Fysik/kemi · 9. klasse · Atomets opbygning

Tre Atommodeller

Thomson → Rutherford → Bohr — tre forskellige bud på, hvordan et atom ser ud

Vist med kulstofatomet (C) — 6 protoner, 6 neutroner, 6 elektroner

J.J. Thomson · 1904

Rosinbollemodellen — sådan troede man, atomet så ud

1904 Thomson — Rosinbollemodellen
Elektron
kulstof har 6 stk. — negativt ladet
Positiv ladning
“dejen” — spredt jævnt ud
Atomets størrelse
ca. 10⁻¹⁰ m — utrolig lille!
Fig. 1

Her ser du et kulstofatom (C), sådan som J.J. Thomson forestillede sig atomer i 1904. Han troede, at atomet var som en bolle med rosiner i. Selve bollen var positivt ladet, og de 6 elektroner (rosinerne), som kulstof har, lå spredt rundt inde i den. De to slags ladning opvejede hinanden, så atomet udadtil ikke havde nogen samlet ladning. Thomson havde selv opdaget elektronen i 1897 — den første partikel, man fandt inde i atomet.

Modellen holdt kun i 7 år. I 1911 viste et forsøg, at den var forkert.

6 elektroner spredt ud i en kugle af positiv ladning — som rosiner i en bolle.

Ernest Rutherford · 1911

Kernemodellen — atomet har en kerne

1911 Rutherford — Kernemodellen
Atomkerne
6 protoner (kulstof) — næsten al massen
Elektron
6 stk., kredser i det (næsten) tomme rum
Alfapartikler
affyret mod en tynd guldfolie
Spredning
enkelte kastes tilbage — beviset på kernen
Fig. 2

I 1911 beskød Rutherfords hold en tynd guldfolie med alfapartikler. De fleste fløj lige igennem, som forventet — men enkelte blev afbøjet kraftigt, nogle endda tilbage mod kilden. Det kunne kun forklares, hvis atomets positive ladning og masse var samlet i en lille, tæt kerne, omgivet af elektroner i et ellers næsten tomt rum. Her ser du et kulstofatom (C): en kerne med 6 protoner, omkranset af 6 elektroner. (I selve forsøget var det guldatomer, men princippet er det samme.) Kernen er ca. 100.000 gange mindre end hele atomet. Var atomet lige så stort som et fodboldstadion, ville kernen være en ært midt på banen.

Modellen havde et problem: Ifølge fysikkens regler burde elektronerne miste energi, mens de kredser, og styrte ind i kernen på et splitsekund. Det løste Bohr i 1913.

Kulstofs 6 protoner sidder i en lille, tæt kerne — de 6 elektroner kredser langt udenom.

Niels Bohr · 1913

Skalmodellen — elektronerne sidder i faste skaller

1913 Bohr — Skalmodellen
Atomkerne
6 protoner + 6 neutroner (kulstof)
Elektroner
2 i skal n=1, 4 i skal n=2
Kvantespring
en elektron kan hoppe op til n=3
Foton
lys udsendt ved fald til lavere bane
Fig. 3

Bohr foreslog i 1913, at elektronerne kun kan bevæge sig i bestemte, faste baner omkring kernen — som trin på en trappe. Her ser du et kulstofatom (C): kernen har 6 protoner og 6 neutroner, og de 6 elektroner sidder i to skaller — 2 i den inderste (n=1) og 4 i den næste (n=2). En elektron kan hoppe op til en bane længere væk, hvis den optager præcis den rigtige mængde energi. Falder den ned igen, sender den energien fra sig som lys — en foton. Fordi springene har bestemte størrelser, udsender hvert grundstof sine helt egne farver lys. Det kan man se som flammefarver, i neonrør og i fyrværkeri.

Niels Bohr var dansk og fik Nobelprisen i fysik i 1922. Neutronerne blev først opdaget i 1932, men tegnes med i dag. Modellen bruges stadig i skolen, selvom man siden 1920'erne har beskrevet elektronerne som "elektronskyer", der viser, hvor elektronen sandsynligvis er.

Kulstofs 6 elektroner sidder i to skaller: 2 tæt på kernen, 4 længere ude.

Tidslinje — sådan fandt man ud af, hvordan atomet ser ud

  1. 1897 J.J. Thomson opdager elektronen.
  2. 1904 Thomsons rosinbollemodel.
  3. 1911 Rutherfords guldfolieforsøg viser, at atomet har en lille, tung kerne.
  4. 1913 Niels Bohrs skalmodel: elektronerne sidder i faste skaller.
  5. 1919 Rutherford påviser protonen i atomkernen.
  6. 1926 Kvantemekanikken: elektronerne beskrives som elektronskyer.
  7. 1932 James Chadwick opdager neutronen.

Hver ny model blev lavet, fordi et forsøg viste noget, den gamle model ikke kunne forklare. Sådan arbejder naturvidenskaben: En model er ikke "sand" — den er god, så længe den kan forklare det, vi måler.