Atomteori
Inom kemi och fysik förklarar atomteorin hur vår förståelse av atomen har förändrats med tiden. En gång trodde man att atomer var de minsta bitarna av materia. Nu vet man dock att atomer består av protoner, neutroner och elektroner. Dessa subatomära partiklar består av kvarkar. Den första idén om atomen kom från den grekiske filosofen Demokritos. Många av idéerna i den moderna teorin kom från John Dalton, en brittisk kemist och fysiker.
Teorin gäller för fasta ämnen, vätskor och gaser, men inte på samma sätt som för plasmor eller neutronstjärnor.
Demokrit var en grekisk filosof, 460 f.Kr.
Roger Joseph Boscovich. En kroatisk jesuit som tillhandahöll en prototyp av atomteorin.
John Dalton (1766-1844), engelsk kemist och fysiker.
Sir Joseph John Thomson (1856-1940), engelsk fysiker, upptäckte elektronen och dess negativa laddning. Han fick Nobelpriset i fysik.
Demokritos atomteori
Demokrit trodde att om man skär något på mitten om och om igen så måste man till slut sluta. Han sade att den sista biten materia inte kunde skäras mindre. Demokrit kallade dessa små materiebitar för atomer, vilket betyder "odelbara". Han trodde att atomerna skulle vara för evigt, aldrig förändras och inte kunna förstöras. Demokrit trodde att det inte fanns något mellan atomerna och att allt omkring oss kunde förklaras om vi kunde förstå hur atomerna fungerade.
Vissa andra filosofer höll med och andra var oense. De hade inget sätt att experimentera för att visa om hans teori var sann eller inte.
Boscovichs atomteori
År 1758 beskrev Roger Joseph Boscovich en föregångare till atomteorin.
Daltons atomteori
År 1803 omarbetade den engelske vetenskapsmannen John Dalton, född i Cumberland, Demokrits teori på följande sätt:
- All materia består av atomer.
- Att atomer är odelbara och osynliga partiklar.
- Att atomer av samma grundämne har samma typ och massa.
- De atomer som ingår i kemiska föreningar finns i bestämda proportioner.
- Kemiska förändringar motsvarar en omorganisation av de atomer som deltar i den kemiska reaktionen.
Dalton definierade atomen som den grundläggande enheten i ett grundämne som kan delta i en kemisk kombination.
Thomsons atommodell
1850 konstruerade Sir William Crookes ett "urladdningsrör", dvs. ett glasrör utan luft och med metallelektroder i ändarna, som kopplades till en högspänningskälla. När man skapar ett vakuum i röret kan man se en ljus urladdning som går från katoden (negativt laddad elektrod) till anoden (positivt laddad elektrod). Crookes gav emissionen namnet "katodstrålar".
Efter katodstråleexperimenten fastställde Sir Joseph John Thomson att den utsända strålen bildades av negativa laddningar, eftersom de attraherades av den positiva polen. Thomson visste att atomerna var elektriskt neutrala, men han konstaterade att en atom måste ha samma mängd negativa och positiva laddningar för att detta ska inträffa. De negativa laddningarna fick namnet elektroner (e-).
Enligt de antaganden som gjorts om atomernas neutrala laddning föreslog Thomson den första atommodellen, som beskrevs som en positivt laddad sfär i vilken elektronerna var inlagda (med negativa laddningar). Den är känd som plumpuddingmodellen.
År 1906 fastställde Robert Millikan att elektronerna hade en Coulomb-laddning (C) på -1,6 * 10−19, vilket gjorde det möjligt att beräkna dess massa som liten, motsvarande 9,109 * 10−31 kg.
Samtidigt kunde Eugene Goldstein 1886 genom experiment med katodurladdningsrör fastställa att de positiva laddningarna hade en massa på 1,6726 * 10−27 kg och en elektrisk laddning på +1,6 * 10 C−19. Lord Ernest Rutherford gav senare dessa positivt laddade partiklar namnet protoner.
Schematisk bild av Thomson-modellen.
Rutherfords atommodell
År 1910 lade den nyzeeländske fysikern Ernest Rutherford fram idén att de positiva laddningarna i atomen huvudsakligen finns i atomens centrum, i kärnan, och elektronerna (e-) runtomkring den.
Rutherford visade detta när han använde en alfastrålningskälla (från helium) för att träffa de mycket tunna guldplåtarna, som var omgivna av en lampskärm av zinksulfid som gav synligt ljus när de träffades av alfastrålning. Experimentet kallades Geiger-Marsden-experimentet eller guldfolieexperimentet.
Vid det här laget var atomens viktigaste beståndsdelar klara, plus upptäckten att atomer av ett grundämne kan förekomma i isotoper. Isotoper varierar i antalet neutroner i kärnan. Även om denna modell var välförståelig har den moderna fysiken utvecklats ytterligare, och dagens idéer kan inte göras lätta att förstå. Några idéer om dagens atomfysik finns i länkarna i tabellen nedan.
Atomexperiment av Lord Ernest Rutherford
Modern fysik
Atomer är inte elementarpartiklar, eftersom de består av subatomära partiklar som protoner och neutroner. Protoner och neutroner är inte heller elementarpartiklar eftersom de består av ännu mindre partiklar, så kallade kvarkar, som är sammanfogade av andra partiklar som kallas gluoner (eftersom de "limmar" ihop kvarkarna i atomen). Kvarkar är elementära eftersom kvarkar inte kan delas upp ytterligare.
Frågor och svar
F: Vad är atomteorin?
S: Atomteorin förklarar hur vår förståelse av atomen har förändrats med tiden.
F: Vad trodde man en gång i tiden att atomer var?
S: En gång trodde man att atomer var de minsta bitarna av materia.
F: Vad består atomer egentligen av?
S: Atomer består av protoner, neutroner och elektroner.
F: Vad består subatomära partiklar av?
Svar: Subatomära partiklar består av kvarkar.
F: Vem är den grekiska filosof som först kom med idén om atomen?
S: Den första idén om atomen kom från den grekiske filosofen Demokrit.
F: Vem är den brittiska kemist och fysiker som bidrog med många idéer till den moderna teorin?
S: John Dalton, en brittisk kemist och fysiker, bidrog med många idéer till den moderna teorin.
F: Gäller atomteorin för plasmor eller neutronstjärnor?
S: Teorin gäller för fasta ämnen, vätskor och gaser, men den gäller inte på ett sätt som är analogt med plasma eller neutronstjärnor.
