Atomets historie

Ideen om atomer har en lang og bemærkelsesværdig udviklingshistorie. Atombegrebet indførtes i den græske oldtid, mere end 400 f. Kr., af især Empedokles og Demokrit. Eksistensen af atomer kunne imidlertid ikke begrundes ved direkte målinger, og de måtte være ufattelig små. Men mange filosoffer, heriblandt Aristoteles, troede ikke på hypotesen om atomer. Det er først indenfor det seneste århundrede, at teknikken har været til stede til at opdage eksistensen af atomer og gjort det muligt at skabe et moderne billede af dem, som vi har i dag. Her er nogle af de personer og deres modeller, som har været banebrydende for forståelsen at atomers struktur.

De græske filosoffer

De moderne fysikere

Forsøg

De græske filosoffer

Empedokles (Ca. 490 - 430 f. Kr)

Empedokles er en af de første elementarfilosoffer, som prøvede at klarlægge naturens elementer. Han foreslog de fire grundelementer jord, luft, ild og vand.

Aristoteles (384 f. Kr. - 322 f. Kr)

Empedokles’ teori blev støttet af Aristoteles der i sin teori også sagde, at verden bestod af de fire elementer jord, vand, luft og ild. Aristoteles’ fremtrædende position samt det, at denne teori var meget nemmere at forstå og var mere forenelig med datidens religion, er formentlig grunden til, at dette blev den dominerende teori helt frem til slutningen af 1700-tallet.

Demokrit (Ca. 460 - 360 f. Kr)

Man mener at filosoffen Demokrit var den første, som omkring 440 f.Kr. fremsatte en teori om at verden består af en masse små dele. Dem kaldte han atomos, det græske ord for uddelelig. Han postulerede, at atomerne udførte mekaniske bevægelser, at de hang sammen vha. kroge, og at de havde forskellige størrelser og omkredse.

John Dalton (1766-1844)

Britisk videnskabsmand, hvis vigtigste bidrag var hans kemiske atomteori. Da Dalton fremsatte eksistensen af atomerne begyndte han en rejse ind i det usynlige. Han ville aldrig kunne få et atom at se. Så hvordan kunne man finde ud af, hvad der er indeni et atom?

Med John Daltons teori fra starten af 1800-tallet blev den kvalitative atomlære omformet til en kvantitativ og videnskabelig frugtbar teori, der blandt andet kunne redegøre for dannelsen af kemiske forbindelser ud fra grundstoffer.

Dalton “opfandt” ikke atomet – det havde Demokrit allerede gjort mere end to tusinde år tidligere – men Daltons indsats kan med rette ses som den spæde start på alle senere atom- og molekylteorier i de fysiske og kemiske videnskaber.

J. J. Thomson (1856-1940)

Britisk fysiker som opdagede elektronen i 1897. Ud fra denne opdagelse foreslog han en atommodel, hvor den positive ladning er spredt jævnt over en sfære, mens elektronerne dvs. den negative ladning lå spredt rundt heri. Modellen betegnes ofte som the "plum pudding" model (rosinkagemodellen).

Dette skete på baggrund af studier, der skulle beskrive elektriske ladninger i vacuum (katoderør). Han så at der i katoderøret var partikler som let kunne afbøjes vha. elektricitet eller magneter. Afbøjningen viste at der måtte være partikler, som have relativ høj negativ elektrisk ladning og som samtidig vejede meget mindre en selve atomet. Derfor konkluderede han at alle atomer indeholder lette negative elektroner, som i en tungere positiv masse. Derved opstod rosinkagemodellen.

Gennem sine eksperimenter bestemte Thomson desuden forholdet mellem elektronens ladning og masse dvs. forholdet e/m. Fra forsøg med ioner havde Thomson kendskab til størrelsen af elementarladningen og kunne dermed finde elektronens masse m, nemlig 1/2000 af atomets samlede masse.

E. Rutherford (1851-1937)

Britisk fysiker som sammen med Hans Geiger og Ernest Marsden i 1911 udførte et epokegørende eksperiment, som gav et nyt syn på atomets opbygning. Rutherford havde opdaget atomkernen.

De skød alfapartikler mod et tyndt guldfolie og til deres store overraskelse viste det sig imidlertid, at en del af alfapartiklerne blev afbøjet i store vinkler - nogle endda så kraftigt, at de kom tilbage på den side af metalfoliet, som de blev sendt ind fra.

Først mente de derfor, at der måtte være tale om alfapartikler på "afveje" i forhold den stråle, der kom fra den radioaktive kilde.

Ud fra forsøget drog Rutherford i en artikel i 1911 den slutning, at atomet indeholder en lille kerne, hvori næsten al massen er koncentreret. Han forslog derefter en atommodel der overvejende består af det tomme rum. Der er en lille positiv kerne som er omgivet af negative elektroner.

Niels Bohr (1851-1937)

Den danske fysiker Niels Bohr kom ind på Københavns Universitet som student i 1903. Han fik sin kandidaturgrad i 1909 og sin doktorgrad i fysik i 1911 ved København Universitet. Samme år flyttede han til England for at arbejde sammen med J. J. Thomson på Cambridge University. I 1912 flyttede Bohr til Manchester. Der arbejdede han bl.a. sammen med Rutherford om atomernes struktur. Han vendte tilbage til København senere i 1912 og fortsatte med at udvikle sin nye teori om atomerne. Han blev færdig med denne teori i 1913.

Niels Bohr udformede en ny model for atomet, som forbedrede Rutherfords atommodel fra 1911.

Inderst inde i atomet findes en central kerne. Elektroner som kredser omkring kernen er arrangeret i forskellige skaller og energitrin. En elektron i en af de inderste skaller har mindre energi end en elektron som befinder sig i en skal længere ude.

Med Bohrs atommodel har man kunnet forudsige en række kendte linjespektre, som senere blev bekræftet ved direkte måling.

James Chadwick

Neutronen blev først rigtigt bevist i 1932 af James Chadwick, og det gav ham nobelprisen i 1935. Chadwick blev professor på universitetet i Liverpool.

Allerede i 1920 havde Rutherford snakket om eksistensen af neutronen, men det var ikke bevist.

En lille film hvor Mr. Anderson forklarer, hvordan vores forståelse af atomet har udviklet sig igennem tiden.

Til dette kapitel kan du med fordel lave et eller flere af nedenstående forsøg

Forsøgs- og illustrationsliste.

(Her skal I selv lave en forsøgsbeskrivelser, den/de bedste beskrivelser bliver belønnet med en sodavand og tilføjet i materialet.)

• Forsøg med ler, der beskriver Demokrits opfattelse.

• Sammenligning af Mendelejev’s, Moseley og det nutidige Periodiske system.

• Forklaring af Daltons teori via molekylesæt.

• Katoderørsforsøget til forklaring af J.J. Thomsons rosinbolle model.

• Rutherfords spredning: Illustrationsforsøge med glaskugler til beskrivelse af Rutherfords guldfolie forsøg.

• Spektralrørsforsøg til forklaring af Bohrs atommodel.

Gå tilbage til forsiden