atomen zijn de basiseenheden van materie en de definiërende structuur van elementen. De term “atoom” komt van het Griekse woord voor ondeelbaar, omdat ooit gedacht werd dat atomen de kleinste dingen in het universum waren en niet verdeeld konden worden. We weten nu dat atomen bestaan uit drie deeltjes: protonen, neutronen en elektronen — die zijn samengesteld uit nog kleinere deeltjes, zoals quarks.
atomen werden gecreëerd na de oerknal 13,7 miljard jaar geleden., Naarmate het hete, dichte nieuwe universum afkoelde, werden de omstandigheden geschikt voor quarks en elektronen om zich te vormen. Quarks kwamen samen om protonen en neutronen te vormen, en deze deeltjes werden samengevoegd tot kernen. Dit alles vond plaats binnen de eerste paar minuten van het bestaan van het universum, volgens CERN.het duurde 380.000 jaar voordat het heelal genoeg afkoelde om de elektronen te vertragen zodat de kernen ze konden vangen om de eerste atomen te vormen. De vroegste atomen waren voornamelijk waterstof en helium, die nog steeds de meest voorkomende elementen in het heelal, volgens Jefferson Lab., Zwaartekracht zorgde er uiteindelijk voor dat gaswolken samensmelten en sterren vormden, en zwaardere atomen werden (en worden nog steeds) in de sterren gecreëerd en door het heelal gestuurd toen de ster explodeerde (supernova).
atomaire deeltjes
protonen en neutronen zijn zwaarder dan elektronen en bevinden zich in de kern in het centrum van het atoom. Elektronen zijn extreem licht van gewicht en bestaan in een wolk rond de kern. De elektronenwolk heeft een straal van 10.000 keer groter dan de kern, volgens het Los Alamos National Laboratory.,
protonen en neutronen hebben ongeveer dezelfde massa. Een proton is echter ongeveer 1835 keer massiever dan een elektron. Atomen hebben altijd een gelijk aantal protonen en elektronen, en het aantal protonen en neutronen is meestal hetzelfde. Het toevoegen van een proton aan een atoom maakt een nieuw element, terwijl het toevoegen van een neutron maakt een isotoop, of zwaardere versie, van dat atoom.
kern
De kern werd in 1911 ontdekt door Ernest Rutherford, een natuurkundige uit Nieuw-Zeeland., In 1920 stelde Rutherford de naam proton voor voor de positief geladen deeltjes van het atoom. Hij theoretiseerde ook dat er een neutraal deeltje in de kern zat, wat James Chadwick, een Britse natuurkundige en student van Rutherford, in 1932 kon bevestigen.
vrijwel alle Massa van een atoom bevindt zich in zijn kern, volgens scheikundige LibreTexts. De protonen en neutronen die deel uitmaken van de kern zijn ongeveer dezelfde massa (het proton is iets minder) en hebben hetzelfde impulsmoment, of spin.,
de kern wordt bij elkaar gehouden door de sterke kracht, een van de vier basiskrachten in de natuur. Deze kracht tussen protonen en neutronen overwint de afstotende elektrische kracht die anders de protonen uit elkaar zou duwen, volgens de regels van elektriciteit. Sommige atoomkernen zijn onstabiel omdat de bindingskracht voor verschillende atomen varieert op basis van de grootte van de kern. Deze atomen zullen dan vervallen in andere elementen, zoals koolstof-14 vervallen in stikstof-14.,
protonen
protonen zijn positief geladen deeltjes die in atoomkernen worden aangetroffen. Rutherford ontdekte ze in experimenten met kathodestraalbuizen die werden uitgevoerd tussen 1911 en 1919. Protonen zijn ongeveer 99,86% zo massief als neutronen.
het aantal protonen in een atoom is uniek voor elk element., Bijvoorbeeld, koolstofatomen hebben zes protonen, waterstofatomen hebben één en zuurstofatomen hebben acht. Het aantal protonen in een atoom wordt aangeduid als het atoomnummer van dat element. Het aantal protonen bepaalt ook het chemische gedrag van het element. Elementen zijn gerangschikt in het Periodiek Systeem van de elementen in volgorde van toenemend atoomnummer.,
drie quarks vormen elk proton-twee ” up ” quarks (elk met een twee derde positieve lading) en een “down” quark (met een derde negatieve lading)-en ze worden bij elkaar gehouden door andere subatomaire deeltjes, gluonen, die massaloos zijn.
elektronen
elektronen zijn minuscuul in vergelijking met protonen en neutronen, meer dan 1800 keer kleiner dan een proton of een neutron. Elektronen zijn ongeveer 0,054% zo massief als neutronen, volgens Jefferson Lab. Joseph John (J. J.) Thomson, een Britse natuurkundige, ontdekte het elektron in 1897, volgens het Science History Institute., Oorspronkelijk bekend als “bloedlichaampjes,” elektronen hebben een negatieve lading en worden elektrisch aangetrokken tot de positief geladen protonen. Elektronen omringen de atoomkern in banen die orbitalen worden genoemd, een idee dat in de jaren 1920 door Erwin Schrödinger, een Oostenrijkse natuurkundige, naar voren werd gebracht. vandaag staat dit model bekend als het kwantummodel of het elektronwolkmodel. De binnenste orbitalen rond het atoom zijn bolvormig, maar de buitenste orbitalen zijn veel ingewikkelder.
de elektronenconfiguratie van een atoom verwijst naar de locaties van de elektronen in een typisch atoom., Met behulp van de elektronenconfiguratie en de principes van de fysica kunnen chemici de eigenschappen van een atoom voorspellen, zoals stabiliteit, kookpunt en geleidbaarheid, volgens het Los Alamos National Laboratory.het bestaan van neutronen werd in 1920 door Rutherford getheoretiseerd en in 1932 door Chadwick ontdekt, volgens de American Physical Society. Neutronen werden gevonden tijdens experimenten toen atomen werden geschoten op een dunne plaat beryllium. Subatomaire deeltjes zonder lading kwamen vrij – het neutron.,
neutronen zijn niet-geladen deeltjes die in alle atoomkernen (behalve waterstof) voorkomen. De massa van een neutron is iets groter dan die van een proton. Net als protonen zijn neutronen ook gemaakt van quarks — een “up” quark (met een positieve 2/3 lading) en twee “down” quarks (elk met een negatieve 1/3 lading).
geschiedenis van het atoom
De theorie van het atoom dateert al van 440 v.Chr. tot Democritus, een Griekse wetenschapper en filosoof. Democritus bouwde hoogstwaarschijnlijk zijn theorie van atomen op het werk van vroegere filosofen, volgens Andrew G., Van Melsen, auteur van” From Atomos to Atom: The History of the Concept Atom ” (Duquesne University Press, 1952). de verklaring van Democritus over het atoom begint met een steen. Een in tweeën gesneden steen geeft twee helften van dezelfde steen. Als de steen continu zou worden gesneden, zou er op een gegeven moment een stuk van de steen bestaan dat klein genoeg is om niet meer te worden gesneden. De term “atoom” komt van het Griekse woord voor ondeelbaar, waarvan Democritus concludeerde dat het het punt moet zijn waarop een wezen (elke vorm van materie) niet meer kan worden verdeeld.,
zijn verklaring omvatte de ideeën dat atomen afzonderlijk van elkaar bestaan, dat er een oneindige hoeveelheid atomen zijn, dat atomen in staat zijn om te bewegen, dat ze kunnen combineren om materie te creëren, maar niet samensmelten om een nieuw atoom te worden, en dat ze niet kunnen worden verdeeld, volgens het universum van vandaag. Echter, omdat de meeste filosofen in die tijd — vooral de zeer invloedrijke Aristoteles — geloofden dat alle materie was gemaakt uit aarde, lucht, vuur en water, werd Democritus’ atoomtheorie terzijde geschoven.,John Dalton, een Britse chemicus, bouwde voort op Democritus’ ideeën in 1803 toen hij zijn eigen atoomtheorie naar voren bracht, volgens de chemistry department van Purdue University. Dalton ‘ s theorie omvatte verschillende ideeën van Democritus, zoals atomen zijn ondeelbaar en onverwoestbaar en dat verschillende atomen samen vormen om alle materie te creëren., Dalton ‘ s toevoegingen aan de theorie omvatten de volgende ideeën: dat alle atomen van een bepaald element identiek waren, dat atomen van een element verschillende gewichten en eigenschappen zullen hebben dan atomen van een ander element, dat atomen niet kunnen worden gecreëerd of vernietigd en dat materie wordt gevormd door atomen die in eenvoudige hele getallen combineren.Thomson, De Britse natuurkundige die het elektron in 1897 ontdekte, bewees dat atomen kunnen worden verdeeld, volgens de Chemical Heritage Foundation., Hij was in staat om het bestaan van elektronen te bepalen door de eigenschappen van elektrische ontlading in kathodestraalbuizen te bestuderen. Volgens Thomson ‘ s artikel uit 1897 werden de stralen afgebogen in de buis, wat bewees dat er iets was dat negatief geladen was in de vacuümbuis. In 1899 publiceerde Thomson een beschrijving van zijn versie van de atom, beter bekend als het plum pudding model.”Een fragment van dit artikel is te vinden op de Chem Team site., Thomson ‘ s model van het atoom bevatte een groot aantal elektronen opgehangen in iets dat een positieve lading produceerde waardoor het atoom een totale neutrale lading. Zijn model leek op plum pudding, een populair Brits dessert dat rozijnen had opgehangen in een ronde cake-achtige bal.de volgende wetenschapper die het atoommodel verder aanpaste en verder ontwikkelde was Rutherford, die studeerde bij Thomson, volgens de chemistry department van Purdue University. In 1911 publiceerde Rutherford zijn versie van het atoom, die een positief geladen kern bevatte die door elektronen omcirkeld werd., Dit model ontstond toen Rutherford en zijn assistenten alfa-deeltjes afvuurden op dunne gouden platen. Een alfa-deeltje bestaat uit twee protonen en twee neutronen, allemaal bij elkaar gehouden door dezelfde sterke kernkracht die de kern bindt, volgens het Jefferson Lab.
de wetenschappers merkten dat een klein percentage van de alfadeeltjes onder zeer grote hoeken van de oorspronkelijke bewegingsrichting verstrooid waren, terwijl de meerderheid door nauwelijks gestoord ging., Rutherford was in staat om de grootte van de kern van het goudatoom te benaderen, en vond het minstens 10.000 keer kleiner dan de grootte van het hele atoom met een groot deel van het atoom is lege ruimte. Rutherford ‘ s model van het atoom is nog steeds het basismodel dat vandaag de dag wordt gebruikt.,verschillende andere wetenschappers bevorderden het atoommodel, waaronder Niels Bohr (gebouwd op Rutherford ‘ s model om eigenschappen van elektronen te bevatten gebaseerd op het waterstofspectrum), Erwin Schrödinger (ontwikkeld het kwantummodel van het atoom), Werner Heisenberg (verklaard dat men niet zowel de positie als de snelheid van een elektron gelijktijdig kan kennen), en Murray Gell-Mann en George Zweig (onafhankelijk ontwikkelden de theorie dat protonen en neutronen uit quarks waren samengesteld).