Atomit

Faktat, yhteenveto & Määritelmä

• Atomit ovat aineen pienin yksikkö, ja ne yhdistyvät muodostaen molekyylejä
• Ne sisältävät protoneita, neutroneita, ja elektroneja
• Yli 99 % atomista on tyhjää tilaa, mutta elektronit saavat atomit hylkimään toisiaan
• Atomin sisältämien protonien määrä määrää sen järjestysluvun
• Protonien ja neutronien määrä määrää sen atomimassan

Mitkä ovat atomit?

Atomi on pienin aineen yksikkö (jotain, jota voi fyysisesti koskettaa), joka säilyttää kaikki alkuaineen kemialliset ominaisuudet. Ne yhdistyvät muodostaen molekyylejä (jotka puolestaan muodostavat kiinteitä aineita, kaasuja ja nesteitä).

Atomihiukkaset

Atomit koostuvat kolmesta perushiukkasesta. Nämä ovat elektronit, protonit ja neutronit – niitä kutsutaan yhteisesti subatomisiksi hiukkasiksi.

Atomin ydin sisältää sekä protoneja (jotka ovat positiivisesti varautuneita hiukkasia) että neutroneja (joilla ei ole varausta). Näitä protoneja ja neutroneita kutsutaan yhteisesti nukleoneiksi, ja ne ovat sidoksissa toisiinsa voimalla, jota kutsutaan jäännösvoimaksi. Neutronien määrä suhteessa protonien määrään auttaa määrittämään ytimen vakauden.

Ympärillä on elektronikuoria, jotka sisältävät elektroneja (jotka ovat negatiivisesti varautuneita hiukkasia. Atomin ominaisuudet riippuvat kaikkien sen hiukkasten lukumäärästä ja sijoittelusta.

Elektronit ovat pienimpiä subatomisista hiukkasista (ne ovat liian pieniä mitattaviksi tutkijoiden nykyisin käytettävissä olevilla tekniikoilla) ja niillä on negatiivinen varaus. Ne ovat sidoksissa ytimeen vastakkaisten sähkövaraustensa vuoksi. Jos atomissa on joko enemmän tai vähemmän elektroneja kuin sen järjestysluku, atomista tulee varautunut ja sitä kutsutaan ioniksi – jos atomissa on enemmän elektroneja, atomista tulee negatiivisempi; jos atomissa on vähemmän elektroneja, atomista tulee positiivisempi. Elektroneilla ei ole sisäistä rakennetta, joten niitä kutsutaan alkeishiukkasiksi.

Protoneilla on positiivinen varaus ja ne ovat 1836 kertaa elektronia raskaampia. Protonien lukumäärä atomissa on yhtä suuri kuin atomiluku. Jokainen protoni muodostuu kahdesta up-kvarkista ja yhdestä down-kvarkista – nämä ovat eräänlaisia alkeishiukkasia. Kvarkkeja pitää yhdessä voima, jota kutsutaan vahvaksi vuorovaikutukseksi – tätä vahvaa vuorovaikutusta välittävät gluonit (toinen alkeishiukkastyyppi).

Neutronit ovat raskaimpia subatomisia hiukkasia ja painavat 1839 kertaa enemmän kuin elektroni. Niillä ei ole lainkaan varausta. Jokainen neutroni muodostuu yhdestä up-kvarkista ja kahdesta down-kvarkista.

Alla olevassa kuvassa on esitetty atomin rakenne. Voit nähdä ytimen ja elektronikuoret:

Atomin massa

Protoneilla ja neutroneilla on sama massa 1,67 × 10-24 grammaa – tiedemiehet määrittelevät tämän määrän yleensä yhdeksi daltoniksi. Vaikka ne ovat massaltaan samanlaisia, neutroneilla ei ole varausta (kun taas protoneilla on). Tämä tarkoittaa, että neutronit vaikuttavat voimakkaasti atomin massaan, mutta eivät sen varaukseen.

Elektronit ovat paljon pienempiä ja painavat vain 9,11 × 10-28 grammaa – tämä tarkoittaa, että ne eivät vaikuta merkittävästi atomin massaan, mutta sen varauksen vuoksi.

Alla olevasta taulukosta käy ilmi kaikkien atomissa olevien hiukkasten sijainti, massa ja varaus.

Atomin tilavuus

Yli 99 % atomista on tyhjää tilaa. Syy siihen, etteivät kappaleet kulje vain toistensa läpi, johtuu kuitenkin elektroneista. Jokaista atomia ympäröivät elektronit ovat negatiivisesti varautuneita, joten ne hylkivät toisiaan, kun ne ostetaan lähelle. Tämä estää atomeja miehittämästä samaa tilaa toistensa kanssa.

Atominumero

Atomin sisältämien protonien lukumäärä määrittää atomin atomiluvun – tätä merkitään yleensä Z:llä. Tämä arvo ei koskaan muutu, ellei ydin jotenkin hajoa tai ydintä pommiteta (ydinfysiikka). Esimerkiksi hiilen järjestysluku on 6, koska siinä on 6 protonia. Atomiluku auttaa erottamaan alkuaineet toisistaan. Atomissa olevien elektronien lukumäärä vastaa aina protonien lukumäärää – tämä selittää, miksi atomeilla ei ole kokonaisvarausta.

Massaluku

Atomin protonien ja neutronien kokonaislukumäärä määrittää sen massaluvun – tätä merkitään yleensä A:lla. Elektronit jätetään yleensä huomiotta, kun lasketaan elektronin massaa, koska niiden massa on niin vähäinen. Voit laskea alkuaineen neutronien lukumäärän seuraavan yhtälön avulla:

massaluku – protonien lukumäärä = neutronien lukumäärä

Saman alkuaineen isotoopeilla on sama järjestysluku, mutta eri massaluku – tämä johtuu siitä, että niillä voi olla eri määrä neutroneita. Useimmilla alkuaineilla on monia luonnossa esiintyviä isotooppeja. Sinun on myös tiedettävä, että alkuaineen atomimassa vastaa kaikkien sen isotooppien suhteellisten runsauksien keskiarvoa. Esimerkiksi hiilellä on kolme isotooppia, mutta koska hiili-12 muodostaa noin 99 % kaikesta hiilestä – siksi hiilen atomimassa on 12.

Lisälukemista

http://www.chem4kids.com/files/atom_structure.html

http://www.chem4kids.com/files/atom_structure.html

https://www.livescience.com/37206-atom-definition.html

https://www.livescience.com/37206-atom-definition.html

http://www2.open.ac.uk/openlearn/periodictablephase2/atom.html

https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Atomiteoria/Isotoopit

.