteret, i søgen efter et svar på spørgsmålet om, hvad vi er sammensat af og forklaringen af virkeligheden, konkluderede, at det var umuligt at opdele sagen uendeligt, at der måtte være en "top", hvilket betød, at det ville have nået minimumsgrænsen for, hvad alle ting består af. De kaldte denne "top" for et atom, da minimumspartiklen ikke længere kunne opdeles, og universet ville være sammensat af det. Det skal tilføjes, at dette koncept stadig bevares i dag, når det kommer til, hvad et atom er.
Den består af en kerne, hvor der er mindst en proton og det samme antal neutroner (hvis union kaldes en "kerne"), og mindst 99,94% af dens masse findes i kernen. De resterende 0,06% består af elektroner, der kredser om kernen. Hvis antallet af elektroner og protoner er det samme, er atomet elektrisk neutralt; hvis den har flere elektroner end protoner, vil dens ladning være negativ, og den bestemmes som en anion; og hvis antallet af protoner overstiger elektronerne, vil deres ladning være positivt og kaldes en kation.
Dens størrelse er så lille (cirka ti milliardedels meter), at hvis en genstand blev delt et betydeligt antal gange, ville der ikke længere være noget af det materiale, den var sammensat af, men elementernes atomer ville forblive det, i kombination dannede de det, og disse er praktisk talt usynlige. Imidlertid har ikke alle typer atomer samme form og størrelse, da det afhænger af flere faktorer.
Elementer af et atom
Atomer har andre komponenter, der udgør dem kaldet subatomære partikler, som ikke kan eksistere uafhængigt, medmindre det er under specielle og kontrollerede forhold. Disse partikler er: elektroner, som har en negativ ladning; protoner, som er positivt ladede; og neutroner, hvis ladning er ens, hvilket gør dem elektrisk neutrale. Protoner og neutroner findes i atomets kerne (centrum) og danner det, der er kendt som en nukleon, og elektroner kredser om kernen.
Protoner
Denne partikel findes i atomens kerne, der udgør en del af nukleonerne, og dens ladning er positiv. De bidrager med omkring 50% af atomets masse, og deres masse svarer til 1836 gange massen af et elektron. De har dog lidt mindre masse end neutroner. Protonen er ikke en elementær partikel, da den er sammensat af tre kvarker (som er en type fermion, en af de to eksisterende elementære partikler).
Antallet af protoner i et atom er afgørende for at definere typen af element. For eksempel har carbonatomet seks protoner, mens et hydrogenatom kun har en proton.
Elektroner
De er de negative partikler, der kredser om atomens kerne. Dens masse er så lille, at den betragtes som engangsbrug. Normalt er antallet af elektroner i et atom det samme som protoner, så begge opladninger annullerer hinanden.
Elektronerne fra forskellige atomer er forbundet med Coulomb- kraften (elektrostatisk), og når de deles og udveksles fra et atom til et andet, forårsager det de kemiske bindinger. Der er elektroner, der kan være frie uden at være knyttet til noget atom; og dem, der er knyttet til en, kan have baner af forskellig størrelse (jo større orbital radius, den større energien i det).
Elektronen er en elementær partikel, da den er en type fermion (leptoner), og den udgør ikke noget andet element.
Neutroner
Det er atomens subatomære neutrale partikel, det vil sige, at den har den samme mængde positiv og negativ ladning. Dens masse er lidt højere end protoner, som den danner atomets kerne med.
Ligesom protoner er neutroner sammensat af tre kvarker: to faldende eller nedad med ladning -1/3 og en stigende eller opad med ladning +2/3, hvilket resulterer i en samlet ladning på nul, hvilket giver det neutralitet. En neutron i sig selv kan ikke eksistere uden for kernen, da dens gennemsnitlige levetid uden for kernen er ca. 15 minutter.
Mængden af neutroner i et atom bestemmer ikke dets natur, medmindre det er en isotop.
Isotoper
De er en type atomer, hvis nukleare sammensætning ikke er rimelig; det vil sige, det har det samme antal protoner, men et andet antal neutroner. I dette tilfælde vil atomerne, der udgør det samme element, være forskellige, differentieret med antallet af neutroner, de indeholder.
Der er to typer isotoper:
- Naturligt, findes i naturen, såsom hydrogenatomet, som har tre (protium, deuterium og tritium); eller carbonatomet, som også har tre (carbon-12, carbon-13 og carbon-14; hver med forskellige hjælpeprogrammer).
- Kunstige, der produceres i kontrollerede miljøer, hvor subatomære partikler bombarderes, idet de er ustabile og radioaktive.
Der er stabile isotoper, men stabiliteten er relativ, da skønt de er radioaktive på samme måde, er deres nedbrydningsperiode lang sammenlignet med eksistensen af planeten.
Hvordan elementerne i et atom defineres
Et atom vil være differentieret eller defineret af flere faktorer, nemlig:
- Mængde af protoner: variationen i dette antal kan resultere i et andet andet element, da det bestemmer hvilket kemisk element det tilhører.
- Antal neutroner: angiver elementets isotop.
Kraften, hvormed protoner tiltrækker elektroner, er elektromagnetisk; mens den, der tiltrækker protoner og neutroner, er nuklear, hvis intensitet er større end den første, som afviser positivt ladede protoner fra hinanden.
Hvis antallet af protoner i et atom er højt, vil den elektromagnetiske kraft, der frastøder dem, blive stærkere end den nukleare, der er en sandsynlighed for, at nukleonerne vil blive udvist fra kernen, hvilket frembringer nukleart henfald, eller hvad der også er kendt som radioaktivitet; for senere at resultere i nuklear transmutation, som er omdannelsen af et element til et andet (alkymi).
Hvad er en atommodel
Det er et skema, der hjælper med at definere, hvad et atom er, dets sammensætning, dets fordeling og de egenskaber, det præsenterer. Siden fødslen af udtrykket er der udviklet forskellige atommodeller, som gjorde det muligt for os bedre at forstå materiets strukturering.
De mest repræsentative atommodeller er:
Bohr atommodel
Den danske fysiker Niels Bohr (1885-1962) blev efter studier med sin professor, kemikeren og også fysikeren Ernest Rutherford, inspireret af sidstnævntes model til at eksponere sin egen, idet man tog hydrogenatomet som en guide.
Bohrs atommodel består af en slags planetarisk system, hvor kernen er i midten, og elektroner bevæger sig rundt som planeter, i stabile og cirkulære baner, hvor den større gemmer mere energi. Det inkluderer absorption og emission af gasser, Max Plancks kvantiseringsteori og den fotoelektriske effekt af
Albert Einstein
Elektroner kan hoppe fra en bane til en anden: hvis den går fra en med lavere energi til en anden med højere energi, vil den øge et kvantum energi for hver bane, den når; Det modsatte sker, når det går fra højere til lavere energi, hvor det ikke kun falder, men også mister det i form af stråling såsom lys (foton).
Imidlertid havde Bohrs atommodel fejl, da den ikke var anvendelig til andre typer atomer.
Dalton atommodel
John Dalton (1766-1844), matematiker og kemiker, var banebrydende for udgivelsen af en atommodel med videnskabelig basis, hvor han erklærede, at atomerne lignede billardkugler, det vil sige sfæriske.
Daltons atommodel fastslår i sin tilgang (som han kaldte "atomteori"), at atomer ikke kan opdeles. Det fastslår også, at atomerne i det samme element har samme kvaliteter, inklusive deres vægt og masse; at selvom de kan kombineres, forbliver de udelelige med enkle forhold; og at de kan kombineres i forskellige proportioner med andre typer atomer for at skabe forskellige forbindelser (forening af to eller flere typer atomer).
Denne atommodel af Dalton var inkonsekvent, fordi den ikke forklarede tilstedeværelsen af de subatomære partikler, da tilstedeværelsen af elektronen og protonen var ukendt. Det kunne heller ikke forklare fænomenerne radioaktivitet eller elektronernes strøm (katodestråler); desuden tager det ikke højde for isotoper (atomer af det samme element med forskellig masse).
Rutherford atommodel
Denne model er rejst af fysikeren og kemikeren Ernest Rutherford (1871-1937) og er en analogi med solsystemet. Rutherfords atommodel fastslår, at den højeste procentdel af atommassen og dens positive del findes i dens kerne (centrum); og den negative del eller elektroner, drejer rundt om den i elliptiske eller cirkulære baner med et vakuum imellem dem. Således blev det den første model til at adskille atomet i kerne og skal.
Fysikeren udførte eksperimenter, hvor han beregnede partiklernes spredningsvinkel, når de ramte en guldfolie, og bemærkede, at nogle sprang i uoverensstemmende vinkler, hvormed han konkluderede, at deres kerne skal være lille, men med stor tæthed. Tak til Rutherford, som var studerende af JJ Thomson, havde man også den første forestilling om tilstedeværelsen af neutroner. En anden præstation var at rejse spørgsmål om, hvordan positive ladninger i kernen kunne forblive sammen i et så lille volumen, hvilket senere førte til opdagelsen af en af de grundlæggende interaktioner: den stærke atomkraft.
Rutherfords atommodel var inkonsekvent, da den stred mod Maxwells love om elektromagnetisme; det forklarede heller ikke fænomenerne med energistråling i overgangen af en elektron fra en høj til lav energitilstand.
Thomsons atommodel
Det blev afsløret af videnskabsmanden og vinderen af 1906 Nobelprisen i fysik, Joseph John Thomson (1856-1940). Thomsons atommodel beskriver atomet som en positivt ladet sfærisk masse med elektroner indsat i det, som en rosinpudding. Antallet af elektroner i denne model var tilstrækkeligt til at neutralisere den positive ladning, og fordelingen af den positive masse og elektronerne var tilfældig.
Han eksperimenterede med katodestråler: i et vakuumrør passerede han strømstråler med to plader og producerede et elektrisk felt, der afbøjede dem. Således besluttede han, at elektricitet var sammensat af en anden partikel; at opdage eksistensen af elektroner.
Imidlertid var Thomsons atommodel kort, uden akademisk accept. Hans beskrivelse af atomets indre struktur var forkert, såvel som fordelingen af ladninger, det tog ikke højde for eksistensen af neutroner, og det var ikke kendt om protoner. Det forklarer heller ikke regelmæssigheden af elementernes periodiske system.
På trods af dette tjente deres studier som grundlag for senere opdagelser, da det fra denne model var kendt om eksistensen af subatomære partikler.
Atommasse
Repræsenteret med bogstavet A kaldes den samlede masse af protoner og neutroner indeholdt i et atom atommasse uden at tage hensyn til elektroner, da deres masse er så lille, at den kan kasseres.
Isotoper er variationer af atomer af det samme element med det samme antal protoner, men et andet antal neutroner, så deres atommasse vil være forskellig, selv når de er meget ens.
Atom nummer
Det er repræsenteret af bogstavet Z og henviser til antallet af protoner indeholdt i et atom, som er det samme antal elektroner i det. Mendeleevs periodiske system over elementerne fra 1869 er bestilt fra mindste til største efter atomnummer.
