Tegning
Atomet består av en kjerne, og rundt den kretser elektroner. Kjernen inneholder protoner og nøytroner, og disse er igjen bygd opp av kvarker. En rekner med at disse er like fundamentale som elektronene.
Atom
Av /Store norske leksikon.

Atom er den minste mengden av et grunnstoff. Alt stoff består av atomer.

Faktaboks

Uttale
atˈom
Etymologi
av gresk atomos, ‘udelelig’

Atomet er bygd opp av en kjerne som igjen er bygd opp av protoner, og nøytroner. Disse er igjen bygd opp av kvarker. Rundt kjernen har atomet ei «sky» av elektroner. Protonene i kjernen har positiv elektrisk ladning og nøytronene har nøytral ladning. Derfor har atomkjernen positiv ladning. Elektronene har derimot negativ elektrisk ladning.

Atomkjernen er udelelig ved kjemiske reaksjoner. Men protoner eller nøytroner kan rives løs fra kjernen dersom atomet bombarderes utafra med ulike partikler. Atomkjerner av noen grunnstoff kan også endre seg uten påvirkning utafra. Det skjer gjennom radioaktive prosesser (se grunnstoffomdanning).

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.

Atomkjernen

Atomkjernen er bygd opp av positivt ladde protoner og elektrisk nøytrale nøytroner. Protoner og nøytroner kalles samlet for nukleoner. Et proton og et nøytron er omtrent like tungt. 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.

Elektronene

Atom

Atom. Skjematisk framstilling av elektronbanene i noen atomer etter Bohrs teori fra 1922. Det svarte punktet er kjernen. Sirklene og ellipsene er elektronenes baner. Tallene refererer til den systematiske ordning av banene.

Av /Store norske leksikon ※.
Atom

Atom. Ifølge Bohrs (naive) atommodell beveger elektronene seg i visse bestemte sirkelbaner rundt atomkjernen. Atomene sender ut stråling med karakteristisk bølgelengde når et elektron går over fra en bane til en annen. Til venstre vises en skjematisk figur av et atom hvor overganger mellom de seks innerste elektronskallene er tegnet inn, til høyre vises det tilsvarende energidiagrammet.

Av /Store norske leksikon ※.

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, 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 å bombardere med 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 atomene inngår kjemiske forbindelser med hverandre. Derfor er det i første rekke antallet elektroner og deres energi (med andre ord hvilket elektronskall de er plassert i) som bestemmer grunnstoffenes kjemiske egenskaper. Atomkjernen er derimot svært stabil og blir ikke påvirka av vanlige kjemiske reaksjoner.

Atomets masse

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 \(\frac{1}{12}\) av denne massen. Denne enheten kalles atommasseenheten og har symbol u.

De aller fleste grunnstoffene er en blanding av isotoper. De angitte atommassetallene er gjennomsnittsverdier. Blandingsforholdene 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) og to nøytroner. To hydrogenatomer og to nøytroner har til sammen massen 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.

Historikk

De tidligste naturfilosofene i antikkens Hellas tenkte seg at stoff var kontinuerlig, det vil si delelig i det uendelige. Anaxagoras utformet denne teorien til sin ytterste konsekvens og uttalte: «Alt inneholdes i alt», eller med andre ord at ethvert stoff er en blanding av alle mulige stoffer.

I motsetning til dette kom Levkippos og hans elev Demokrit i år 400 fvt. frem til at materien ikke kunne være delelig i det uendelige. I stedet antok de at materien måtte være bygd opp av små, udelelige partikler, som de kalte atomer, og som de tenkte seg måtte være adskilt ved tomt rom. Levkippos kom til dette resultatet ved å gå ut fra at det er bevegelse til stede i verden. Det må derfor være et tomt rom som bevegelsen kan foregå i. Stoffdelene må derfor være adskilt ved tomrom. Hvis stoffet skulle være delelig i det uendelige, måtte det være tomrom mellom delene, og stoffdelene selv måtte være bitte små, det vil si at de ikke kunne eksistere. Med udelelig menes her fysikalsk udelelig, slik at man godt kan tenke seg atomet delt videre som enhver geometrisk figur. Levkippos tenkte seg atomene dannet av ett og samme urstoff. Det var bare formen som var forskjellig. Atomets form ble derfor det som karakteriserte dem.

Demokrit utviklet atomteorien videre. Han mente at ikke bare atomets form, men også dets størrelse kunne variere. Demokrits lære ble delvis overtatt av epikureerne, og ble også skildret av den romerske dikteren Lukrets i diktet De rerum natura fra rundt år 60 fvt.

Aristoteles trodde derimot ikke på atomer. På grunn av den dominerende innflytelsen den aristoteliske lære fikk i middelalderen i Europa, gikk atomteorien nesten helt i glemmeboken.

Arabisk vitenskap

I arabisk vitenskap hadde man to vesentlig forskjellige atomteorier. Den ene teorien, kalam, holdt atomene for rent abstrakte ting, uten volum eller overflate, men heller ikke som matematiske punkter. Muhamed Razis atomteori lå nær opp til Demokrits.

Fremvekst av moderne atomteori

Også Robert Boyle og Isaac Newton benyttet seg av atombegrepet, men det var først John Dalton som ved sin atomhypotese fra 1807 kan sies å ha lagt grunnlaget for dagens atommodell.

Dalton hevdet at:

  1. Alle grunnstoffer er bygd opp av atomer.
  2. Alle atomer som hører til samme grunnstoff, er identiske i vekt, størrelse og form, men har en vekt, størrelse og form som er forskjellig fra alle andre grunnstoffers atomer.
  3. Atomene er udelelige og kan ikke spaltes i mindre deler.
  4. Grunnstoffenes atomer forener seg i enkle forhold til «sammensatte atomer» eller det vi i dag kaller et molekyl.

Med Daltons atomteori ble atomer og molekyler til realiteter som kjemikerne kunne regne med og behandle, selv om de var så små at de ikke kunne observeres og isoleres. Kjemiske reaksjoner ble oppfattet som reaksjoner mellom atomer og molekyler. Teorien gav også støtet til de første bestemmelsene av atommasse. Det var først med Jacob Berzelius' mer nøyaktige kvantitative analyser at atomteorien ble bekreftet og akseptert av flere.

En viktig støtte for atomteorien ga den italienske fysikeren Amadeo Avogadro i 1811, da han hevdet at like store volum av forskjellige gasser ved samme trykk og temperatur inneholder like mange molekyler (Avogadroloven). Dette åpnet for en alternativ metode til å bestemme relative atom- og molekylvekter, selv om det tok nesten femti år før Avogadros lov ble alminnelig akseptert.

Dagens atommodell

Den britiske fysikeren Ernest Rutherford fant i 1911 ut at atomet måtte bestå av en tung kjerne omgitt av lette elektroner som gikk i baner i relativt stor avstand fra kjernen. Den danske fysikeren Niels Bohr foreslo i 1913 en teoretisk modell for et slikt atom. Bohrs modell ble igjen erstattet med en teoretisk atommodell foreslått av Erwin Schrödinger i 1926. Denne modellen er det mest presise uttrykket for den atommodellen som brukes i kjemien i dag.

Den siste kjernepartikkelen, nøytronet, ble funnet i 1932 av James Chadwick. Først med den var dagens atommodell komplett. I dag vet vi også at selv protoner og nøytroner er bygget opp av mindre partikler (kvarker).

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg