"
>

Atom

Download Atom

Atomet er en af kemiens allervigtigste begreber. Et atom er grundlæggende en kerne af protoner og neutroner omgivet af elektroner. Du kan læse meget mere om atomets opbygning og andre af atomets kendetegn herunder.

Hvad er et atom?

Atomer kan ses som byggestenene til et grundstof. Det er den mindst tænkelige mængde, man kan have af et grundstof, hvis grundstoffets egenskaber skal være bevaret. Atomet er dog ikke udeleligt, men begynder man at fjerne nogle af dets bestanddele, vil atomets egenskaber ændres. Atomer er særdeles små. Eksempelvis er et kulstofatom bare 170 pm \((1,7·10^{(-10)}m)\) bredt, og til sammenligning vokser en menneskenegl ca. 69.500 pm i minuttet. Der ses nu på, hvordan et atom er opbygget.

Atomets opbygning

Et atom består af tre forskellige typer af partikler: elektroner, protroner og neutroner. Protonerne og neutronerne udgør atomets kerne, der holdes sammen af kernekræfter. Elektronerne bevæger sig derimod rundt om atomkernen. En atomkerne er ekstremt lille i forhold til resten af atomet, men indeholder langt størstedelen af atomets masse. Dette skyldes, at både protoner og neutroner har en masse på ca. 1 U (atommasseenhed, udtales unit) mens elektroner kun vejer 0,00055 U, altså cirka 1800 gange mindre. Til sammenligning er 1 U lig med \(1,67·10^{(-27)}\) kg.

Antallet af protoner, neutroner og elektroner afgør hvilket atom, der er tale om, og den typiske notation er opskrevet nedenfor.

A^Z_X^{(+/-)}

hvor

  • A angiver det samlede antal af protoner og neutroner i atomkernen.
  • Z angiver antallet af protoner i atomkernen.
  • X er grundstoffets symbol også kaldet atomtegnet.
  • Antallet af +/-’er angiver hvor mange elektroner atomet indeholder i forhold til Z (forklaring følger).

Atomnummeret Z afgør hvilket grundstof, der er tale om, og det angiver antallet af protoner i atomkernen. Et atom med 6 protoner i kernen er altså altid kulstof (C). Dernæst afgør antallet af neutroner hvilken isotop af grundstoffet, der er tale om. Typisk vil isotopen med lige mange protoner og neutroner være den mest stabile, samt den der findes mest af i naturen, altså \((12)^{6_C}\). Kulstof findes dog også eksempelvis i form af isotopen \((14)^{6_C}\) (kulstof-14), der er radioaktiv og har en lang halveringstid. Den kan derfor anvendes til dateringer af gammelt organisk materiale, da isotopen udgør en procentvis mængde af alt kulstof på jorden. Denne isotop har altså 6 protoner og 8 neutroner i sin kerne.

For at få en komplet forståelse af atomet skal det også nævnes, at atomets bestanddele har elektriske ladninger. Neutronen er neutral, protonen har en elementarladning på +1 elektronvolt (e) og elektronen har en elementarladning på -1e. Et atom er neutralt ladet, når antallet af elektroner og protoner er ens, således at de udligner hinanden. Derfor har \((12)^{6_C}\) i alt 6 elektroner. Hvis atomet har 7 elektroner, bliver ladning altså ikke længere 0, men nu -1e, og der skrives \((12)^{6_C^-}\). Når et atom har en ladning, kaldes det en ion. Det periodiske system er opskrevet for de neutrale atomer, hvor antallet af elektroner, neutroner og protoner er ens.

Det er desuden på dette niveau, man arbejder, når man udvinder atomenergi på atomkraftværker. Det er et spørgsmål om at få atomer til at fusionere, altså smelte sammen, og derved udsende energi. Dette emner hører dog ind under Kernefysik.

Atomtegn

Atomtegnet er det tegn eller symbol, der angiver hvilket grundstof, der er tale om. Eksempelvis er atomtegnet for helium He og natrium Na. Det er dog ikke alle atomtegn, der er lige intuitive. Grundstofferne jern og bly har henholdsvis atomtegnene Fe og Pb. Det skyldes, at atomtegnene typisk er forkortelser for grundstoffernes latinske navne, nemlig ferrum og plumbum.

Atommasse

Atommassen angiver massen af samtlige protoner, neutroner og elektroner, som et atom indeholder. Atommassen er altså forskellig for de forskellige grundstoffer såvel som for grundstoffernes forskellige isotoper. Derfor afhænger et grundstofs atommasse af forekomsten af grundstoffets forskellige isotoper. Der er altså tale om et vægtet gennemsnit, der repræsenterer den faktiske forekomst af grundstoffet. Atommassen kaldes ofte atomvægt.

Da elektroners masse er så lille i forhold til protoners og neutroners masse, ændres atommassen i praksis ikke, når et atom optager en ekstra eller afgiver en elektron. De forskellige mulige ladninger spiller derfor ikke ind på atommassen.  

Mol og Avogadros konstant

Atomers masse er som nævnt ekstremt lille. Af den grund har man bestemt hvor mange atommasseenheder, der er på ét gram. Dette tal angiver altså, hvor mange atomer med en masse på eksempelvis 12 U, man skal have for at have netop 12 gram af stoffet. Tallet er \(6,022·10^{(23)}\) og kaldes Avogadros tal eller Avogadros konstant. I praksis kalder man denne mængde atomer for et mol, da denne notation er langt mere overskuelig. Har man eksempelvis 4 mol atomart jern, så har man altså 4 gange \(6,022·10^{(23)}\) jernatomer. I det periodiske system kan man slå atommassen af jern op til 55,85 U. Derfor må hvert mol jern veje 55,85g og på den måde kan man finde frem til, at 4 mol jern vejer 223,4g. Enheden for atommassen ændres derfor ofte fra atommasseenheden, U, til den molare masse, der måles i g/mol. Dette er muligt, da de to har samme numeriske værdi. Det vil sige, at 12 U er det samme som 12 g/mol.

Atommodeller

Der er blevet udarbejdet mange forskellige modeller, der beskriver et atoms opbygning. Det er dog Bohrs atommodel, der i dag anses for at være den mest korrekte. Det er også den, som det overstående afsnit omkring atomets opbygning er skrevet ud fra. Bohrs atommodel har en positivt ladet atomkerne i centrum af atomet, der har negativt ladede elektroner cirkulerende rundt om sig. Det er de elektrostatiske kræfter, der holder elektronerne på plads. I Bohrs atommodel kan elektroner kun cirkulere om atomkernen i særlige baner, kaldet skaller. Der er således flere skaller omkring atomkernen, og jo flere elektroner et atom har, jo flere skaller bliver udfyldt. For en mere detaljeret gennemgang af elektronskaller og –orbitaler, se artiklen omkring grundstoffer.