atom

Atomkjernen er bygd opp av positivt ladde protoner og elektrisk nøytrale nøytroner, partikler som en under ett kaller nukleoner. De er omtrent like tunge. Antallet protoner bestemmer kjernens elektriske ladning og dermed hva for et grunnstoff atomet tilhører. Antallet protoner er lik atomnummeret i grunnstoffenes periodesystem.

Kjernen i forskjellige atomer av et grunnstoff kan inneholde et varierende antall nøytroner. Dette fører til at et grunnstoff kan opptre som forskjellige isotoper. Isotopene av et grunnstoff har samme kjemiske egenskaper. Men fordi massetallet er forskjellig, vil enkelte fysiske egenskaper være ulike. Isotoper beskrives gjerne med massetallet i hevet skrift foran grunnstoffets atomsymbol. For eksempel skrives den vanligste isotopen av grunnstoffet karbon slik: ¹²C (uttales «C tolv» eller «karbon tolv»). Massetallet 12 betyr at i tillegg til de seks protonene som finnes i alle karbonatomer, er det her seks nøytroner i kjernen.

Les mer om atomkjerne.

Rundt atomkjernen i et nøytralt atom beveger det seg like mange elektroner som det er protoner i kjernen. Det er disse som bestemmer atomenes kjemiske og optiske egenskaper. Et proton og et elektron har like stor elektrisk ladning, men med motsatt fortegn. Elektronets ladning kalles den elektriske elementærladninga; e.

Elektronene som beveger seg rundt kjernen sies å utgjøre atomets elektronsky. Her befinner elektronene seg i tilstander med ulik energi. Elektroner med samme energi kan sies å være i samme elektronskall.

Forenkla (og klassisk) tenker en ofte at elektronene beveger seg i bestemte baner som planetene rundt sola. Dette bildet brukes ofte i illustrasjoner, som i de tre figurene her. Men slike bilder er delvis misvisende. I kvantefysikk kan en ikke bestemme banene eksakt, men bare si noe om sannsynligheten for at elektronene er i bestemte områder rundt atomkjernen. Derimot kan de ulike energitilstandene til atomet bestemmes ut i fra fargene på lyset atomet kan sende ut og absorbere.

De elektronene som er svakest bundet til kjernen, kan forholdsvis lett la seg fjerne ved bombardement av andre partikler eller for eksempel ved røntgenstråling (såkalt ionisering).

Hvis ett eller flere elektroner blir fjerna fra atomet, oppstår det et positivt ladd ion. Ioneladningen svarer til det antallet elektroner som er fjerna. Atomer kan også ta opp elektroner. I dette tilfellet dannes det negativt ladde ioner, og ladninga deres svarer til det antallet elektroner atomet har tatt opp.

Det er slike og liknende endringer som foregår i elektronskallet når atoma inngår kjemiske forbindelser med hverandre. Derfor blir grunnstoffas kjemiske egenskaper i første rekke bestemt ved antallet elektroner og deres energi (med ande ord hvilket elektronskall de er plassert i). Atomkjernen er derimot svært stabil og blir ikke påvirka av vanlige kjemiske reaksjoner.

Atomets størrelse bestemmes av kjernen og elektronfordelinga. Størrelsen varierer fra 0,1 nanometer til noen få ganger større. Dette betyr at en må legge rundt 100 millioner atomer etter hverandre i rekke for hver centimeter.

Praktisk talt all masse i et atom er i kjernen. Elektronenes masse er mindre enn en promille (tusendel) av atommassen.

De absolutte atommassene er ufattelig små. De er fra 10⁻²⁴ gram (et kvadrilliondels gram) til 10⁻²² gram. Talla er her skrevet på standardform.

Siden det er svært upraktisk å regne med så små tall, har en valgt å angi atommassene i forhold til massen for et bestemt, utvalgt atom. Dette kalles relativ atommasse, eller atomvekt. I 1961 blei det internasjonalt vedtatt å velge massen av karbonisotopen med massetall 12 (¹²C, uttales «karbon tolv») som ny standard for atommasser. Dette atomets masse blei i definisjonen satt lik 12, og som enhet i den relative atommasseskalaen valgte en ¹/₁₂ av denne massen. Denne enheten kalles atommasseenheten. Den har fått symbolet u.

De aller fleste grunnstoffa er en blanding av isotoper. Derfor vil de angitte atommassetallene være gjennomsnittsverdier. Blandingsforholda for isotoper er konstante, slik at også gjennomsnittsverdiene er konstante størrelser som kan brukes for kjemiske beregninger. Det finnes enkelte unntak. For eksempel varierer blandingsforholdet mellom svovelets isotoper med hvor de forekommer geografisk på Jorda. Se også isotop.

Helium består av 100 prosent ⁴He og kan tenkes bygd opp av to hydrogenatomer ¹H) pluss to nøytroner. Massen for to hydrogenatomer pluss to nøytroner er 4,034. Helium har likevel en relativ atommasse som er mindre: 4,003. Denne forskjellen i masse har å gjøre med energi, slik vi ser det i Albert Einsteins likning E = mc². Her står E for energien, m for massen og c er lysfarten. Når helium blir danna ved fusjon av hydrogen, blir det frigjort energi.

At det skulle finns et minste del av et stoff som ikke kunne deles opp videre er en idé som stammer fra greske filosofer som levde om lag 400 fvt. Ordet atomos betyr udelelig. Ideen er gjerne knytta til navnet Demokrit. Men Aristoteles, som levde litt seinere, trudde ikke på ideen om atomer. På grunn av den sterke posisjonen hans opp gjennom middelalderen helt opp til 1600-tallet, ble ideen om atomer stort sett glømt.

Først tidlig på 1800-tallet kom atombegrepet fram i lyset igjen med John Dalton og Amadeo Avogadro. Ved å bombardere atomer med alfa-partikler, fant Ernest Rutherford i 1911 at atomet måtte bestå av en tung kjerne omgitt av lette elektroner som bevega seg i bane rundt denne kjernen. Niels Bohr foreslo i 1913 en teoretisk modell for et slikt atom som blei videreutvikla av Erwin Schrödinger.

• Les mer under atom – historikk

• kjernefysikk
• atomkjerne
• elementærpartikler
• atomteori
• atomteoriens historie
• periodesystemet
• grunnstoff
• isotop