Aatomi ehitus
Aatom koosneb väga väikesest tuumast ja seda ümbritsevast elektronpilvest. Tuumas paiknevad prootonid ja neutronid, elektronide olekuid kirjeldab kvantmehaanika. Aatomi järjekorranumber, massiarv ja laeng tuleb hoida lahus, sest need kirjeldavad eri füüsikalisi suurusi.
Visuaalne mudel
Interaktiivne mudel
Prootonid, neutronid ja elektronid
Prootonil on laeng +e ja ta paikneb tuumas. Prootonite arv on aatomnumber Z ning määrab elemendi identiteedi: kui Z muutub, on tegemist teise elemendiga. Neutron on elektriliselt neutraalne ja koos prootonitega annab peaaegu kogu aatomi massi.
Elektronil on laeng −e ja mass ligikaudu 1/1836 prootoni massist. Neutraalses aatomis on elektrone sama palju kui prootoneid. Elektronide arvu muutmine annab iooni, neutronite arvu muutmine isotoobi, prootonite arvu muutmine aga teise elemendi.
Aatomnumber, massiarv ja laeng
Massiarv A loendab tuuma nukleone: A = Z + N, kus N on neutronite arv. Näiteks ²³Na korral on Z = 11, seega N = 23 − 11 = 12. Massiarv on täisarv ja seda ei tohi segi ajada perioodilisustabelis oleva keskmise aatommassiga.
Iooni laeng elementaarlaengu ühikutes on prootonite arvu ja elektronide arvu vahe: q/e = Z − nₑ. Al³⁺ sisaldab 13 prootonit, kuid ainult 10 elektroni; Cl⁻ sisaldab 17 prootonit ja 18 elektroni.
Tuum ja elektronpilv on väga erineva mõõtkavaga
Tüüpilise aatomi mõõt on suurusjärgus 10⁻¹⁰ m, tuuma mõõt aga umbes 10⁻¹⁵ m. Seega on tuum raadiuse mõttes kümneid tuhandeid kordi väiksem, kuigi sinna on koondunud peaaegu kogu mass.
Rutherfordi hajumiskatses läbis enamik alfaosakesi õhukese metallkile peaaegu sirgelt, kuid vähesed kaldusid tugevalt kõrvale. See näitas, et positiivne laeng ja mass on koondunud väga väikesesse tuuma, mitte ühtlaselt üle aatomi.
Elektronid ei liigu klassikalistel orbiitidel
Elektroni ei kirjeldata planeedi moodi kindla trajektooriga. Orbitaal on kvantolek, mille lainefunktsioon annab elektronide leidumise tõenäosusjaotuse. Ka põhiolekus ei ole elektron lihtsalt paigal kindlas punktis.
Elektronpilve ruumiline ulatus määrab suure osa aatomi keemilisest suurusest. Keemilistes reaktsioonides muutuvad peamiselt elektronide jaotus ja seosed; tuum jääb tavalises keemias peaaegu alati muutumatuks.
Jõud ja tõendusmaterjal
Tuuma kooshoidmiseks on vaja tugevat vastastikmõju, sest positiivsed prootonid tõukuvad elektromagnetiliselt. Elektronide sidumine tuumaga on seevastu elektromagnetilise päritoluga. Need kaks mehhanismi toimivad väga erinevatel kaugustel.
Aatomi ehitus ei põhine ühel katsel. Hajumine näitab tuuma kontsentreeritust, spektroskoopia kvanditud energiatasemeid, massispektromeetria isotoope ning fotoelektronspektroskoopia elektronide sidumisenergiaid. Koos moodustavad need kooskõlalise mudeli.
Ülesanded
Naatrium-23
Kui palju neutroneid on ²³Na tuumas, kui Z = 11?
Lahendus: N = A − Z = 23 − 11 = 12 neutronit.
Kloriidioon
Mitu elektroni on ioonis Cl⁻, kui kloori Z = 17?
Lahendus: Negatiivne ühiklaeng tähendab üht lisaelektroni: nₑ = 18.
Mõõtkava
Miks ei tohi joonisel tuuma ja aatomit samas mõõtkavas realistlikult kujutada?
Lahendus: Aatomi mõõt on umbes 10⁻¹⁰ m ja tuuma mõõt umbes 10⁻¹⁵ m; tuum oleks realistlikul joonisel peaaegu nähtamatu.