atom

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.

• 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, 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.

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.

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.

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