Atomiteoria
Wikipedia
Atomiteoria on fysiikanteoria, jonka mukaan kaikki aine koostuu diskreeteistä eli epäjatkuvista yksiköistä eli atomeista, jotka ovat kemiallisesti jakamattomia. Atomiteoriaa kuvataan atomimallien avulla. Atomiteorian avulla pystytään selittämään tiettyjä ilmiöitä, kuten miksi aineella on tietty olomuoto tietyssä lämpötilassa. Demokritos ja Demokritoksen oppi-isä Leukippos pohtivat aineen koostumusta ja päätyivät siihen että aine koostuu atomeista, ja että atomi on jakamaton. Jakamaton on kreikaksi atomos, josta sana atomi on johdettu.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Atomimallin kehitys
[muokkaa] Varhaiset atomistit
Antiikin Kreikassa maailman ajateltiin koostuvan neljästä alkuaineesta, tulesta, vedestä, maasta ja ilmasta. Tämän ajattelumallin kehitti Empedokles 400-luvulla eaa. Myöhemmin Demokritos ja hänen opettajansa Leukkipos kehittivät uuden mallin, jonka mukaan nämä neljä elementtiä koostuivat atomeista, jotka ovat jakamattomia ja niitä erottaa tyhjyys. Antiikin tunnetuin filosofi Aristoteles ei kuitenkaan uskonut tyhjiön olemassaoloon ja näin kielsi Demokritoksen mallin. Koska Aristoteleen kirjoitukset edustivat Eurooppalaista sivistystä pitkälle keskiajalle saakka, jäi atomiteoria taka-alalle kahdeksi vuosituhanneksi. Demokritoksen malli kuitenkin säilyi jälkipolville roomalaisen runoilijan Lucretiuksen teoksen De rerum natura (Maailmankaikkeudesta) ansiosta.
Demokritoksen atomimalli on nykyiseen malliin verrattuna äärimmilleen yksinkertaistettu sekä virheellinen. Demokritoksen mallissa aine koostuu täysin jakamattomista atomeista. Nykymallissa todetaan kuitenkin että atomi jakaantuu kahteen osaan; ytimeen ja elektroniverhoon. Lisäksi Demokritos väitti eri aineiden atomien olevan erimuotoisia; veden atomien pyöreitä, tulen piikkisiä ja maa-atomien rosoisia. Oikeassa Demokritosta voidaan pitää siinä, että atomit ovat keskenään eri kokoisia, eri massaisia sekä osaltaan siinä että atomit ovat ikuisia.
[muokkaa] Atomiteorian esimmäiset tieteelliset todisteet
Robert Boyle oli ensimmäisiä, jotka uskalsivat vastustaa kirkkoa ja kehittää omia teorioita kirkon oppeja vastaan. Myös John Dalton ja Isaac Newton olivat mukana kehittämässä uutta atomimallia. Boylen ansiosta atomimalli sai uutta tuulta purjeisiin, sillä Demokritoksen atomimalli oli unohtua. Fyysikot eivät aluksi olleet kovinkaan kiinnostuneita koko mallista mutta kemistien keskuudessa malli sai suurta arvostusta.
Ensimmäisen kokeellisiin todisteihin nojaavan atomiteorian esitti John Dalton tutkittuaan alkuaineiden ja niiden yhdisteiden massoja. Hän havaitsi, että kemiallisen yhdisteen alkuaineet esiintyvät aina täsmälleen samassa suhteessa, minkä hän oletti johtuvan jakamattomista atomeista. Niin ikään kokeellisia osoituksia Demokritoksen malli sai Robert Brownin havainnoista, joka huomasi että veden pinnalla olevat pöly- tai siitepölyhiukkaset ovat jatkuvassa satunnaisessa liikkeessä. Ilmiötä kutsutaan Brownin liikkeeksi, jonka ilmiön perustan selvitti Albert Einstein.
[muokkaa] 1900-luvun atomimallit
Tutkittuaan sähkön kulkua katodisädeputken tyhjiössä Sir Joseph Thomson keksi elektronin vuonna 1897. Thomson oletti, että elektronit ovat osa atomia, niinpä hän julkaisi vuonna 1904 ensimmäisen elektronit sisältävän atomimallin. Siinä atomi esitettiin kimmoisana, positiivisena pallona, jonka sisällä on negatiivisia elektroneita. Ulospäin atomi oli sähköisesti neutraali. Koska atomin oli havaittu lähettävän sähkömagneettista säteilyä ja lisäksi tiedettiin sähköisen varauksen kiihtyvän liikeen aiheuttavan säteilyä, Thomson päätteli elektronien värähtelevän atomin sisällä ja näin myös säteilevän .
Vuonna 1909 uusiseelantilainen ydinfysiikan pioneeri Ernest Rutherford päätti testata Thomsonin atomimallin erityisellä sirontakokeella. Hän pommitti ohutta kultalevyä alfa-hiukkasilla ja seurasi niiden siroamista kultalevyyn törmäämisen jälkeen. Koska positiivisesti varautuneet alfa-hiukkaset muuttivat hyvin vaihtelevasti suuntaansa törmäyksessä, Rutherford esitti, että atomissa on pieni positiivinen ydin ja sitä ympäröivä negatiivinen elektroniverho. Rutherfordin atomimallia voi verrata aurinkokuntaan, jossa aurinko edustaa atomin ydintä ja planeetat elektroneita. Rutherford myös väitti, että ydintä kiertävien elektronien keskeiskiihtyvyys aiheutti kokeissa havaitun atomin säteilyn.
Ernest Rutherfordin oppilaana engalnnissa opiskellut tanskalaisfyysikko Niels Bohr korjaili ja tarkensi Rutherfordin atomimallia.Hän sai aikaan mallin, jota vieläkin käytetään esimerkiksi kouluissa selkeytensä ja yksinkertaisuutensa vuoksi, vaikkei se vastaakaan todellisuutta täydellisesti. Merkittävin muutos on Bohrin tuoma käsitys, että elektroneilla on vain tiettyjä määrättyjä kiertoratoja atomissa, ja jokainen rata edustaa tiettyä energiatilaa. Näin ollen elektroni, joka siirtyy ulommalta radalta ydintä lähempänä olevalle radalle, luovuttaa energiaansa sähkömagneettisena säteilynä. Tämä kumosi täysin Rutherfordin teorian keskeiskiihtyvyyden säteilyvaikutuksesta. Bohrin malli on kuitenkin puutteellinen; se ei päde kuin vetyatomille ja yksiatomisille elektroneille.
Erwin Schrödinger muokkasi Bohrin mallia siten, että elektronit eivät sijaitse tietyllä radalla vaan niillä on tietty todennäköisyys sijaita tietyssä avaruuden pisteessä.
[muokkaa] Katso myös
