atom – historikk

I dag vet vi at alle stoffer er bygget opp av atomer. Vi beskriver et atom som en liten, positivt ladet atomkjerne med negativt ladete elektroner som svirrer rundt den.

Denne modellen av et atom har en lang forhistorie som strekker seg frem til begynnelsen av 1900-tallet, da fysikere og kjemikere ble enige om det som er hovedtrekkene i dagens atommodell.

Når man deler et stoff opp i stadig mindre deler, er det bare to muligheter. Enten kan man fortsette å dele, og man kommer aldri til noen slutt, eller man kommer frem til en minste del som man ikke kan dele lenger. Begge mulighetene ble drøftet av antikkens filosofer.

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

I motsetning til dette kom Levkippos og hans elev Demokrit i år 400 fvt frem 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 noe, nemlig det tomme rom, som bevegelsen kan foregå i. Stoffdelene må følgelig være atskilt ved tomrom. Var stoffet delelig i det uendelige, måtte det være tomrom mellom delene, og stoffdelene selv måtte være uendelig 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 dikter Lukrets i hans dikt De rerum natura ca år 60 fvt.

Men Aristoteles trodde ikke på atomer. På grunn av den dominerende innflytelse den aristoteliske lære fikk i middelalderen i Europa, gikk atomteorien nesten helt i glemmeboken i den tidens fysikk og kjemi.

Det var først på 1600-tallet at Pierre Gassendi og Joachim Jungius tok opp igjen de greske forestillingene. I arabisk fysikk hadde man to vesentlig forskjellige atomteorier. Den ene teorien, kalam, holdt atomet for rent abstrakte ting, uten volum eller overflate, men heller ikke som matematiske punkter. Muhamed Razis atomteori lå nær opp til Demokrits. 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 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; de kan ikke spaltes i mindre deler.
4. Grunnstoffenes atomer forener seg i enkle forhold til «compound atoms» eller det vi i dag kaller et molekyl.

Daltons atomteori er av grunnleggende betydning for kjemien og dens utvikling. Atomene og molekylene ble til realiteter som kjemikerne kunne regne med og behandle, selv om de var så små at vi ikke kunne se dem og isolere dem. Kjemiske reaksjoner ble oppfattet som reaksjoner mellom atomer og molekyler, og lovene om de konstante og multiple forhold i de kjemiske forbindelsene fikk en enkel og innlysende forklaring ved Daltons atomteori. Den gav også støtet til de første atommassebestemmelser. Allerede Dalton foretok slike bestemmelser. Det var først med Berzelii mer nøyaktige kvantitative analyser ti år senere at atomteorien ble bekreftet og akseptert av flere.

En viktig støtte for atomteorien ga den italienske fysikeren Amadeo Avogadro i 1811, da han fremsatte hypotesen om at like store volum av forskjellige gasser ved samme trykk og temperatur inneholder like mange molekyler. Det 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.

Til de første forestillinger om atomer var det ikke knyttet elektriske fenomener, selv om man allerede i oldtiden hadde erfart at rav som ble gnidd, kunne trekke til seg lette ting, for eksempel biter av strå. At det kan forekomme både elektrisk tiltrekning og frastøting ble ikke oppdaget før i 1671 av Otto von Guericke, og 62 år etter fant nederlenderen Charles Dufay at det må være to slags elektrisitet, glasselektrisitet og lakkelektrisitet. Disse betegnelsene ble av amerikaneren Benjamin Franklin i 1747 erstattet med betegnelsen positiv og negativ elektrisitet.

Under studier av elektrolyse i 1833–1834 kom Michael Faraday til at elektrisk strøm i en løsning må skyldes bevegelse av elektrisk ladde atomer, og han kom dessuten til at det må forekomme en minste elektrisk ladning. I 1897 påviste J. J. Thomson at det ved elektriske utladninger i en gass forekommer partikler som alle har samme negative ladning, og han antok at den måtte være en elementærladning, en minste elektrisk ladning. Partiklen ble kalt et elektron.

I 1898 påviste den tyske fysikeren Wihelm Wien at det også finnes en positivt ladd partikkel. Den ble av Ernest Rutherford kalt et proton.

Etter en rekke forsøk hvor atomer ble bombardert med alfa-partikler, konkluderte Ernest Rutherford i 1911 med at atomet måtte bestå av en tung kjerne omgitt av lette elektroner som beveget seg i baner i relativt stor avstand fra kjernen. 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 avJames Chadwick , og først da var dagens atommodell komplett. I dag vet vi også at selv protoner og nøytroner er bygget opp av mindre partikler (kvarker).

• atom
• periodesystemet
• atomkraftmikroskopi