Alle grundstofferne i det periodiske system, er opbygget af atomer. Som vi har sagt tidligere, er et atom den mindste bestanddel af et grundstof. Forestil dig, at du for eksempel river et stykke aluminiumsfolie i mindre og mindre stykker. Forestil dig nu, at du har et mikroskopisk stykke, der er så småt, at det ikke længere kan deles. Du ville nu have et enkelt atom af aluminium.
Konceptet omkring atomet, er relativt nyt. Selvom de græske filosoffer omkring 500 f.v.t. nåede frem til, at alting må indeholde små partikler, som de kaldte for atomos, blev ideen om atomer ikke til videnskabelig teori, før i 1808. På det tidspunkt, udviklede John Dalton (1766-1844) en atomteori som foreslog, at atomerne var ansvarlige for kombinationerne af grundstoffer, fundet i forbindelser.
Daltons atomteori
1. Alt stof er opbygget af små partikler, kaldet atomer.
2. Alle atomer i et givent grundstof, er identiske med hinanden, og forskellige fra andre grundstoffers atomer.
3. Atomer fra to eller flere forskellige grundstoffer, kan kombineret og danne forbindelser. En bestemt forbindelse, er altid opbygget af de samme slags atomer, og det samme antal af hvert slags atom.
4. En kemisk reaktion, involverer omarrangering, adskillelse, eller kombination af atomer. Atomer skabes eller udslettes aldrig i en kemisk reaktion.
Daltons atomteori dannede grundlaget for den nutidige atomteori, selvom nogle af Daltons udsagn er blevet modificeret. Vi ved nu, at atomer fra samme grundstof, ikke er helt ens med hinanden, og at de består af endnu mindre partikler. Et atom er dog stadigvæk den mindst mulige partikel af et grundstof.
Selvom atomerne er byggestenene for alt vi ser omkring os, kan vi ikke se et atom, eller endda en milliard atomer, med det blotte øje. Men når milliarder og atter milliarder af atomer pakkes tæt sammen, bliver det enkelte atoms karakteristikker, lagt sammen med naboatomernes karakteristikker, indtil vi kan se de karakteristikker som vi associerer med grundstoffet. For eksempel består et lille stykke af det skinnende metal nikkel, af mange, rigtig mange, nikkelatomer. En speciel type mikroskop, kaldet et Skanning Tunnel Mikroskop (STM), kan danne billeder af enkeltatomer (se figur 4.7).
Elektriske ladninger i et atom
I slutningen af 1800-tallet, viste eksperimenter med elektricitet, at atomer ikke var faste kugler, men bestod af endnu mindre dele af stof, kaldet subatomare partikler, hvor tre af disse er protonen, neutronen, og elektronen. To af disse subatomare partikler blev opdaget, fordi de har en elektrisk ladning.
En elektrisk ladning, kan være positiv eller negativ. Eksperimenter vist, at ens ladninger frastøder, eller skubber hinanden væk. Når du børster dit hår på en tør dag, opbygges ens elektriske ladninger på børsten og i dit hår. Som et resultat heraf, frastødes dit hår fra børsten. Modsatte, eller forskellige ladninger, tiltrækker hinanden. Den knitren man hører når man tager tøj ud af en tørretumbler, indikere tilstedeværelsen af elektriske ladninger. Når tøjet hænger fast til hinanden, sker det som et resultat af modsatte, eller forskellige elektriske ladninger (se figur 4.8).
Atomets struktur
I 1897, anvendte den engelske fysiker J. J. Thomson (1856-1940) elektricitet på et glasrør, der resulterede i stråler af små partikler, kaldet katodestråler. Fordi disse stråler blev tiltrukket af en positivt ladet elektrode, indså Thomson, at partiklerne i strålerne, måtte være negativt ladede. I yderligere eksperimenter, blev disse partikler, som blev kaldt elektroner, fundet til at være meget mindre end atomet selv, og have en ekstremt lille masse. Fordi atomer er neutrale, opdagede videnskabsfolk snar, at atomer indeholdt positivt ladede partikler, kaldet protoner, som var meget tungere end elektronerne.
Thomson foreslog en ”rosinbolle” model for atomet, i hvilken elektronerne (negative) var tilfældigt fordelt i en positivt ladet sky, meget på samme måde som rosiner i en rosinbolle. I 1911, arbejdede Ernest Rutherford (1871-1937) sammen med Thomson, for at teste denne model. I Rutherfords eksperiment, blev positivt ladede partikler rettet mod en tynd folie af guld (se figur 4.9). Hvis Thomsons model var korrekt, skulle partiklerne bevæge sig i lige linjer gennem guldfolien. Rutherford blev overrasket over at finde, at nogle af partiklerne blev afbøjet let, som de passerede gennem guldfolien, og få partikler blev afbøjet så meget, at de bevægede sig i modsat retning.
Fra dette eksperiment med guldfolien indså Rutherford, at protonerne måtte være indeholdt i et lille, positivt ladet område, i centrum af atomet, som han kaldte kernen. Han foreslog, at elektronerne i atomet optog rummet omkring kernen, gennem hvilket de fleste partikler bevægede sig uhindrede. Kun partikler der kom meget nær dette tætte, positive centrum, blev afbøjet. Hvis et atom var på størrelse med et fodboldstadium, ville atomkernen være på størrelse med en golfkugle, placeret midt på fodboldbanen.
Forskerne vidste, at kernen var tungere end massen af protonerne, så de ledte efter en anden subatomar partikel. Til sidst, opdagede James Chadwick (1891-1974) i 1939, at kernen også indeholdt en partikel, kaldet en neutron, der var neutral. På denne måde, bestemmer masserne af protonerne og neutronerne i kernen, atomets masse (se figur 4.10).
Massen af et atom
Alle de subatomare partikler er ekstremt små, sammenlignet med de ting du ser omkring dig. En proton har en masse på 1,673 ∙ 10-24 g, og en neutron vejer omtrent det samme. Massen af elektronen er 9,110 ∙ 10-28 g, hvilket er meget mindre end både protonen og neutronen. Fordi masserne af de subatomare partikler er så små, bruger kemikere en enhed kaldet en atommasseenhed (amu fra engelsk atomic mass unit). En amu er defineret som 1/12 af et carbonatom med 6 protoner og 6 neutroner, en standard ved hvilken, massen af alle andre atomer er sammenlignet med. I biologi, kaldes atommasseenheden for en Dalton (Da), til ære for John Dalton (1766-1844). På amu skalaen, har en proton og en neutron, hver en masse på omkring 1 amu. Fordi elektronens masse er så lille, ignoreres den som regel i atommasseberegninger. Tabel 4.5, oplister lidt information omkring de subatomare partikler i et atom.
Konceptforståelse 4.3 |
Subatomare partiklerAngiv om hver af følgende udtalelser er sand eller falsk. Hvis udtalelsen er falsk, angiv den korrekte udtalelse: a. Protoner er tungere end elektroner Svara. Sand |