## Een nieuw model

### Atoom

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Dit artikel gaat over atoom in de natuur- en scheikunde. Voor atoom in de logica zie atoom (logica).

Heliumatoom. De kern, met twee protonen (rood) en twee neutronen (groen), is omgeven door twee elektronen (geel).

Een atoom is van ieder scheikundig element de kleinste nog als zodanig herkenbare bouwsteen. Er bestaan echter nog kleinere elementaire deeltjes waar de atomen weer uit bestaan, bijvoorbeeld quarks.

Vrijwel alle scheikundige en natuurkundige eigenschappen van de op aarde voorkomende materie zijn gekoppeld aan de eigenschappen van atomen. Het is daarom een sleutelbegrip in deze beide wetenschappen. De eigenschappen van atomen als geheel worden bestudeerd in de atoomfysica.

In bijvoorbeeld sterren, neutronensterren en zwarte gaten komt echter ook materie voor die niet uit atomen is opgebouwd. De studie van deze -vanuit aards perspectief bijzondere- vormen van materie is het terrein van de plasmafysica en de astrofysica

Inhoud [verbergen] 1 Componenten van het atoom 1.1 De elektronenwolk 1.2 De kern 1.3 Ionen 1.4 Elementen 1.5 Isotopen 1.6 Moleculen 2 Geschiedenis 3 Externe links

Componenten van het atoom

opbouw van materie

Een atoom bestaat uit een uiterst kleine, positief geladen atoomkern die is opgebouwd uit protonen (het proton is positief geladen) en neutronen (neutraal geladen); met daaromheen een wolk van negatief geladen elektronen. De elektronenwolk blijft rondom de kern zitten door de elektrische aantrekking tussen de positief geladen kern en de negatief geladen elektronen, kernbinding genoemd. Een sterk vereenvoudigd model van een atoom (het zogenaamde planeetmodel van Hantaro Nagaoka) wordt weergegeven in de bovenstaande illustratie.

De studie van de atoomkernen is het terrein van de kernfysica. Het is mogelijk de bouwstenen van de kern nog verder te splijten in nog kleinere subatomaire deeltjes. Dit is het terrein van de hoge-energiefysica.

De elektronenwolk

Elektronenwolk van waterstofatoom in verschillende energietoestanden. Lichtere kleur betekent grotere kans dat het elektron zich daar bevindt.

De grootte van een atoom wordt bepaald door de elektronenwolk. Afhankelijk van het atoomnummer varieert de straal van een atoom van circa 60 (helium) tot 275 (francium) pm. Sinds begin jaren 80 is dat groot genoeg om met behulp van atomic force microscopie (AFM) en scanning tunneling microscopie (STM) te visualiseren.

De elektronenwolk wordt het best beschreven als een kansverdeling, waarbij een elektron zich niet op een exact bepaalde plaats bevindt. Men kan slechts spreken van een bepaalde kans een elektron binnen een eindig volume aan te treffen. Elk elektron van het atoom heeft een andere kansverdeling, hetgeen beschreven wordt met de kwantummechanica. Deze kansverdelingen worden vaak "schillen" genoemd (de juiste naam voor de omgeving waarin het elektron zich kan bevinden is "orbitaal"), omdat de elektronen met de hoogste energie zich over het algemeen verder van de kern, in de "buitenste schil", zullen bevinden.

De elektronen in de "buitenste schil" bepalen vooral de scheikundige eigenschappen van de atomen. Sommige natuurkundige eigenschappen (bijvoorbeeld de geleiding van een stof) worden ook door de buitenelektronen bepaald. Andere natuurkundige eigenschappen hebben echter meer met de binnenelektronen te maken, zoals het opwekken van röntgenstraling.

De kern

Veel natuurkundige eigenschappen (bijvoorbeeld de massa of het radioactief gedrag van het atoom) hebben niets met de elektronen te maken, daar speelt juist de atoomkern met zijn protonen en neutronen een grote rol.

De kern is bijzonder klein: de diameter ligt tussen 1,6 en 15 femtometer, dat is ongeveer 20 000 keer zo klein als het atoom. Doordat elektronen in vergelijking met protonen en neutronen vrijwel geen massa hebben, bevindt vrijwel alle massa van een atoom zich in deze piepkleine kern. De protonen en neutronen worden bij elkaar gehouden door de sterke kernkracht. Het aantal protonen wordt het atoomnummer genoemd. Het bepaalt de chemische eigenschappen van het atoom. Het aantal neutronen is bijna altijd groter dan het aantal protonen. Atomen met een gelijk aantal protonen kunnen als gevolg van een verschillend aantal neutronen verschillen in massa. Ze worden isotopen genoemd. Deze isotopen zijn chemisch identiek, maar hun fysische eigenschappen kunnen verschillen.

Voorbeeld:

Alle atomen bij eenzelfde element hebben een zelfde aantal protonen in de kern, en dus ook hetzelfde aantal elektronen in de elektronenwolk. Het aantal protonen in de kern levert het atoomnummer.
Bij elk element hoort dus één atoomnummer. Dat geldt niet voor de atoommassa: zo bestaan er in de natuur twee soorten chlooratomen die beide zeventien protonen bevatten in de kern maar driekwart van de chlooratomen heeft een kern met achttien neutronen en van een kwart bevat de kern twintig neutronen. Chlooratomen komen dus in twee soorten voor: Cl-35 met zeventien protonen en elektronen en achttien neutronen dus een massa van ongeveer 35, en Cl-37 met zeventien protonen en elektronen maar met twintig neutronen. Cl-35 en Cl-37 noemen we isotopen van chloor. 35 en 37 worden de massagetallen van de chloorisotopen genoemd. Het massagetal van een isotoop geeft het aantal kerndeeltjes: protonen en neutronen samen.

De waarde van 35,45 u voor de atoommassa van chloor is de gemiddelde waarde (let op een gewogen gemiddelde de twee isotopen komen niet evenveel voor. In tabel 25 Binas zijn de belangrijkste isotopen van de verschillende elementen vermeld.

Artistieke impressie van een atoomkern

Ionen

De elektromagnetische kracht houdt de elektronen rondom de kern. Bij een neutraal atoom is het aantal protonen gelijk aan het aantal elektronen. Wanneer een atoom een verschillend aantal protonen en elektronen bevat, en dus niet neutraal is, spreekt men van een ion. Ionen met een tekort aan elektronen worden kationen genoemd; ionen met overschot aan elektronen anionen.

Een ion is in principe instabiel als het los voorkomt; het zal proberen een elektron uit de omgeving aan te trekken, of een elektron proberen los te laten. Ionen met gelijke lading stoten elkaar af. Met tegengestelde lading trekken zij elkaar aan. Men treft daarom altijd tegengestelde ionen bij elkaar in de buurt zodat gemiddeld gesproken de materie weer neutraal is (wet van behoud van lading).

Ionen kunnen bij hoge temperaturen gevormd worden in een gas, men spreekt dan van een plasma. Bij lagere temperaturen worden ionen ook in oplossingen aangetroffen. Ionen van tegengestelde lading kunnen ook uit oplossing neerslaan en een vaste stof vormen die men uit ionen opgebouwd kan beschouwen. Deze stoffen noemt men zouten.

Elementen

Atomen kunnen onderscheiden worden naar het aantal protonen in de kern. Dit aantal heet het atoomnummer. Een stof die bestaat uit atomen met hetzelfde atoomnummer heet een elementaire stof. Er zijn anno 2006 meer dan 118 verschillende elementen bekend, waarvan een aantal echter niet op aarde voorkomt. De elementen worden gerangschikt in het periodiek systeem.

Isotopen

Het is mogelijk dat de atomen van een element niet hetzelfde aantal neutronen in de kern bezitten. Men spreekt dan van isotopen. Isotopen hebben dezelfde chemische maar andere fysische eigenschappen. Van vrijwel alle elementen is meer dan één isotoop bekend. Daarnaast is het mogelijk om met behulp van kernsplijting en kernfusie nieuwe atomen te produceren, maar deze zijn vaak instabiel en ondergaan radioactief verval.

Moleculen

Er zijn gassen die uit losse atomen bestaan, dit zijn voornamelijk de edelgassen, zoals argon, maar het geldt ook voor de damp van bijvoorbeeld kwik. Meerdere atomen kunnen zich echter ook organiseren in moleculen en veel gassen en dampen bestaan uit losse moleculen. Waterdamp bijvoorbeeld bestaat uit watermoleculen die zijn opgebouwd uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom.