En närmare titt på atomer

Den här ballongen är fylld med en gas som gör att den svävar: helium. Men vad är helium? Vad är det gjort av? Heliumgas består av pyttesmå partiklar – heliumatomer. Atomer är byggstenar som allt består av.

De bygger upp gaser, vätskor, fasta ämnen – all materia i världen! Atomerna består i sin tur av ännu mindre delar! Ofta avbildas atomer med hjälp av en modell som liknar ett solsystem, med en kärna i mitten och elektroner som kretsar i banor runt den. Vi börjar med att titta närmare på atomkärnan. Den är uppbyggd av två typer av partiklar: protoner och neutroner.

Protoner och neutroner är ungefär lika tunga. Protoner har positiv elektrisk laddning, medan neutroner inte har någon laddning alls. Det är antalet protoner som avgör vilket grundämne atomen hör till. Till exempel har alla heliumatomer två protoner i kärnan. – det är det som gör dem till heliumatomer! Atomer med ett visst antal protoner hör alla till samma grundämne.

Vad vi vet kan det finnas mellan 1 och 118 protoner i en kärna, så vi känner till 118 olika grundämnen. Antalet neutroner i atomkärnan kan variera inom samma grundämne. Båda de här atomerna har två protoner, så båda är heliumatomer. Men den ena av dem har två neutroner, medan den andra bara har en. De är olika varianter av helium.

Varianter av samma grundämne, som har olika antal neutroner, är olika isotoper av det grundämnet. De flesta grundämnen har flera isotoper. Protoner och neutroner är alltså de partiklar som atomkärnan består av. De är atomens tyngsta beståndsdelar och utgör nästan hela atomens massa. Nu tittar vi på elektronerna.

I en atom finns det lika många elektroner runt kärnan som det finns protoner i kärnan. Elektronerna har negativ elektrisk laddning. De positivt laddade protonerna och de negativt laddade elektronerna tar ut varandra. så atomens totala laddning blir noll. I vår modell ser det ut som om elektronerna bara är lite mindre än protoner och neutroner.

Men i själva verket är elektronerna mycket mindre än partiklarna i kärnan. Och deras massa är så liten att den knappt påverkar atomens totala massa! Elektronerna följer inte heller prydliga banor som de gör i modellen. Istället åker de omkring i alla riktningar, och bildar ett elektronmoln runt kärnan. Dessutom är elektronerna mycket längre bort från kärnan än vad modellen visar.

Om kärnan hade varit stor som en ärta i mitten av en enorm fotbollsarena, skulle elektronerna på sitt genomsnittliga avstånd inte ens vara inne på arenan! Så nästan hela atomen består av tomrum. Elektronerna, särskilt de som är längst bort från kärnan, gör att atomer kan reagera med varandra. På det sättet kan enskilda atomer slå ihop sig med andra och bilda molekyler. All materia i världen består alltså av pyttesmå atomer.

Atomerna själva består av ännu mindre partiklar: positivt laddade protoner, negativt laddade elektroner, och neutroner som inte har någon laddning. Protoner och neutroner befinner sig i kärnan i mitten av atomen. Antalet protoner i kärnan avgör vilket grundämne atomen tillhör. Antalet neutroner avgör vilken variant av grundämnet – vilken isotop – atomen är. Elektroner bildar ett moln runt kärnan, och gör så att atomer kan förenas med andra atomer och bilda molekyler.