Atombilder

Hur kan man avbilda grundämnena i det periodiska systemet när man inte kan se atomer annat än som punkter med elektronmikroskop?

Den klassiska bilden av atomen är en kärna av protoner och neutroner som omges av elektroner på ett i sammanhanget mycket stort avstånd (bilden är inte i skala). Idag betraktar man dock elektronerna mer som moln som omger kärnan.

Den klassiska bilden av atomen är en kärna av protoner och neutroner som omges av elektroner på ett i sammanhanget mycket stort avstånd (bilden är inte i skala). Idag betraktar man dock elektronerna mer som moln som omger kärnan.

Dagens bästa mikroskop kan faktiskt se atomer som mer än punktformade ­objekt. Det är långt kvar tills vi kan se atomernas enskilda beståndsdelar – elektroner, protoner och neutroner – men det går att urskilja elektronmoln.

Den traditionella bilden av grund­ämnenas atomer är dock uppbyggd med hjälp av en rad olika experiment.

Elektronerna var, trots att de är minst, den av atomernas beståndsdelar som upptäcktes först. Upptäckten gjordes 1897 av den brittiske fysikern Joseph John Thomson genom ett experiment som visade att katodstrålar – som uppstår då en elektrisk spänning läggs ­mellan två elektroder i ett nästan lufttomt glasrör – består av en ström av små, negativt laddade partiklar som är bitar av atomer. Han kunde därför dra slutsatsen att de normalt neutralt laddade atomerna måste gå att dela upp i mindre partiklar med olika laddning. Hans bild av en atom såg dock ut som en positivt laddad kaka med negativt laddade elektroner utspridda som russin i kakan.

Den nyzeeländsk-brittiske fysikern Ernest Rutherford kunde 1911 ­konstatera att Joseph John Thomsons bild var felaktig genom att bombardera atomerna i guldfolie med positivt laddade alfapartiklar. Han observerade att de flesta alfapartiklarna passerade ostört genom folien, medan ett fåtal vek av kraftigt från sin ursprungliga bana. Det fick ­honom att inse att den ­positiva ladd­ningen i en atom är samlad i en kompakt atomkärna som befinner sig i mitten av atomen och är mycket mindre än hela atomens storlek.

2013 lyckades fysiker i Holland skapa en bild av orbitalerna i en väteatom med hjälp av en teknik som kallas fotojoniseringsmikroskopi och som använder laserpulser för att få väteatomens elektroner att bli synliga i en detektor. Molnen av elektroner framträder här som verkliga objekt och inte enbart matematiska abstraktioner.

2013 lyckades fysiker i Holland skapa en bild av orbitalerna i en väteatom med hjälp av en teknik som kallas fotojoniseringsmikroskopi och som använder laserpulser för att få väteatomens elektroner att bli synliga i en detektor. Molnen av elektroner framträder här som verkliga objekt och inte enbart matematiska abstraktioner.

Elektronerna kretsar kring kärnan på relativt stort avstånd, vilket resulterar i att en atom till större delen består av tomrum.

Man trodde länge att atomkärnor förutom positivt laddade partiklar, i form av protoner, även innehöll ett visst antal elektroner för att kompensera för att kärnornas massa inte stämde överens med deras laddning. 1932 upptäckte emellertid den brittiske fysikern James Chadwick till slut att protonerna istället för elektroner har sällskap i kärnan av neutralt laddade neutroner.

Material från
Allt om Vetenskap nr 6 - 2017

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter