Atom je osnovna građevna jedinica tvari. Atom se sastoji od jezgre (koju čine protoni i neutroni) i elektrona koji se nalaze u ljuskama u elektronskom omotaču. Jezgra čini 99.99% mase atoma. Međutim, ako bi se atom uvećao toliko da jezgra bude promjera jabuke, a elektroni veličine bobice grožđa, promjer atoma bi bio 1 kilometar. Dakle, većinu atoma zauzima prazan prostor. Promjer jezgre (10^-15 m) je 100 000 puta manji od promjera atoma (10^-10 m).

Struktura

Atom je stabilni elektro neutralni sustav jezgre i elektronskog omotača.

Sastoji se od jezgre i elektronskog omotača. Jezgra sadrži pozitivno nabijene protone i nenabijene neutrone, a elektronski oblak je građen od negativno nabijenih elektrona. Elektroni su raspoređeni u ljuskama odnosno orbitalama. Nisu sve orbitale jednako velike. U orbitalama bližim jezgri stane manji broj elektrona, a u onim daljim od jezgre stane veći broj elektrona. Svojstvo atoma da popuni posljednju (najudaljeniju) orbitalu naziva se afinitet prema elektronu.

Protoni i neutroni imaju podjednaku masu, te su oko 2000 puta teži od elektrona čiju masu zanemarujemo, pa zbog toga jezgra čini 99,95 %^[1] mase atoma. Masa elektrona me, masa protona mp i masa neutrona mn su fundamentalne konstante, i mogu se pronaći u tablici periodni sustav elemenata.

Teže čestice (protoni i neutroni) locirani su u atomskoj jezgri (nukleusu), elektroni zauzimaju mnogo veći volumen oko jezgre (elektronski oblak).

Jezgra je definirana:

Atomskim,protonskim ili rednim brojem Z = broj protona = broj elektrona Atomski, protonski ili redni broj označava se sa Z Z=N(p)=N(e)

Masenim ili nukleonskim brojem A = broj protona + broj neutrona. Maseni ili nukleonski broj A = N(p)+N(n) U jezgri atoma nalazi se proton i neutron,a u elektronskom omotaču elektron.N(p+),N(n0),N(e-)

Povijest

Otkriće elektrona 1897. (J. J. Thompson) pokazalo je da se u atomima nalaze još fundamentalnije čestice. 14 godina kasnije, Rutherford je otkrio da se većina mase atoma nalazi u sićušnoj jezgri (nucleus) čiji je radijus samo 1/100000 u odnosu na cijeli atom. U međuvremenu, Max Planck (1858. - 1947.) postavio je teoriju da se svjetlost sastoji od fotona koji su ekvivalent česticama valnog gibanja.

Modeli atoma

• 1. Prvi model atoma pripisuje se Demokritu. Pošto u to doba nije bilo nikakvih saznanja o strukturi atoma (nisu postojali elektronski mikroskopi), atomi su zamišljani kao jako malene nedjeljive kuglice.

• 2. "Puding"-model - kad je otkriven elektron, formirana je teorija da su u središtu atoma elektroni, a svuda okolo je pozitivan naboj. Metafora je grožđica u pudingu (grožđice su malene, a zdjelica pudinga velika).

• 3. Bohrov model je ustanovljen poslije Rutherfordovih eksperimenata kojima je utvrđeno da je u centru atoma malena pozitivno nabijena jezgra (nucleus), a elektroni kruže u orbitale oko jezgre poput planeta koji kruže oko Sunca. No, da bi model bio prihvaćen, trebalo je riješiti sljedeći problem: Jezgra je pozitivno nabijena, elektron negativno, zašto elektron uopće kruži oko jezgre, zašto se ne spoji s jezgrom?

Rješenje je prodložio 1913. godne Niels Bohr sa sljedeće 4 pretpostavke:

1. Elektroni postoje u orbitalama koje posjeduju diskretne (kvantizirane) energije. To znači da ne postoji kontinuirani mogući razmak između jezgre i orbitale, nego su mogući samo neki razmaci. Ti razmaci i njima odgovarajuće energije ovise o konkretnom atomu koga razmatramo.

2. Zakoni klasične mehanike ne vrijede pri prelasku elektrona iz jedne orbitale u drugu.

3. Kad elektron prijeđe iz jedne orbitale u drugu energetska razlika se oslobađa (ili dobiva) u vidu kvanta svjetlosti (kojeg nazivamo foton) čija frekvencija direktno ovisi o energetskoj razlici između dvije orbite.

${\displaystyle f=E/h}$

gdje je f frekvencija fotona, E energetska razlika, a h je konstanta poznata kao Planckova konstanta. Ako definiramo da je ${\displaystyle \hbar =h/(2\pi )}$ možemo pisati

${\displaystyle E=\hbar \omega }$

gdje je ω kutna frekvencija fotona.

4. Dozvoljene orbitale ovise o kvantiziranim (diskretnim) vrijednostima kutnog momenta L prema jednadžbi:

${\displaystyle \mathbf {L} =n\cdot \hbar =n\cdot {h \over 2\pi }}$

Gdje je n = 1,2,3,… i zovemo ga kvantni broj kutnog momenta.

• 4. Današnji model atoma nazivamo kvantno-mehanički model, jer je s vremenom utvrđeno da Bohrov model ne odgovara baš najbolje eksperimentima, da elektroni ne kruže baš po kružnicama, nego slike dostupne pomoću elektronskih mikroskopa prikazuju nam elektronske oblake.

Etimologija

Riječ atom dolazi od starogrčke riječi atomos - nedjeljiv, što je u skladu s vjerovanjem (aktualnim do 19. stoljeća) da su atomi najmanji djeljivi elementi materije.

Literatura

• Ivan Filipović, Stjepan Lipanović: Opća i anorganska kemija, Školska knjiga, Zagreb, 1995.

Vanjske poveznice

Ostali projekti

• Web courseware Povijest fizike