Atomi
Wikipedia
Atomi (kreik. ἄτομος, atomos, jakamaton) on alkuaineen kemiallisesti pienin osa. Toisin kuin sanan alkuperäinen merkitys antaa ymmärtää, nykyisin atomien katsotaan koostuvan pienemmistä osista.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Rakenne
Atomi jaetaan ytimeen ja ydintä verhoavaan elektroniverhoon, joka puolestaa koostuu elektroneista. Elektroniverhoa kutsutaan myös elektronipilveksi, myös muut nimitykset ovat mahdollisia. Atomin massa on keskittynyt ytimeen ja lähes kaikki atomin massasta sijaitsee ytimestä. Ytimen ja elektronipilven väliin jää täysin tyhjää tilaa ja suurin osa atomin tilavuudesta onkin tyhjää.
Atomin todellista rakennetta on hankala kuvata täsmällisesti ja atomia kuvatessa tyydytään suuripiirteiseen ja yksikertaistettuun kuvaamiseen. Elektroni kuvataan usein kiertämään tiettyä, usein pyöreän muotoista rataa vaikkei todellisuudessa tarkkaa rataa voida laskea. Ytimen ja elektroniverhon välinen etäisyys joudutaan kuvaamaan hyvin yksinkertaisesti sikkä jos atomin ydin olisi marmorikuulan kokoinen niin elektroni sijaitsisi 50 metrin päässä.
[muokkaa] Ydin
Atomin ydin sijatsee keskellä atomia ja on varaukseltaan positiivinen. Ydin muodostuu nukleoneista: positiivisesti varautuneista protoneista (p+) ja varauksettomista neutroneista (n0). Riippuen alkuaineesta ytimessä on erilainen määrä nukleoneja, ytimessä sijaitsevien hiukkasten lukumäärää sanotaan massaluvuksi.
Protonin ja neutronin on todettu koostuvan vielä pienemmistä osasista, kvarkeista. Protoni koostuu kahdesta ylös-kvarkista ja yhdestä alas-kvarkista. Neutroni vastaavasti kahdesta alas-kvarkista ja yhdestä ylös-kvarkista.
[muokkaa] Elektronipilvi
Ytimen ympärillä on negatiivisesti varautuneista elektroneista (e-) koostuva elektroniverho. Perustilassaan atomit ovat sähköisesti neutraaleja, jolloin protoneja ja elektroneja on yhtä paljon. Atomit luokitellaan tavallisesti järjestysluvun mukaan, joka vastaa protonien lukumäärää. Eri alkuaineet löytyvät jaksollisesta järjestelmästä. Saman alkuaineen atomeja, joiden järjestysluku on siis sama, mutta joilla on erilainen massaluku, kutsutaan toistensa isotoopeiksi. Isotooppien kemialliset ominaisuudet ovat samanlaisia, mutta ne voivat erota esimerkiksi radioaktiivisuutensa puolesta.
Atomin ydin määrää alkuaineen, mutta elektroniverho sen, millaisia ioneja ja yhdisteitä voi syntyä. Elektroniverhossa ovat mahdollisia vain tietyt muutokset, jotka määräytyvät elektronien energiatilan mukaan.
Yksinkertaisin atomi on vetyatomi, jonka järjestysluku on 1 ja jossa on yksi protoni ja yksi elektroni. Ioneja muodostuu, kun atomi tai kemiallinen yhdiste luovuttaa tai ottaa vastaan yhden tai useamman elektronin.
[muokkaa] Atomimalleja
Käsitteenä atomi on hyvin vanha. Jo Demokritos ehdotti, että kaikki koostuu atomeista ja tyhjyydestä, ja koska atomeissa ei ole tyhjyyttä, ne ovat jakamattomia, sillä ainoastaan tyhjyys voi erottaa kappaleet toisistaan. Atomit eivät kuitenkaan ole nykytiedon mukaan jakamattomia vaan koostuvat pienemmistä alkeishiukkasista.
Nykyisistä, tieteellisiin havaintoihin perustuvista atomimalleista ensimmäinen on elektronin löytäjän Joseph Thomsonin rusinapullamalli. Atomin oli havaittu olevan sähköisesti neutraali, mutta koostuvan erimerkkisesti varatuista hiukkasista. Klassisen teorian mukaan ainoa mahdollinen pysyvä atomimalli oli sellainen, jossa positiiviset ja negatiiviset hiukkaset ovat tasaisesti levittyneet atomiin kuin rusinat pullaan.
Ernest Rutherford teki kuitenkin kokeen, jossa hän pommitti ohutta kultakalvoa alfahiukkasilla. Suureksi yllätyksekseen hän havaitsi, että pieni osa hiukkasista kimposi kalvosta takaisin muiden mennessä läpi, ikään kuin suurin osa atomista olisi tyhjää täynnä ja vain pieni ydin sisältäisi kaiken massan. Rutherford päätyi aurinkokuntamalliin, jossa elektronit kiertävät positiivista ydintä. Tämä malli ei klassisessa fysiikassa voi kuitenkaan olla vakaa, sillä ympyräliikkeessä olevat elektronit säteilisivät energiansa pian pois.
Niels Bohr ratkaisi ongelman esittämällä, että elektronit kiertävät ydintä vain tietyillä pysyvillä, stationaarisilla radoilla. Bohrin mallissa elektronit säteilevät vain siirtyessään radalta toiselle absorboimalla tai emittoimalla fotonin. Mallin heikkoudet liittyvät siihen, että se ei mitenkään selitä tätä kvantittumista. Lopulta fyysikot kuten Erwin Schrödinger saivat kehitettyä kvanttimekaanisen atomimallin, jossa elektronit muodostavat ytimen ympärille todennäköisyyspilviä: koskaan ei voi tietää varmasti missä elektroni on, vaan se on ikään kuin levittäytynyt koko avaruuteen. Kvanttimekaniikan monimutkaisuuden ja järjenvastaisuuden vuoksi Rutherfordin ja Bohrin yksinkertaisia malleja käytetään edelleen opetuksessa, ja useimmat ihmiset ajattelevatkin atomeja edelleen pieninä aurinkokuntina. Kvanttimekaaninen atomimalli on kuitenkin todistettu päteväksi useilla äärimmäisen tarkoilla kokeilla.
Keppen atomimallissa energia muuttuu materiaksi, mutta ei koskaan menetä energistä olemustaan, joka itse asiassa ylläpitää atomia. Atomin ydin muodostuu puhtaasti energiasta, joka muuntuu elektroneiksi, protoneiksi ja neutroneiksi. Partikkelien paino on yli kaksituhatkertainen verrattuna elektroniin, joka pitää ne paikoillaan. Elektroni kiertää ytimen ympärillä sitoakseen partikkelit. Kiertävät partikkelit ovat skalaarienergian tulosta, joka ilmenee värinänä, joko työntö- tai vetovoimana. Fissiossa elektronin tehtävä rikotaan ja skalaarienergia vapautuu. Tämä atomimalli perustuu aristotelisen metafysiikan korjaamiseen. [1]
[muokkaa] Viitteet
- ↑ Keppe, Norberto R.: "The New Physics derived from the Disinverted Metaphysics", Proton, 1996s. 19
[muokkaa] Katso myös
[muokkaa] Kirjallisuutta
- Krauss, Lawrence M. (2002): Atomi: Matka maailmankaikkeuden alusta elämän syntyyn ja siitä edelleen. (Alkuteos: Atom: An Odyssey from the Big Bang to Life on Earth...and Beyond, 2001.) Suomentanut Juha Pietiläinen. Helsinki: Terra Cognita. ISBN 952-5202-51-8.
