atomer är de grundläggande enheterna av materia och den definierande strukturen av element. Termen ”atom” kommer från det grekiska ordet för odelbart, eftersom det en gång trodde att atomer var de minsta sakerna i universum och inte kunde delas. Vi vet nu att atomer består av tre partiklar: protoner, neutroner och elektroner — som består av ännu mindre partiklar, såsom kvarkar.
atomer skapades efter Big Bang 13,7 miljarder år sedan., När det heta, täta nya universum kyldes, blev förhållandena lämpliga för kvarkar och elektroner att bilda. Kvarkar kom samman för att bilda protoner och neutroner, och dessa partiklar kombineras till kärnor. Allt detta ägde rum inom de första minuterna av universums existens, enligt CERN.
det tog 380.000 år för universum att svalna tillräckligt för att sakta ner elektronerna så att kärnorna kunde fånga dem för att bilda de första atomerna. De tidigaste atomerna var främst väte och helium, som fortfarande är de mest rikliga elementen i universum, enligt Jefferson Lab., Gravity så småningom orsakade moln av gas till sammansmälta och bilda stjärnor, och tyngre atomer (och fortfarande är) skapas inom stjärnorna och skickas i hela universum när stjärnan exploderade (supernova).
atompartiklar
protoner och neutroner är tyngre än elektroner och bor i kärnan i mitten av atomen. Elektroner är extremt lätta och finns i ett moln som kretsar kring kärnan. Elektronmolnet har en radie 10 000 gånger större än kärnan, enligt Los Alamos National Laboratory.,
protoner och neutroner har ungefär samma massa. En proton är dock cirka 1,835 gånger mer massiv än en elektron. Atomer har alltid lika många protoner och elektroner, och antalet protoner och neutroner är vanligtvis detsamma också. Att lägga till en proton till en atom gör ett nytt element, samtidigt som man lägger till en neutron gör en isotop, eller tyngre version, av den atomen.
Nucleus
kärnan upptäcktes 1911 av Ernest Rutherford, en fysiker från Nya Zeeland., 1920 föreslog Rutherford namnet proton för atomens positivt laddade partiklar. Han teoretiserade också att det fanns en neutral partikel i kärnan, som James Chadwick, en brittisk fysiker och student av Rutherfords, kunde bekräfta 1932.
nästan all massa av en atom finns i dess kärna, enligt Kemi LibreTexts. Protoner och neutroner som utgör kärnan är ungefär samma massa (proton är något mindre) och har samma vinkelmoment eller spinn.,
kärnan hålls samman av den starka kraften, en av de fyra grundkrafterna i naturen. Denna kraft mellan protoner och neutroner övervinner den repulsiva elektriska kraften som annars skulle driva protonerna ifrån varandra, enligt elreglerna. Vissa atomkärnor är instabila eftersom bindningskraften varierar för olika atomer baserat på kärnans storlek. Dessa atomer kommer sedan att sönderfalla i andra element,såsom kol-14 förfalla till kväve-14.,
protoner
protoner är positivt laddade partiklar som finns i atomkärnor. Rutherford upptäckte dem i experiment med katodstrålerör som genomfördes mellan 1911 och 1919. Protoner är ungefär 99,86% lika massiva som neutroner.
antalet protoner i en atom är unikt för varje element., Kolatomer har till exempel sex protoner, väteatomer har en och syreatomer har åtta. Antalet protoner i en atom kallas atomnumret för det elementet. Antalet protoner bestämmer också elementets kemiska beteende. Element är ordnade i elementets periodiska tabell för att öka atomnumret.,
tre kvarkar utgör varje proton-två ” upp ” kvarkar (var och en med en två tredjedelar positiv laddning) och en ”ner” kvark (med en tredjedel negativ laddning)-och de hålls samman av andra subatomiska partiklar som kallas gluoner, som är masslösa.
elektroner
elektroner är små jämfört med protoner och neutroner, över 1,800 gånger mindre än antingen en proton eller en neutron. Elektroner är ungefär 0.054% så massiva som neutroner, enligt Jefferson Lab.
Joseph John (J. J.) Thomson, Brittisk fysiker, upptäckte elektronen 1897, enligt Vetenskap Historia-Institutet., Ursprungligen känd som ”blodkroppar”, elektroner har en negativ laddning och är elektriskt lockade till de positivt laddade protoner. Elektroner omger atomkärnan i banor som kallas orbitaler, en idé som framfördes av Erwin Schrödinger, en österrikisk fysiker, på 1920-talet. idag är denna modell känd som kvantmodellen eller elektronmolnmodellen. De inre orbitalerna som omger atomen är sfäriska men de yttre orbitalerna är mycket mer komplicerade.
en atoms elektronkonfiguration refererar till elektronernas platser i en typisk atom., Med hjälp av elektronkonfigurationen och fysikens principer kan kemister förutsäga en atoms egenskaper, såsom stabilitet, kokpunkt och ledningsförmåga, enligt Los Alamos National Laboratory.
neutroner
neutronens existens teoretiserades av Rutherford 1920 och upptäcktes av Chadwick 1932, enligt American Physical Society. Neutroner hittades under experiment när atomer sköts på ett tunt ark beryllium. Subatomära partiklar utan laddning släpptes-neutronen.,
neutroner är oladdade partiklar som finns i alla atomkärnor (förutom väte). En neutrons massa är något större än en proton. Liksom protoner är neutroner också gjorda av kvarkar-en ” upp ” kvark (med en positiv 2/3 laddning) och två ”ner” kvarkar (var och en med en negativ en tredjedel laddning).
atomens historia
atomens teori går åtminstone så långt tillbaka som 440 f.Kr. till Democritus, en grekisk vetenskapsman och filosof. Democritus byggde troligen sin teori om atomer på tidigare filosofers arbete, enligt Andrew G., Van Melsen, författare till boken ”Från Atomos till Atom: The History of Begreppet Atom” (Duquesne University Press, 1952).
Democritus’ förklaring av atomen börjar med en sten. En sten i halva ger två halvor av samma sten. Om stenen skulle skäras kontinuerligt, någon gång skulle det finnas en bit av stenen liten nog att det inte längre kunde skäras. Termen ”atom” kommer från det grekiska ordet för odelbart, vilket Democritus slutsatsen måste vara den punkt där en varelse (någon form av materia) inte kan delas längre.,
hans förklaring inkluderade de idéer som atomer existerar separat från varandra, att det finns en oändlig mängd atomer, att atomer kan röra sig, att de kan kombinera tillsammans för att skapa materia men inte sammanfoga för att bli en ny atom, och att de inte kan delas, enligt universum idag. Men eftersom de flesta filosofer vid den tiden — särskilt den mycket inflytelserika Aristotelen — trodde att all materia skapades från jord, luft, eld och vatten, lades Democritus atomteori åt sidan.,
John Dalton, en brittisk kemist, byggd på Democritus idéer 1803 när han lade fram sin egen atomteori, enligt kemiavdelningen vid Purdue University. Daltons teori innehöll flera idéer från Democritus, såsom atomer är odelbara och oförstörbara och att olika atomer bildar tillsammans för att skapa all materia., Daltons tillägg till teorin inkluderade följande idéer: att alla atomer av ett visst element var identiska, att atomer av ett element kommer att ha olika vikter och egenskaper än atomer av ett annat element, att atomer inte kan skapas eller förstöras och att materien bildas av atomer som kombinerar i enkla heltal.
Thomson, den brittiska fysikern som upptäckte elektronen 1897, visade att atomer kan delas, enligt Chemical Heritage Foundation., Han kunde bestämma förekomsten av elektroner genom att studera egenskaperna hos elektrisk urladdning i katodstrålerör. Enligt Thomsons 1897-papper avvisades strålarna i röret, vilket visade att det fanns något som negativt laddades i vakuumröret. År 1899 publicerade Thomson en beskrivning av sin version av atom, allmänt känd som ” plum pudding model.”Ett utdrag av detta papper finns på Chem-lagets webbplats., Thomsons modell av atomen inkluderade ett stort antal elektroner suspenderade i något som gav en positiv laddning som gav atomen en övergripande neutral laddning. Hans modell liknade plommonpudding, en populär brittisk efterrätt som hade russin suspenderad i en rund kakliknande boll.
nästa forskare att ytterligare modifiera och avancera atommodellen var Rutherford, som studerade under Thomson, enligt kemiavdelningen vid Purdue University. År 1911 publicerade Rutherford sin version av atomen, som inkluderade en positivt laddad kärna som kretsar kring elektroner., Denna modell uppstod när Rutherford och hans assistenter avfyrade alfapartiklar på tunna guldplåtar. En alfa-partikel består av två protoner och två neutroner, alla hålls samman av samma starka kärnkraft som binder kärnan, enligt Jefferson Lab.
forskarna märkte att en liten andel av alfapartiklarna var utspridda i mycket stora vinklar till den ursprungliga rörelseriktningen medan majoriteten passerade rakt igenom knappast störd., Rutherford kunde approximera storleken på kärnan i guldatomen och fann att den var minst 10 000 gånger mindre än storleken på hela atomen med mycket av atomen som tomt utrymme. Rutherfords modell av atomen är fortfarande den grundläggande modellen som används idag.,
flera andra forskare främjade atommodellen, inklusive Niels Bohr (byggd på Rutherfords modell för att inkludera egenskaper hos elektroner baserade på vätespektrumet), Erwin Schrödinger (utvecklat atomens kvantmodell), Werner Heisenberg (uppgav att man inte kan känna både en elektrons position och hastighet samtidigt) och Murray Gell-Mann och George Zweig (självständigt utvecklade teorin att protoner och neutroner bestod av kvarkar).