Atomer

Senast uppdaterad tisdag, 31 januari 2012 18:35

Allt runt omkring oss är uppbyggt av olika ämnen, som i sin tur oftast består av mycket små partiklar som kallas atomer. Det finns bara omkring hundra olika sorters atomer, men dessa kan kombineras på oändligt många sätt och bygger på så vis upp alla de miljoner och åter miljoner olika ämnen som finns i vår värld. I den här artikeln, tillsammans med dess underariklar (se menyn till vänster) tar vi oss en närmare titt in i atomernas värld.

 

Materia byggs upp av atomer

Bild på atomer i stark förstoring.Nästan all materia är uppbyggd av atomer. Du består själv av flera kvadriljoner atomer (en kvadriljon är en etta följd av 24 nollor). Också luften består av atomer, även om den går att se. I en liter luft finns det inte mindre än 50 sextillioner atomer (en sextioljon är en etta följd av 21 nollor).

Som man kan förstå är en atom väldigt liten. Man brukar säga att en genomsnittlig atom är kring 0,0000001 mm i diameter, vilket är det samma som en tiomiljontedels millimeter. En enda atom är därför helt omöjlig att se med blotta ögat. Trots detta har forskare genom olika experiment lyckats visa att de existerar, samtidigt som de faktiskt går att se genom elektronmikroskop med kraftig förstoring (se bilden till höger).

Varför är dessa små byggstenar då så viktiga om de inte ens går att se? Jo, det är atomerna som ger ett ämne dess egenskaper. Det är till exempel guldatomernas egenskaper som får guld att bli gyllene och det är väte- och syreatomerna som ger vatten dess unika och livsviktiga egenskaper. De är också atomernas egenskaper som ligger bakom olika typer av kemiska reaktioner. Dessutom hjälper kunskapen om atomer kemister att räkna ut vilka ämnen som bildas vid dessa. Utan kunskapen om att världen är uppbyggd av atomer vore det svårt för kemister att förstå och förklara sin omvärld.

Sedan långt tillbaka i mänsklighetens historia har andra teorier om hur materia är uppbyggt förekommit. Länge var det vanligt att man trodde att allt var uppbyggt av fyra element – vatten, luft, eld och jord. Genom vetenskapliga undersökningar har dessa felaktiga teorier förkastats.

 

Dagens atommodell

För att beskriva atomer har man utarbetat olika modeller, det vill säga förenklade bilder av verkligheten. I dagens modeller innehåller alla de hundra typer av atomer som forskarna känner till två viktiga delar; en atomkärna i mitten och ett antal partiklar (små delar) som kallas elektroner och som rör sig i mycket hög fart runt omkring den. Kärnan består i sin tur av två typer av partiklar; protoner och neutroner.  Jämför vi dessa tre partiklars storlek och massa finner vi att protonerna och neutronerna är ungefär lika stora, medan elektronerna är betydligt mindre.

De olika partiklarna i atomen har olika elektrisk laddning, vilket ger dem olika egenskaper och roller i atomen. En partikel kan antingen vara postivt laddad, negativt laddad eller oladdad (alltså varken positivt eller negativt laddad). Det är viktigt att komma ihåg att en atom som helhet alltid är oladdad vilket innebär att alla negativa laddningar vägs upp av lika många positiva laddningar och vice versa.

Protonerna är alltid positivt laddade och har laddningen 1+. Tillsammans med de oladdade neutronerna bildar de atomens kärna. Neutronernas funktion är att hålla ihop kärnan, eftersom alla plusladdningarna annars hade stött bort varandra. De mycket små, negativt laddade elektronerna rör sig runt kärnan och har laddningen 1−. Tack vare att partiklar med olika laddning dras mot varandra kan elektronerna hållas kvar i närheten av kärnan (men deras höga fart leder till att de aldrig dras in i kärnan, utan håller sig utanför).

Modell av en atom med tre protoner och fyra neutroner i kärnan, samt tre elektroner som kretsar runt omkring.Eftersom atomer alltid är oladdade är antalet protoner och elektroner alltid lika stort. En atom som innehåller tio protoner innehåller alltså också tio elektroner. Antalet neutroner kan variera lite mer men är ungefär lika stort som antalet protoner.

Till höger visas en modell av en atom som innehåller tre protoner (röda), fyra neutroner (svarta) och tre elektroner (blå). I modellen är partiklarnas storlek i förhållande till atomens storlek ganska overklig. Egentligen borde partiklarna ha varit så små att de inte hade synts på skärmen. Mest av allt består atomer faktiskt av tomrum. De mycket små partiklarna utgör bara en bråkdel av atomens totala volym.

 

118 olika atomslag (grundämnen)

Atomer kan innehålla olika antal av de olika partiklarna, vilket ger dem olika egenskaper. Beroende på detta antal delas de in i olika atomslag. Exempel på olika atomslag är väte, kol, syre, järn och koppar. Varje atomslag har en kemisk beteckning (läs mer om det under formler och modeller) och en plats i det periodiska systemet (läs mer om det i arikeln med samma namn).

Forskare har genom historien och även de senaste åren upptäkt en hel del nya atomslag, och kommer kanske också att upptäcka ännu fler i framtiden. Just nu (2010) finns det i alla fall 118 godkända atomslag i periodiska systemet.

Ibland använder man ordet grundämne i stället för ”atomslag”. Men eftersom det ordet också har en annan betydelse (läs mer om den i artikeln om grundämnen/föreningar) kan detta skapa lite förvirring. I våra artiklar använder vi därför hellre ”atomslag”, men det är ändå viktigt att du känner till att ”grundämne” ibland kan vara samma sak.

I underartiklarna i menyn till vänster går det att läsa mer om elementarpartiklarna och deras roller i atomen. Det finns också ett avsnitt som atommassor och mängder som är lite överkurs för högstadiet, men som ändå kan vara av intresse.