Wikisage, de vrije encyclopedie van de tweede generatie, is digitaal erfgoed

Wikisage is op 1 na de grootste internet-encyclopedie in het Nederlands. Iedereen kan de hier verzamelde kennis gratis gebruiken, zonder storende advertenties. De Koninklijke Bibliotheek van Nederland heeft Wikisage in 2018 aangemerkt als digitaal erfgoed.

  • Wilt u meehelpen om Wikisage te laten groeien? Maak dan een account aan. U bent van harte welkom. Zie: Portaal:Gebruikers.
  • Bent u blij met Wikisage, of wilt u juist meer? Dan stellen we een bescheiden donatie om de kosten te bestrijden zeer op prijs. Zie: Portaal:Donaties.
rel=nofollow

Atoom: verschil tussen versies

Uit Wikisage
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
 
(33 tussenliggende versies door 2 gebruikers niet weergegeven)
Regel 1: Regel 1:
[[Bestand:Atom.svg|thumb|Heliumatoom (vereenvoudigd weergegeven). De kern, met twee protonen (rood) en twee neutronen (groen), is omgeven door twee elektronen (geel).]]
<!---[[Bestand:Atom.svg|thumb|Heliumatoom (vereenvoudigd weergegeven). De kern, met twee protonen (rood) en twee neutronen (groen), is omgeven door twee elektronen (geel).]]--->
Een '''atoom''' is een uiterst klein, ca. 10<sup>−10</sup> meter, deeltje met een nog veel kleinere kern, ca. 10<sup>−14</sup> meter, en één of meer elektronen. De [[atoomkern]] bestaat uit protonen en neutronen, uitgezonderd de eenvoudigste atoomkern (waterstof) dat alleen een proton is. De massa van een proton is 1,67262 × 10<sup>−27</sup> kg, van een  neutron 1,67493 × 10<sup>−27</sup> kg en van een elektron 0,00091 × 10<sup>−27</sup> kg.


Een '''atoom''' is een uiterst klein, ca 10<sup>-10</sup> meter, deeltje met een nog veel kleinere kern, ca 10<sup>-14</sup> meter, en één of meer elektronen. De [[atoomkern]] bestaat uit protonen en neutronen, uitgezonderd de eenvoudigste atoomkern (waterstof) die geen neutron bevat, en bevat meer dan 99% van de atoommassa. Atomen worden gerangschikt naar het aantal protonen in hun kern, hun '''atoomnummer'''. Atomen met hetzelfde atoomnummer maar verschillend aantal neutronen in de kern heten '''isotopen'''. Een neutraal atoom bevat evenveel elektronen als protonen. Een '''ion''' is een atoom met minder of meer elektronen dan protonen.
Atomen worden gerangschikt naar het aantal protonen in hun kern, hun '''atoomnummer'''. Atomen met hetzelfde atoomnummer maar verschillend aantal neutronen in de kern heten '''isotopen'''. Een neutraal atoom bevat evenveel elektronen als protonen. Een '''ion''' is een atoom met minder of meer elektronen dan protonen.


Een [[chemisch element]] bestaat uit atomen met hetzelfde atoomnummer. Deze elementen kunnen worden gerangschikt in een tabel, een [[periodiek systeem]] zodanig dat elementen in dezelfde tabelkolom overeenkomstige chemische eigenschappen hebben (Dmitri Mendeleev, 1869). De vorm van deze experimenteel gevonden tabel werd pas in de 20ste eeuw begrepen  toen de quantummechanica van het [[Waterstofatoom]] ontwikkeld werd.
Een [[chemisch element]] bestaat uit atomen met hetzelfde atoomnummer. Deze elementen kunnen worden gerangschikt in een tabel, een [[periodiek systeem]] zodanig dat elementen in dezelfde tabelkolom overeenkomstige chemische eigenschappen hebben (Dmitri Mendeleev, 1869). De vorm van deze experimenteel gevonden tabel werd pas in de 20ste eeuw begrepen  toen de quantummechanica van het [[Waterstofatoom]] ontwikkeld werd.
Regel 7: Regel 8:
Van de eerste 83 chemische elementen, uitgezonderd 43 en 61, bestaat tenminste één stabiele isotoop. Alle elementen met atoomnummer groter dan 83 hebben geen stabiele isotoop. Ze zijn radioactief, de  kernen vervallen tot kernen met kleiner atoomnummer wat heel lang, millioenen jaren kan duren.
Van de eerste 83 chemische elementen, uitgezonderd 43 en 61, bestaat tenminste één stabiele isotoop. Alle elementen met atoomnummer groter dan 83 hebben geen stabiele isotoop. Ze zijn radioactief, de  kernen vervallen tot kernen met kleiner atoomnummer wat heel lang, millioenen jaren kan duren.


Vrijwel alle [[scheikunde|scheikundige]] en [[natuurkunde|natuurkundige]] [[stofeigenschap|eigenschappen]] van de op [[aarde (planeet)|aarde]] voorkomende [[materie]] zijn gekoppeld aan de eigenschappen van atomen. Het atoom is daarom een sleutelbegrip in deze beide wetenschappen. De [[natuurkunde|fysische]] eigenschappen van afzonderlijke atomen, waarbij [[stof (scheikunde)|scheikundige stof]]eigenschappen buiten beschouwing worden gelaten, worden bestudeerd in de [[atoomfysica]].
Vrijwel alle [[scheikunde|scheikundige]] en [[natuurkunde|natuurkundige]] [[stofeigenschap|eigenschappen]] van de op [[aarde (planeet)|aarde]] voorkomende [[materie]] zijn gekoppeld aan de eigenschappen van atomen. Het atoom is daarom een sleutelbegrip in deze beide wetenschappen.


In bijvoorbeeld [[ster (hemellichaam)|sterren]], [[neutronenster]]ren en [[zwart gat|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]].
In neutronensterren en [[zwart gat|zwarte gaten]] komt echter ook materie voor die niet uit atomen is opgebouwd, '''vreemde materie'''. De studie van deze – vanuit aards perspectief bijzondere – vormen van materie is het terrein van de astrofysica.


Een atoom is onvoorstelbaar klein; er gaan meer atomen in een glas water, dan er glazen water in alle oceanen op aarde gaan.
Een atoom is onvoorstelbaar klein; er gaan meer atomen in een glas water, dan er glazen water in alle oceanen op aarde gaan.


== Componenten van het atoom ==
== Componenten van een atoom ==
[[Bestand:Bouw materie.PNG|thumb|250px|opbouw van materie]]
<!---[[Bestand:Bouw materie.PNG|thumb|250px|opbouw van materie]]--->
Een atoom bestaat uit [[subatomair deeltje|subatomaire deeltjes]]: een uiterst kleine, positief geladen [[atoomkern]], die is opgebouwd uit [[proton (deeltje)|protonen]], positief geladen deeltjes, en [[neutron]]en (niet geladen), met daaromheen een wolk van [[elektron]]en, die negatief geladen zijn. De elektronenwolk blijft rondom de kern zitten door de [[elektriciteit|elektrische]] aantrekking tussen de positief geladen kern en de negatief geladen elektronen, [[elektromagnetisme#De elektromagnetische kracht|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 ===
=== De elektronenwolk ===
[[Bestand:HAtomOrbitals.png|thumb|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 [[picometer|pm]] ([[helium]]) tot 275 pm ([[francium]]) . Sinds begin [[1980-1989|jaren 80]] is dat groot genoeg om met behulp van ''[[atomic force microscopy]]'' (AFM) en ''[[scanning tunneling microscopy]]'' (STM) te visualiseren.
Het elektron (lading e, massa m) in het waterstofatoom wordt beschreven door de golffunctie ψ(r,θ,φ) die een oplossing is van de schrödinger vergelijking in bolcoördinaten, zie [[Waterstofatoom]]. Deze bepaalt de waarschijnlijke afstand r tot de kern
Het elektron (lading e, massa m) in het waterstofatoom wordt beschreven door de golffunctie ψ(r,θ,φ) die een oplossing is van de schrödinger vergelijking in bolcoördinaten, zie [[Waterstofatoom]]. Deze bepaalt de waarschijnlijke afstand r tot de kern
: r = ε<sub>o</sub>n²h² / πme²
: r = ε<sub>o</sub>n²h² / πme²
en de energie
en de energie
: E = − e² / 8πε<sub>o</sub>r
: E = −e² / 8πε<sub>o</sub>r
Er zijn oplossingen bekend voor n = 1,2,3 ... Voor n = 1 is er maar 1 oplossing. Voor n = 2 zijn er 4 met dezelfde r maar verschillende θ,φ afhankelijkheid. Voor n = 3 zijn er 9 oplossingen en voor n = 4 zjn er 16. De gebieden op afstanden r van de kern voor verschillende n heten '''schillen'''.
Er zijn oplossingen bekend voor n = 1,2,3 ... Voor n = 1 is er maar 1 oplossing. Voor n = 2 zijn er 4 met dezelfde r maar verschillende θ,φ afhankelijkheid. Voor n = 3 zijn er 9 oplossingen en voor n = 4 zijn er 16. De gebieden op afstanden r van de kern voor verschillende n heten '''schillen'''.


Voor elektronen in een atoom met atoomnummer groter dan 1 zijn geen golffuncties bekend. Niels Bohr en Wolfgang Pauli formuleerden na 1920 het '''Aufbauprinzip''' dat bepaalt hoe elektronen bij toenemend atoomnummer de schillen rond de kern bezetten. Het maximale aantal in een een schil is 2n². Dit verklaart enigszins dat in het moderne periodiek systeem de tabelrijen lengtes 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 hebben.
Voor elektronen in een atoom met atoomnummer groter dan 1 zijn geen golffuncties bekend maar ze worden verondersteld in schillen vergelijkbaar met die in waterstof te ’golven’. Het maximale aantal in een schil is 2n². Dit verklaart dat in het moderne periodiek systeem de tabelrijen lengtes 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 hebben.<ref>https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1045/e_config.html</ref>


De elektronen in de buitenste schil bepalen vooral de scheikundige eigenschappen van de atomen. Sommige natuurkundige eigenschappen, bijvoorbeeld de [[elektrische geleiding|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]].
<!---[[Bestand:HAtomOrbitals.png|thumb|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 pm (helium) tot 275 pm (francium) . Sinds begin jaren 80 is dat groot genoeg om met behulp van ''atomic force microscopy'' (AFM) en ''scanning tunneling microscopy'' (STM) te visualiseren.
 
De elektronen in de buitenste schil bepalen vooral de scheikundige eigenschappen van de atomen. Sommige natuurkundige eigenschappen, bijvoorbeeld de elektrische 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 ===
=== De kern ===
Veel natuurkundige eigenschappen, bijvoorbeeld [[atoommassa|massa]] en veel soorten [[radioactief verval]], hebben niets met elektronen te maken; daar speelt juist de atoomkern met daarin protonen en neutronen een grote rol.
De atoomkern bestaat protonen en neutronen die bij elkaar gehouden worden door de sterke kernkracht. Het aantal neutronen is bijna altijd groter dan het aantal protonen.


De kern is bijzonder klein: de [[diameter]] ligt tussen 1,6 en 15 [[femtometer]], dat is ongeveer 20&nbsp;000 keer zo klein als het hele 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 en is gelijk aan het aantal elektronen van het ongeladen atoom. Het atoomnummer bepaalt de [[chemische eigenschap]]pen van een atoom. Het aantal neutronen is bijna altijd groter dan het aantal protonen. Atomen met hetzelfde atoomnummer kunnen als gevolg van een verschillend aantal neutronen verschillen in [[atoommassa|massa]]. De verschillende [[natuur (werkelijkheid)|natuurlijke]] varianten van een [[enkelvoudige stof|stof]] worden [[isotoop|isotopen]] genoemd. Isotopen zijn onderling chemisch vrijwel identiek, maar hun [[natuurkunde|fysische]] eigenschappen kunnen aanzienlijk verschillen. Een voorbeeld van een zeldzame isotoop van [[Waterstof (element)|waterstof]] is [[deuterium]], "zware waterstof", dat naast ("gewone") zuurstof, het tweede element vormt in [[zwaar water]]. Veruit de meest op aarde voorkomende isotoop van waterstof betreft echter [[protium (isotoop)|protium]] ('gewone waterstof'): 99,985 %.
Protonen en neutronen zijn opgebouwd uit quarks, quantumdeeltjes van het [[Standaard Model]] van alle materie en kracht.
[[Bestand:Sciences exactes.svg|thumb|Vereenvoudigde voorstelling van een heliumatoom, met een atoomkern en twee elektronen.]]


== Ionen ==
== 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 ongelijk aantal protonen en elektronen bevat, en dus niet elektrisch neutraal is, spreekt men van een [[ion (deeltje)|ion]]. Ionen met een tekort aan elektronen worden [[kation]]en genoemd; ionen met overschot aan elektronen [[anion]]en.
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 ongelijk aantal protonen en elektronen bevat, en dus niet elektrisch neutraal is, spreekt men van een ion. Ionen met een tekort aan elektronen worden ''kationen'' genoemd; ionen met overschot aan elektronen ''anionen''.


Een los voorkomend ion is in principe instabiel: een kation zal, afhankelijk van zijn [[oxidatietoestand]], proberen één of meer elektronen uit de omgeving aan te trekken, een anion zal, afhankelijk van zijn oxidatietoestand, één of meerdere elektronen proberen los te laten. Ionen met gelijke lading stoten elkaar af, met tegengestelde lading trekken zij elkaar aan. Men treft daarom altijd kationen en anionen aan bij elkaar in de buurt, zodat gemiddeld gesproken materie 'elektrisch neutraal' (ongeladen) is, in overeenstemming met de [[wet van behoud van lading]].
Een los voorkomend ion is in principe instabiel: een kation zal proberen één of meer elektronen uit de omgeving aan te trekken, een anion zal één of meerdere elektronen proberen los te laten. Ionen met gelijke lading stoten elkaar af, met tegengestelde lading trekken zij elkaar aan. Men treft daarom altijd kationen en anionen aan bij elkaar in de buurt, zodat gemiddeld gesproken materie ’elektrisch neutraal’ (ongeladen) is.


Ionen kunnen bij hoge temperaturen [[ionisatie|gevormd worden]] in een gas, men spreekt dan van een [[plasma (aggregatietoestand)|plasma]]. Bij lagere temperaturen worden ionen ook in [[oplossing (scheikunde)|oplossingen]] aangetroffen. Opgeloste ionen van tegengestelde lading kunnen samen [[combinatiereactie|reageren]] tot een [[vaste stof]] en uit hun oplossing neerslaan. Een dergelijke uit ionen gevormde [[stof (scheikunde)|stof]] noemt men een [[zouten|zout]].
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. Opgeloste ionen van tegengestelde lading kunnen samen reageren tot een [[vaste stof]] en uit hun oplossing neerslaan. Een dergelijke uit ionen gevormde [[stof (scheikunde)|stof]] noemt men een zout.
 
== 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 [[scheikundig element|element]]. 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 komt voor dat de atomen van een [[enkelvoudige stof|element]] niet allemaal hetzelfde aantal neutronen in de kern bezitten. Men spreekt dan van [[isotoop|isotopen]]. Isotopen hebben (vrijwel) dezelfde chemische eigenschappen, maar andere fysische eigenschappen. Van vrijwel alle elementen is meer dan één isotoop bekend. Daarnaast is het mogelijk om met behulp van [[kernreactie]]s nieuwe atomen te produceren, maar deze zijn vaak instabiel en ondergaan [[radioactief verval]].
 
== Moleculen ==
Er zijn [[gas (aggregatietoestand)|gassen]] die uit losse atomen bestaan, dit zijn voornamelijk de [[edelgas]]sen, zoals [[argon]], maar ook bijvoorbeeld de [[damp#Natuurkundig|damp]] van [[kwik]]. Meerdere atomen kunnen zich echter ook organiseren in [[molecuul|moleculen]] en veel gassen en dampen bestaan niet uit atomen maar uit moleculen. [[Waterstofgas]] bijvoorbeeld bestaat uit 2 waterstofatomen.(H2)


== Geschiedenis ==
== Geschiedenis ==
Regel 60: Regel 48:
In de negentiende eeuw werd ontdekt dat materie uit deeltjes bestaat; dat waren dus de atomen waarover in de oudheid reeds gefilosofeerd werd. In die periode werd het atomisme in wetenschappelijke kringen opgenomen en onder de noemer [[atoomtheorie]] geschaard.
In de negentiende eeuw werd ontdekt dat materie uit deeltjes bestaat; dat waren dus de atomen waarover in de oudheid reeds gefilosofeerd werd. In die periode werd het atomisme in wetenschappelijke kringen opgenomen en onder de noemer [[atoomtheorie]] geschaard.


Spoedig bleek dat atomen tóch deelbaar zijn. Ze bevatten [[elektron]]en, die gemakkelijk verwijderd worden, en een kern, die in de [[kernfysica]] gescheiden kan worden in [[proton (deeltje)|proton]]en en [[neutron]]en. Die kerndeeltjes gelden thans ook niet meer als elementair (zie [[quark]]).
Spoedig bleek dat atomen tóch deelbaar zijn. Ze bevatten elektronen, die gemakkelijk verwijderd worden, en een kern, die gescheiden kan worden in protonen en neutronen. Die kerndeeltjes gelden thans ook niet meer als elementair.


Het idee van de grens aan de deelbaarheid is echter onaangetast gebleven en het valt te verdedigen dat wat nu [[kwantum|kwanta]] genoemd worden de atomen van Democritus zijn.{{Bron?|Dat lijkt me nogal een sprong. Zijn er bonafide bronnen die dit verband ook leggen?|2016|06|29}}
Het idee van de grens aan de deelbaarheid is echter onaangetast gebleven en men zou kunnen stellen dat wat nu kwantumdeeltjes genoemd worden de eigenlijke ’atomen’ zijn zoals Democritus die bedoelde.<!---{{Bron?|Dat lijkt me nogal een sprong. Zijn er bonafide bronnen die dit verband ook leggen? (vraag sinds 2016)}}--->


Wat het begrip ''ondeelbaar'' betreft, moeten we wel voor ogen houden dat in vroegere tijden de begrippenkaders anders waren, en wetenschap en religie niet zo onderscheiden waren als heden. De term ''[[individu]]'' betekent ook: ''niet deelbaar''. Als we een individu in stukken hakken, verliezen we de karakteristieke eigenheid van het individu. Indien we aannemen dat een hiërarchisch opgebouwd stelsel een eenheid is (bijvoorbeeld een atoom, molecule, cel, orgaan, plant, dier, mens), dan kunnen we over het interne organiserende leven van zo'n stoffelijk stelsel spreken als een soort geestelijk atoom, door sommigen ''ziel'' of ''geest'' genoemd.
Wat het begrip ''ondeelbaar'' betreft, dient men voor ogen houden dat de begrippenkaders in vroegere tijden anders waren: wetenschap en religie waren niet zo onderscheiden als heden. De term ''[[individu]]'' betekent ook: ''niet deelbaar''. Als we een individu in stukken hakken, verliezen we de karakteristieke eigenheid van het individu.


In 1714 heeft [[Gottfried Wilhelm Leibniz|Leibniz]] een soort atoomtheorie het licht doen zien: de zogenaamde monadologie. Een [[monade]] is vergelijkbaar met een atoom, maar de theorie gaat veel verder dan de huidige opvattingen van een stoffelijk/energetisch atoom. Een monade is de kern, de wezenseenheid van elke materiële eenheid, of het nu een atoom is of een mens of welk ander georganiseerde hiërarchische eenheid van ook.
In 1714 liet [[Gottfried Wilhelm Leibniz|Leibniz]] een soort atoomtheorie het licht zien: de zogenaamde monadologie. Een ''monade'' is vergelijkbaar met een atoom, maar de theorie gaat veel verder dan de huidige opvattingen van een stoffelijk/energetisch atoom. Een monade is de kern, de wezenseenheid van elke materiële eenheid, of het nu een atoom is of een mens of welke andere georganiseerde hiërarchische eenheid dan ook.


[[Bestand:A New System of Chemical Philosophy fp.jpg|thumb|Systeem van John Dalton]]
<!---[[Bestand:A New System of Chemical Philosophy fp.jpg|thumb|Systeem van John Dalton]]--->
In [[1808]] publiceerde de [[Engeland|Engelse]] wetenschapper [[John Dalton]] een nieuwe theorie:
In [[1808]] publiceerde de [[Engeland|Engelse]] wetenschapper [[John Dalton]] een nieuwe theorie:
# Elementen bestaan uit kleine deeltjes, ''atomen'' genaamd.
# Elementen bestaan uit kleine deeltjes, ''atomen'' genaamd.
Regel 74: Regel 62:
# Bij het ontstaan van nieuwe stoffen verandert alleen de manier waarop atomen met elkaar verbonden zijn; de atomen zelf veranderen niet.
# Bij het ontstaan van nieuwe stoffen verandert alleen de manier waarop atomen met elkaar verbonden zijn; de atomen zelf veranderen niet.


Een belangrijke vraag waar Dalton geen antwoord op kon vinden, was waar atomen zelf uit bestaan. Aan het einde van de [[19e eeuw]] voerden verschillende wetenschappers experimenten uit met kathodestraalbuizen en langzaam kwamen zij tot het besef dat er zich daarin negatief geladen subatomaire deeltjes bevonden. [[Joseph John Thomson]] was in [[1897]] een van de eersten die daarover publiceerden. Hij gaf de negatieve deeltjes de naam ''corpuscles''. Later zouden zij bekend worden als [[elektron]]en. In [[1906]] kreeg Thomson een [[Nobelprijs]] voor zijn ontdekking.
Een belangrijke vraag waar Dalton geen antwoord op kon vinden, was waar atomen zelf uit bestaan. Aan het einde van de [[19e eeuw]] voerden verschillende wetenschappers experimenten uit met kathodestraalbuizen en langzaam kwamen zij tot het besef dat er zich daarin negatief geladen subatomaire deeltjes bevonden. Joseph John Thomson was in [[1897]] een van de eersten die daarover publiceerden. Hij gaf de negatieve deeltjes de naam ''corpuscles''. Later zouden zij bekend worden als elektronen. In [[1906]] kreeg Thomson een [[Nobelprijs]] voor zijn ontdekking.


Na de bekendwording van de elektronen bood zich een nieuw probleem aan: atomen waren neutraal en als elektronen negatief waren, zouden er zich in atomen ook nog positief geladen deeltjes moeten bevinden. In [[1911]] beschreef [[Ernest Rutherford]] hoe hij experimenten met [[goud]]folie en [[alfastraling|α-deeltjes]] had uitgevoerd (zie: [[atoommodel van Rutherford]]) en daaruit concludeerde dat een atoom bestond uit een kleine massieve positief geladen kern met daaromheen de negatief geladen elektronen. Latere experimenten, uitgevoerd door Rutherford en anderen, toonden aan dat de atoomkern twee verschillende deeltjes bevatte: positieve protonen en neutrale neutronen.
Na de bekendwording van de elektronen bood zich een nieuw probleem aan: atomen waren neutraal en als elektronen negatief waren, zouden er zich in atomen ook nog positief geladen deeltjes moeten bevinden. In [[1911]] beschreef [[Ernest Rutherford]] hoe hij experimenten met goudfolie en α-deeltjes had uitgevoerd en daaruit concludeerde dat een atoom bestond uit een kleine massieve positief geladen kern met daaromheen de negatief geladen elektronen. Latere experimenten, uitgevoerd door Rutherford en anderen, toonden aan dat de atoomkern twee verschillende deeltjes bevatte: positieve protonen en neutrale neutronen.


In [[1914]] stelde de [[Denemarken|Deense]] wetenschapper [[Niels Bohr]] dat de elektronen rondcirkelden rondom de atoomkern, en dat zij zich in bepaalde banen met eigen energieniveaus bevonden (zie: [[atoommodel van Bohr]]). Omdat er met het model van Bohr nog steeds een aantal zaken niet verklaard konden worden, kwam [[Erwin Schrödinger]] in [[1926]] met een [[kwantummechanica|kwantummechanisch]] model waarbij elektronen niet als deeltjes, maar als golfverschijnsel werden voorgesteld. Een jaar later kwam [[Werner Heisenberg]] met het [[onzekerheidsprincipe van Heisenberg]], waarmee hij aangaf dat het inderdaad niet mogelijk was van een elektron de precieze plaats in een atoom aan te geven.
In [[1914]] stelde de [[Denemarken|Deense]] wetenschapper [[Niels Bohr]] dat de elektronen rondcirkelen rondom de atoomkern, en dat zij zich in bepaalde banen met eigen energieniveaus bevinden. Omdat er met het model van Bohr nog steeds een aantal zaken niet verklaard konden worden, kwam [[Erwin Schrödinger]] in [[1926]] met een kwantummechanisch model waarbij elektronen niet als deeltjes, maar als golfverschijnsel werden voorgesteld. Een jaar later kwam [[Werner Heisenberg]] met het onzekerheidsprincipe, waarmee hij aangaf dat het inderdaad niet mogelijk was van een elektron de precieze plaats in een atoom aan te geven.


{{Zie ook|Zie ook de [[lijst van deeltjes uit de deeltjesfysica]] voor een compleet overzicht van alle deeltjes.}}
{{Appendix}}


{{Appendix}}


{{Navigatie fysische deeltjes}}
<!---{{Gesproken Wikipedia|Nl-Atoom-article.ogg|4167754}}
{{Zusterproject
| commons    =
| commonscat  = Atom
| wikiatlas  =
| wikispecies =
| wiktionary  = atooom
| wikibooks  =
| wikisource  =
| wikiquote  =
| wikinews    =
| wikinewscat =
| wikivoyage  =
}}
{{Gesproken Wikipedia|Nl-Atoom-article.ogg|4167754}}
{{Gesproken Wikipedia klein|Nl-Atoom-article.ogg|4167754}}
{{Gesproken Wikipedia klein|Nl-Atoom-article.ogg|4167754}}
 
--->
[[Categorie:Natuurkunde]]
[[Categorie:Natuurkunde]]
[[Categorie:Chemisch element| ]]
[[Categorie:Chemisch element| ]]
[[Categorie:Deeltje]]
[[Categorie:Deeltje]]
[[Categorie:Geschiedenis van de natuurkunde]]
[[Categorie:Geschiedenis van de natuurkunde]]

Huidige versie van 10 dec 2023 om 18:33

Een atoom is een uiterst klein, ca. 10−10 meter, deeltje met een nog veel kleinere kern, ca. 10−14 meter, en één of meer elektronen. De atoomkern bestaat uit protonen en neutronen, uitgezonderd de eenvoudigste atoomkern (waterstof) dat alleen een proton is. De massa van een proton is 1,67262 × 10−27 kg, van een neutron 1,67493 × 10−27 kg en van een elektron 0,00091 × 10−27 kg.

Atomen worden gerangschikt naar het aantal protonen in hun kern, hun atoomnummer. Atomen met hetzelfde atoomnummer maar verschillend aantal neutronen in de kern heten isotopen. Een neutraal atoom bevat evenveel elektronen als protonen. Een ion is een atoom met minder of meer elektronen dan protonen.

Een chemisch element bestaat uit atomen met hetzelfde atoomnummer. Deze elementen kunnen worden gerangschikt in een tabel, een periodiek systeem zodanig dat elementen in dezelfde tabelkolom overeenkomstige chemische eigenschappen hebben (Dmitri Mendeleev, 1869). De vorm van deze experimenteel gevonden tabel werd pas in de 20ste eeuw begrepen toen de quantummechanica van het Waterstofatoom ontwikkeld werd.

Van de eerste 83 chemische elementen, uitgezonderd 43 en 61, bestaat tenminste één stabiele isotoop. Alle elementen met atoomnummer groter dan 83 hebben geen stabiele isotoop. Ze zijn radioactief, de kernen vervallen tot kernen met kleiner atoomnummer wat heel lang, millioenen jaren kan duren.

Vrijwel alle scheikundige en natuurkundige eigenschappen van de op aarde voorkomende materie zijn gekoppeld aan de eigenschappen van atomen. Het atoom is daarom een sleutelbegrip in deze beide wetenschappen.

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

Een atoom is onvoorstelbaar klein; er gaan meer atomen in een glas water, dan er glazen water in alle oceanen op aarde gaan.

Componenten van een atoom

De elektronenwolk

Het elektron (lading e, massa m) in het waterstofatoom wordt beschreven door de golffunctie ψ(r,θ,φ) die een oplossing is van de schrödinger vergelijking in bolcoördinaten, zie Waterstofatoom. Deze bepaalt de waarschijnlijke afstand r tot de kern

r = εon²h² / πme²

en de energie

E = −e² / 8πεor

Er zijn oplossingen bekend voor n = 1,2,3 ... Voor n = 1 is er maar 1 oplossing. Voor n = 2 zijn er 4 met dezelfde r maar verschillende θ,φ afhankelijkheid. Voor n = 3 zijn er 9 oplossingen en voor n = 4 zijn er 16. De gebieden op afstanden r van de kern voor verschillende n heten schillen.

Voor elektronen in een atoom met atoomnummer groter dan 1 zijn geen golffuncties bekend maar ze worden verondersteld in schillen vergelijkbaar met die in waterstof te ’golven’. Het maximale aantal in een schil is 2n². Dit verklaart dat in het moderne periodiek systeem de tabelrijen lengtes 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 hebben.[1]

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

De elektronen in de buitenste schil bepalen vooral de scheikundige eigenschappen van de atomen. Sommige natuurkundige eigenschappen, bijvoorbeeld de elektrische 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

De atoomkern bestaat protonen en neutronen die bij elkaar gehouden worden door de sterke kernkracht. Het aantal neutronen is bijna altijd groter dan het aantal protonen.

Protonen en neutronen zijn opgebouwd uit quarks, quantumdeeltjes van het Standaard Model van alle materie en kracht.

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 ongelijk aantal protonen en elektronen bevat, en dus niet elektrisch neutraal is, spreekt men van een ion. Ionen met een tekort aan elektronen worden kationen genoemd; ionen met overschot aan elektronen anionen.

Een los voorkomend ion is in principe instabiel: een kation zal proberen één of meer elektronen uit de omgeving aan te trekken, een anion zal één of meerdere elektronen proberen los te laten. Ionen met gelijke lading stoten elkaar af, met tegengestelde lading trekken zij elkaar aan. Men treft daarom altijd kationen en anionen aan bij elkaar in de buurt, zodat gemiddeld gesproken materie ’elektrisch neutraal’ (ongeladen) is.

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. Opgeloste ionen van tegengestelde lading kunnen samen reageren tot een vaste stof en uit hun oplossing neerslaan. Een dergelijke uit ionen gevormde stof noemt men een zout.

Geschiedenis

In het oude Griekenland speculeerden filosofen al over atomen (het atomisme). Een van de grootste vragen was, of materie eindeloos deelbaar was in kleinere deeltjes of niet. Bekende filosofen als Plato dachten van wel. Democritus was het daar duidelijk niet mee eens. Hij stelde dat atomen eigenschappen zoals grootte, vorm en massa hadden. Alle andere eigenschappen die aan materie werden toegeschreven, zoals kleur of smaak, zouden worden veroorzaakt door interacties tussen atomen. De naam atoom die door Democritus is bedacht, komt van het Griekse a-tomos, dat on-deelbaar betekent. Later zijn er nog vele atoomtheorieën opgesteld; deze waren niet alle even onomstreden.

In de negentiende eeuw werd ontdekt dat materie uit deeltjes bestaat; dat waren dus de atomen waarover in de oudheid reeds gefilosofeerd werd. In die periode werd het atomisme in wetenschappelijke kringen opgenomen en onder de noemer atoomtheorie geschaard.

Spoedig bleek dat atomen tóch deelbaar zijn. Ze bevatten elektronen, die gemakkelijk verwijderd worden, en een kern, die gescheiden kan worden in protonen en neutronen. Die kerndeeltjes gelden thans ook niet meer als elementair.

Het idee van de grens aan de deelbaarheid is echter onaangetast gebleven en men zou kunnen stellen dat wat nu kwantumdeeltjes genoemd worden de eigenlijke ’atomen’ zijn zoals Democritus die bedoelde.

Wat het begrip ondeelbaar betreft, dient men voor ogen houden dat de begrippenkaders in vroegere tijden anders waren: wetenschap en religie waren niet zo onderscheiden als heden. De term individu betekent ook: niet deelbaar. Als we een individu in stukken hakken, verliezen we de karakteristieke eigenheid van het individu.

In 1714 liet Leibniz een soort atoomtheorie het licht zien: de zogenaamde monadologie. Een monade is vergelijkbaar met een atoom, maar de theorie gaat veel verder dan de huidige opvattingen van een stoffelijk/energetisch atoom. Een monade is de kern, de wezenseenheid van elke materiële eenheid, of het nu een atoom is of een mens of welke andere georganiseerde hiërarchische eenheid dan ook.

In 1808 publiceerde de Engelse wetenschapper John Dalton een nieuwe theorie:

  1. Elementen bestaan uit kleine deeltjes, atomen genaamd.
  2. Elk element wordt gekarakteriseerd door de massa van het atoom; atomen van hetzelfde element hebben dezelfde massa en atomen van verschillende elementen hebben een verschillende massa.
  3. Bij het ontstaan van nieuwe stoffen verandert alleen de manier waarop atomen met elkaar verbonden zijn; de atomen zelf veranderen niet.

Een belangrijke vraag waar Dalton geen antwoord op kon vinden, was waar atomen zelf uit bestaan. Aan het einde van de 19e eeuw voerden verschillende wetenschappers experimenten uit met kathodestraalbuizen en langzaam kwamen zij tot het besef dat er zich daarin negatief geladen subatomaire deeltjes bevonden. Joseph John Thomson was in 1897 een van de eersten die daarover publiceerden. Hij gaf de negatieve deeltjes de naam corpuscles. Later zouden zij bekend worden als elektronen. In 1906 kreeg Thomson een Nobelprijs voor zijn ontdekking.

Na de bekendwording van de elektronen bood zich een nieuw probleem aan: atomen waren neutraal en als elektronen negatief waren, zouden er zich in atomen ook nog positief geladen deeltjes moeten bevinden. In 1911 beschreef Ernest Rutherford hoe hij experimenten met goudfolie en α-deeltjes had uitgevoerd en daaruit concludeerde dat een atoom bestond uit een kleine massieve positief geladen kern met daaromheen de negatief geladen elektronen. Latere experimenten, uitgevoerd door Rutherford en anderen, toonden aan dat de atoomkern twee verschillende deeltjes bevatte: positieve protonen en neutrale neutronen.

In 1914 stelde de Deense wetenschapper Niels Bohr dat de elektronen rondcirkelen rondom de atoomkern, en dat zij zich in bepaalde banen met eigen energieniveaus bevinden. Omdat er met het model van Bohr nog steeds een aantal zaken niet verklaard konden worden, kwam Erwin Schrödinger in 1926 met een kwantummechanisch model waarbij elektronen niet als deeltjes, maar als golfverschijnsel werden voorgesteld. Een jaar later kwam Werner Heisenberg met het onzekerheidsprincipe, waarmee hij aangaf dat het inderdaad niet mogelijk was van een elektron de precieze plaats in een atoom aan te geven.

Bronnen, noten en/of referenties

Bronnen, noten en/of referenties
rel=nofollow
rel=nofollow