2.2: Atoomstructuur
Overzicht
Alle materie is samengesteld uit atomen, de kleinste individuele eenheden van elementen. Elk atoom bestaat uit drie subatomaire deeltjes: protonen, neutronen en elektronen. Samen vormen deze drie deeltjes de massa en de lading van een atoom.
De geschiedenis van de atoomtheorie
De eerste persoon die voorstelde dat alles op aarde uit kleine deeltjes bestaat, was de Griekse filosoof Democritus, rond 450 voor Christus. Hij gebruikte de term atomos , Grieks voor 'ondeelbaar', waarvan de moderne term 'atoom' is afgeleid. Zijn idee werd toen echter niet serieus genomen en het duurde vele eeuwen voordat het concept van het atoom nieuw leven zou worden ingeblazen. In de 19e eeuw stelde John Dalton de atoomtheorie voor die nog steeds grotendeels correct is. Hij formuleerde vijf postulaten om uit te leggen hoe atomen de wereld om ons heen vormden: (1) alle materie is samengesteld uit oneindig kleine deeltjes, of atomen; (2) alle atomen van een bepaald element zijn identiek aan elkaar en (3) verschillen van de atomen van alle andere elementen; (4) twee of meer elementen kunnen in een vaste verhouding worden gecombineerd om een verbinding te vormen; en (5) atomen kunnen niet worden gecreëerd of vernietigd in een chemische reactie, maar ze kunnen geordend worden om nieuwe samenstellingen te vormen.
Het ontdekken van de subatomaire deeltjes waaruit het atoom bestaat
Dalton had slechts gedeeltelijk gelijk over de deeltjes waaruit materie bestaat. Hoewel atomen niet verder kunnen worden afgebroken door gewone chemische of fysische processen, ze zijn samengesteld uit drie kleinere subatomaire deeltjes. De eerste aanwijzing over de subatomaire structuur kwam aan het einde van de 19e eeuw toen JJ Thomson het elektron ontdekte. Wetenschappers wisten dat de algehele lading van een atoom neutraal was, daarom ontwikkelde Thomson het 'pruimenpuddingmodel' van het atoom waarin negatief geladen deeltje - elektronen - worden omringd door een gebied met positieve lading. Een paar jaar later voerde Ernest Rutherford een experiment uit dat aantoonde dat het grootste deel van de atoommassa geconcentreerd is in de kern, waar protonen verantwoordelijk zijn voor de positieve lading van een atoom, en de minuscule negatief geladen elektronen het grootste deel van de ruimte buiten de kern vormen. Dit weerlegde het pruimenpuddingmodel van Thomson en bracht wetenschappers een stap dichter bij het bekende model van het atoom dat we vandaag kennen. Het neutron werd later ontdekt, in 1932, door James Chadwick. Dit laatste stukje van de puzzel betekende dat wetenschappers nu alle massa die aanwezig is in een atoom met protonen en neutronen hadden verklaard, en al zijn lading met protonen en elektronen.
De structuur van een atoom
Alle protonen die in de kern van een atoom worden gevonden, hebben een positieve lading en een massa van één atomaire massa-eenheid (AMU). Het aantal protonen is gelijk aan het atoomnummer op het periodiek systeem en bepaalt de identiteit van het element. Neutronen worden ook in de kern aangetroffen. Ze hebben geen lading, maar ze hebben dezelfde massa als protonen en dragen dus bij aan de atomaire massa van een atoom. Elektronen draaien in wolken rond de kern. Ze hebben een negatieve lading en een verwaarloosbare massa, dus ze dragen bij aan de totale lading van een atoom, maar niet aan de massa ervan.
