Aatom
Allikas: Vikipeedia
 |
See artikkel räägib keemia ja füüsika mõistest; aatomi teiste tähenduste kohta vaata lehekülge Aatom (täpsustus) |
| Heeliumi atom | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 |
||||||||
| Heeliumi aatomi joonis, millel aatomituum on kujutatud roosa täpina ja elektronkate halli pilvena. Tuum (vt. ülal paremal) on tegelikkuses sfääriliselt sümmeetriline, kuigi suuremate aatomite tuumad ei pruugi sellised olla. Must mõõtejoon näitab pikkusühikut ongström (10−10 m ehk 100 000 fm) võrreldes aatomiga. | ||||||||
| Definitsioon | ||||||||
|
||||||||
| Omadused | ||||||||
|
Aatomiks (kreekakeelsest sõnast atomos 'jagamatu') nimetatakse väikseimat osakest, mis säilitab talle vastava keemilise elemendi keemilised omadused. Aatomid võivad aines esineda üksikuna või molekulideks liitununa. Aatomite puhul ei kehti klassikalise mehaanika seadused ning seega tuleb aatomite kirjeldamiseks tuleb kasutada kvantmehaanika mõisteid.
Aatom koosneb positiivse elektrilaenguga aatomituumast, mida ümbritseb negatiivselt laetud elektronkate ehk elektronkest. Viimane jaguneb elektronkihtideks, mis omakorda koosnevad elektronidest. Aatomi tuum annab 99,9% kogu aatomi massist, samal ajal kui aatomi elektronkate määrab ära aatomi läbimõõdu. Vähima aatomi mass on suurusjärgus 10–27 kg ja läbimõõt suurusjärgus 10–10 m (ehk üks ongström).
[redigeeri] Aatomituum
Pikemalt artiklis Aatomituum
Aatomituum koosneb lähestikku asetsevatest nukleonidest – positiivse elektrilaenguga prootonitest ja elektrilaenguta (neutraalsetest) neutronitest. Sõltuvalt tuuma koostisest ja energiatasemest jagunevad tuumad erinevateks nukliidideks. Prootoneid ja neutroneid hoiab tuumas koos tuumajõud, mis on positiivselt laetud prootonite omavahelisest elektrostaatilisest tõukejõust u 100 korda suurem. Kuna tuumajõudude mõjuulatus on väga väike (efektiivselt mõjub see vaid kõrvuti asetsevate nukleonide vahel), siis ülisuurtes aatomituumades ei suuda tuumajõud tuuma enam koos hoida ning tuum võib laguneda.
Nii prootonid kui neutronid on fermionid, mis tähendab, et nende kohta kehtib Pauli keeluprintsiip – kaks samas ruumiosas asuvat tüüpi fermioni ei saa korraga olla samas kvantolekus. Prootonite ja neotronite olekud on määratud tuuma kvantarvudega ning neid nimetatakse ka tuumaorbitaalideks. Kuna prootonid ja neutronid on erinevad osakesed, siis nemad üksteist läbi Pauli keeluprintsiibi ei mõjuta.
Prootonite arv tuumas määrab, millise keemilise elemendi aatomiga on tegemist. Kuna prootonite arv tuumas määrab ühtlasi ka elektronide arvu elektronkattes (ioniseerimata aatomis), on erineva prootonite arvuga aatomitel erinevad keemilised omadused.
Sama prootonite arvu, kuid erineva neutronite arvuga aatomid on teineteise isotoobid. Erinevatel isotoopide keemilised omadused on reeglina väga sarnased (välja arvatud vesinik), mis muudab isotoopide eristamise keeruliseks. Kui neutronite arv aatomis erineb oluliselt energeetiliselt kõige soodsamast (kõige madalama seoseenergiaga) neutronite arvust, muutub tuum ebastabiilsest ning räägitakse radioaktiivsest isotoobist. Viimane võib laguneda võib laguneda kiirates radioaktiivset kiirgust.
Olgugi, et aatomituuma mass moodustab valdava osa aatomi massist, on tuuma läbimõõt umbes 100 000 korda väiksem kui aatomil tervikuna st suurusjärgus 10–15 m.
[redigeeri] Elektronkate
- Pikemalt artiklis Elektronkate
Aatomi elektronkate koosneb elektronidest, millel on negatiivne elektrilaeng. Elektronid ei tiirle ümber aatomi selle sõna klassikalises mõistes, vaid moodustavad elektronpilve. Elektronpilve läbimõõt on mitu suurusjärku suurem aatomituuma läbimõõdust, seega määrab elektronpilve läbimõõt ära aatomi suuruse.
Kui aatomis on elektrone rohkem või vähem kui prootoneid, siis on tegemist iooniga. Liigse elektroniga on negatiivne ioon (anioon), puuduv elektron on aga positiivsel ioonil (katioon). Kui aatomis ei ole ühtegi elektroni, siis on tegemist täielikult ioniseeritud aatomiga. Elektronide aatomist lahtirebimine või juurdelisamine on aatomi ioniseerimine. Ioonidel on elektrilaeng, mistõttu reageerivad ioonid ümbritsevate aatomitega palju tugevamalt kui neutraalsed aatomid.
Elektronid on (nagu prootonid ja neutronid) fermionid, seega kehtib ka nende kohta Pauli keeluprintsiip, mis ei luba kahel elektronil olla samas ruumiosas samas energeetilises olekus (kvantolekus). Iga elektron, mis lisandub aatomi elektronkattesse, peab valima omale teistest elektronidest erineva energiatasemega aatomorbitaali, mis on määratud elektronkatte kvantarvudega.
Elektronkatte peakvantarv (n) määrab ära elektronkihi, millel elektron asub. Täpse orbitaali määramiseks tuleb arvestada veel asimuudi kvantarvu (l), magnetilise kvantarvu (ml) ja elektroni spinniga.
Kui kõik aatomi elektronid asuvad madalaimates (vähima energiaga) lubatud kvantolekutes, siis on aatom põhiolekus. Kui mõni elektron neelab footoni (saab endale footoni energia), siis tõuseb ta mõnele kõrgemale vabale energiatasemele ja aatom läheb ergastatud olekusse. Tagasi põhiolekusse läheb aatom läbi footoni kiirgamise, mille puhul elektron naaseb vähima võimaliku energiaga kvantolekusse.
Sellisel moel kiiratud footon omab energiat, mis võrdub elektroni algse ja kiirgamisjärgse energeetilise taseme energia vahega. Kuna erinevates aatomites on erinevate kvantolekute energiatasemete vahed erinevad, siis iga aatom kiirgab ergastatud olekust põhiolekusse naastes erineva energiaga (st lainepikkusega) footoneid. Sellest tuleneb erinevate aatomite erinev spekter (kiirgusspekter). Sama efekti võib täheldada ka valguse neeldumist uurides. Täielikult neelduvad ainult need footonid, mille energia (lainepikkus) vastab täpselt aatomi põhioleku ja mõne ergastatud oleku energiatasemete vahele. Sellisel moel tekib neeldumisspekter.
[redigeeri] Viited
