Aatomi ehitus

Kuidas kujutada aatomit?
Millest aatomid koosnevad?
Kui palju kaalub aatom?
Kuidas saab aatomeid vaadelda?
Milliste mudelitega saame aatomeid kujutada?

Rosinakukkel

5. sajandil eKr spekuleeris Antiik-Kreeka filosoof Demokritos, et kõik kehad koosnevad jagamatutest osakestest. Sellest ajast pärineb ka mõiste „aatom”, mis tähendab kreeka keeles jagamatut. See oletus püsis muutumatuna kuni 1897. aastani, mil aatomiteoreetik Joseph J. Thomson avastas aatomist väga palju kordi väiksema negatiivse laenguga osakese. J. J. Thomson pakkus välja, et aatom on kui rosinakukkel ning rosinad on justkui negatiivselt laetud elektronid, mis paiknevad positiivselt laetud saias. Tänaseks päevaks on teada, et aatomi ehitus on palju keerulisem.

Seotud sisu

Aatomi ehitusosad

Kuigi tänapäeval osatakse aatomi ehitust täpsemalt kirjeldada, õpitakse koolikeemia raames selgeks vaid põhitõed.

Aatom koosneb aatomituumast ja elektronkattest. Aatomituum koosneb omakorda prootonitest ja neutronitest. Prooton (p) on positiivse laenguga (+1), neutron (n) on neutraalne ehk laenguta (0) tuumaosake. Elektronkatte moodustavad aatomituuma ümber kiiresti liikuvad elektronid. Elektron (e⁻) on negatiivse laenguga (−1) osake. Aatomis on prootoneid ja elektrone võrdne arv, mistõttu on aatom tervikuna neutraalne aineosake.

Aatom koosneb aatomituumast ja elektronkattest. Aatomituum koosneb prootonitest ja neutronitest, elektronkatte moodustavad elektronid.

Aatom on üliväike aineosake, mis koosneb positiivse laenguga aatomituumast ja negatiivse laenguga elektronkattest.

Osake	Asukoht aatomis	Mass amü	Laeng	Tähis
Prooton	Tuum	1	+1	p
Neutron	Tuum	1	0	n
Elektron	Elektronkate	0,0005	–1	e^–

Aatomituumas asuv laenguga osake on .

Elektronkattes liikuv osake on .

Aatomis olev neutraalne osake on .

Seotud sisu

Lisalugemine

Aatomi uurimisest

Joseph J. Thomsoni rosinakukli mudeli järgi on aatom neutraalne osake, milles positiivselt laetud kuklis paiknevad rosinatena negatiivselt laetud elektronid.

Thomsoni seisukohad aatomi ehituse kohta lükkas 1911. aastal ümber Ernest Rutherford. Ta esitles katseid, kus tulistas õhukesest kullast lehekest heeliumiaatomi tuumade, s.o α-osakestega. Rutherford avastas, et enamik α-osakesi läbis lehe teekonda peaaegu muutmata, kuid üksikud α-osakesed põrkasid tagasi. Ta järeldas, et aatomitel on väga väike ja tihe tuum, mille vastu need α-osakesed sattusid ja seetõttu järsult suunda muutsid.

Aastal 1913 tutvustas Niels Bohr planetaarset aatomimudelit, mida lihtsuse mõttes tänapäevalgi tihti kasutatakse. Bohri mudeli järgi liiguvad elektronid aatomis tuuma ümber kindlatel kaugustel paiknevates elektronkihtides. Kuna mudel sarnaneb ehituselt meie Päikesesüsteemiga, nimetatakse seda sageli planetaarseks aatomimudeliks.

Loomulikult ei lõppenud aatomi uurimine sellega. Aatomi ehituse võimalikult täpseks kirjeldamiseks kasutatakse tänapäevast aatomimudelit, mis kirjeldab elektronide liikumist ümber tuuma keerulise kujuga aatomorbitaalides.

Joseph J. Thomsoni rosinakukli aatomimudel.

Ernest Rutherfordi katse kullalehekesega, mis tõestas, et aatomitel on väga väike ja tihe tuum.

Tänapäevane aatomimudel magneesiumiaatomist. Elektronid liiguvad ümber aatomituuma kindlates aatomorbitaalides.

E. Rutherfordi katse näitas, et

suurem osa α-osakesi läbib kullast lehekese, kuid mõni põrkab ka tagasi.
kõik α-osakesed ei läbi kullast lehekest sirgjooneliselt.
aatomitel on väga väike ja tihe tuum.
α-osakesed põrkavad tagasi aatomituumadelt.

Planetaarse korral liiguvad tuumast kindlatel kaugustel paiknevates .

Seotud sisu

Aatomi suurus ja mass

Aatomi keskmine läbimõõt jääb alla 500 pikomeetri ehk 5 ∙ 10⁻¹⁰ meetri. Aatom on niivõrd väike, et kui suurendada seda u 200 miljonit korda, oleks see keskmise viinamarja suurune. Aatomituum on aga veelgi väiksem kui aatom ise. Tuuma suuruse mõistmiseks võib kujutada pähklit (aatomituum) jalgpalliväljakul (elektronkate).

~200 miljonit korda suurendatud aatomi läbimõõt on võrreldav viinamarjaga.

Aatomi mass on inimese jaoks hoomamatult väike. Selle väljendamiseks on loodud spetsiaalne ühik – aatommassiühik (amü). Üks aatommassiühik võrdub 1,66 ∙ 10^–27 kg. Aatomi massi aatommassiühikutes nimetatakse aatommassiks (A_r). Aatommass on suhteline suurus ja tihti selle järele ühikut ei märgita.

Kakao-oad koguvad endasse looduses leiduvaid raskmetalle, nt pliid (Pb) ja kaadmiumi (Cd). Liigne plii ja kaadmiumi kogus toidus kahjustab maksa ja kesknärvisüstemi. Aatommasside abil saab kontrollida raskmetallide sisaldust šokolaadis. Kui kakaooad sisaldavad lubatust rohkem pliid ja kaadmiumi, ei tohi neist šokolaadi teha.

Nii prootoni kui ka neutroni mass on 1 amü, elektroni mass on kõigest 0,0005 amü. Nii näiteks ümardatakse vesiniku aatommass 1-ks, sest vesinikuaatom koosneb vaid ühest prootonist ja ühest elektronist. Heeliumi aatommass on ligikaudu 4, sest aatom koosneb kahest prootonist, kahest neutronist ja kahest elektronist. Aatomi massist üle 99,9% moodustab tuum.

Vesiniku ja heeliumi aatommass

Aatom	Vesinik	Heelium
Prootonite arv	1	2
Neutronite arv	0	2
Elektronide arv	1	2
Aatommass amü	1	4

Mõtle

Milline on nelja vesinikuaatomi mass kilogrammides?

200
2000
20000

Aatomis on 11 prootonit, 12 neutronit ja 11 elektroni. Kui suur on selle aatomi ligikaudne aatommass?

11
12
23
34

Seotud sisu

Lisalugemine

Aatomite vaatlemine

Isegi kõige parema valgusmikroskoobi all ei ole aatomit võimalik näha, sest valguse lainepikkus (>400 nanomeetrit) on umbes tuhat korda suurem aatomi läbimõõdust (<500 pikomeetrit).

Aatomeid ei saa vaadata valgusmikroskoobiga, aga neid on võimalik visualiseerida elektron- või aatomjõumikroskoobiga. Nendes seadmetes kasutatakse aatomi uurimiseks üldiselt elektrone ja ülipeeneid teravikke, mis võimaldavad aatomeid n-ö kompida.

Vesinikuaatomi tänapäevast mudelit kirjeldav pilt nähtuna ionisatsioonimikroskoobi all. Aatomile lastakse laserist valgust, mille tõttu elektron aatomist lahkub. Ionisatsioonimikroskoop salvestab elektroni lahkumise asukoha, mida pildil kujutatakse ühe punktina. See pilt on saadud paljude vesinikuaatomite analüüsil ja näitab tõenäosust, millisel kaugusel tuumast elektroni võib leida (punane – väga suur tõenäosus, helesinine – väike tõenäosus).

Seotud sisu

Aatomimudelid

Ühed olulisemad mudelid keemias kujutavad aatomeid ja molekule, mis võimaldavad silmaga nähtamatus maailmas paremini orienteeruda. Mudelid pole kunagi täpsed. Nii nagu gloobus pole maakera täpne koopia, on ka aatomimudel suur lihtsustus.

Mudel	Nimetus	Lühikirjeldus	Kasutusala
	Keramudel	Lihtsaim mudel, värvus vastab kindlale aatomite liigile	Aine ehituse kujutamine
	Tuumaehituse mudel	Kirjeldab aatomituuma ehitust, näitab tuumaosakeste arvu	Aatomituuma ehituse kirjeldamine
	Planetaarne mudel	Ülevaatlik mudel, näitab tuumalaengut ja elektronkatte kihilist ehitust	Aatomi põhimõttelise ehituse kirjeldamine
	Punktmudel	Elemendi tähis, mille ümber on punktidena väliskihi väliskihi elektronid	Keemiliste sidemete tekkimise selgitamine

Millise aatomimudeli valiksid, kui on vaja kirjeldada

aatomituuma osakesi?
aatomi elektronkatte ehitust?
aine ehitust?
keemiliste sidemete tekkimist?

Seotud sisu

Ma tean, et

Aatom on üliväike aineosake, mis koosneb positiivse laenguga aatomituumast ja negatiivse laenguga elektronkattest.
Aatomituum on aatomi osa, mis koosneb prootonitest ja neutronitest.
Prooton (p) on positiivse laenguga (+1) tuumaosake.
Neutron (n) on neutraalne ehk laenguta (0) tuumaosake.
Elektronkate on aatomituuma ümbritsev ala, mille moodustavad kiiresti liikuvad elektronid.
Elektron (e⁻) on negatiivse laenguga (−1) osake.
Aatommass (A_r) on aatomi mass aatommassiühikutes (amü).
Mudel on keha või nähtuse lihtsustatud kirjeldus; keemia olulisemad mudelid kujutavad aatomeid ja molekule.