|
'''Atomi''' ({{k-grc|ἄτομος|atomos}}, jakamaton) on [[alkuaine]]en [[kemia]]llisesti pienin osa. Toisin kuin sanan alkuperäinen merkitys antaa ymmärtää, nykyisin atomien katsotaan koostuvan pienemmistä osista.
== Atomiteorian historia ==
{{Pääartikkeli|[[Atomismi]]|[[atomiteoria]]}}
Käsitteenä atomi on hyvin vanha. Jo [[Demokritos]] ehdotti, että kaikki koostuu "atomeista" ja tyhjyydestä, ja koska atomeissa ei ole tyhjyyttä, ne ovat jakamattomia, sillä ainoastaan tyhjyys voi erottaa kappaleet toisistaan.
[[Kemia]]ssa atomin käsitteen otti käyttöön [[John Dalton]] 1800-luvun alussa. Sen avulla hän selitti etenkin [[kerrannaisten painosuhteiden laki|kerrannaisten painosuhteiden lain]]. Tämä laki sanoo, että jos kaksi [[alkuaine]]tta muodostaa useampia yhdisteitä keskenään, niin ne määrät yhtä alkuainetta, jotka voivat yhtyä samaan määrään toista alkuainetta, ovat yksinkertaisessa, yleensä pienillä kokonaisluvuilla ilmaistavassa suhteessa toisiinsa. Esimerkiksi 12 grammaa [[hiili|hiiltä]] voi yhtyä joko 16 grammaan [[happi|happea]] muodostaen [[hiilimonoksidi]]a tai tarkalleen kaksinkertaiseen määrään, 32 grammaan happea muodostaen [[hiilidioksidi]]a. Tämä selittyy sillä, että hiilimonoksidin [[molekyyli]]ssä on yksi hiili- ja yksi happiatomi, hiilidioksidin molekyylissä taas yksi hiili- ja kaksi happiatomia.
Tämän teorian ja kemiallisten reaktioiden avulla pystyttiin jo 1800-luvun alkupuolella määrittämään varsin tarkoin eri alkuaineiden atomien massojen suhteet toisiinsa. Ei kuitenkaan vielä tiedetty, kuinka suuria niiden massat olivat gramman murto-osina, vain niiden suhteelliset massat tunnettiin. Siksi olikin otettava käyttöön erityinen [[atomimassayksikkö]], joka alkujaan määriteltiin [[vety]]atomin massaksi. (Nykyisin se on määritelty 1/12-osaksi hiili-12-atomin massasta.) Samoihin aikoihin kehittyivät nopeasti myös [[lämpöoppi]] ja siihen läheisesti liittyvä [[kineettinen kaasuteoria]], joka myös edellytti kaasun koostuvat molekyyleistä. Kineettiseen kaasuteoriaan perustuva [[Avogadron laki]] osoittautui myös hyödylliseksi kaasumaisten alkuaineiden atomimassojen määrityksessä.
1800-luvulla atomiteoria sai kuitenkin erityisen suuren merkityksen [[orgaaninen kemia|orgaanisessa kemiassa]]. Erilaisten kemiallisten reaktioiden avulla tehtiin pitkälle meneviä päätelmiä orgaanisten molekyylien rakenteesta ja siitä, missä järjestyksessä niissä atomit sijaitsevat toisiinsa nähden. Kun paljon myöhemmin orgaanisten molekyylien rakenteita pystyttiin tutkimaan myös [[röntgensäteily|röntgensäteiden]] avulla, kemistien tekemät päätelmät osoittautuivat useimmissa tapauksissa oikeiksi.<ref>Feynman, Richard P.: Suhteellisen helppoa, seitsemän lukua fysiikkaa, suom. Kimmo Pietiläinen, Ursan julkaisuja n:o 82, 2002, ISBN 952-5329-18-6</ref>
Atomiteoria tuli nopeasti tiedemiesten yleisesti hyväksymäksi, joskin epäilijöitä oli vielä 1800-luvun lopullakin, esimerkiksi [[Ernst Mach]]. Vasta [[radioaktiivisuus|radioaktiivisuutta]] koskevat tutkimustulokset sekä [[Albert Einstein]]in vuonna [[1905]] esittämä [[Brownin liike|Brownin liikkeen]] selitys ratkaisivat kiistan lopullisesti ja tekivät myös mahdollisiksi määrittää atomimassayksikön ja gramman välisen suhteen.
Demokritoksen tavoin myös Dalton ja tiedeyhteisö vielä kauan hänen jälkeensäkin piti atomia jakamattomana. [[Elektrolyysi]]n tutkimus kohti kuitenkin vähitellen siihen päätelmään, että atomi voi saada [[sähkövaraus|sähkövarauksen]] eli [[ioni]]soitua, mikä antoi aihetta olettaa, että on olemassa atomiakin pienempiä sähköisesti varattuja hiukkasia.
=== Atomimalleja ===
Reilu 2 000 vuotta sitten filosofi [[Platon]] esitteli teoksessaan ''[[Timaios (dialogi)|Timaios]]'' eri alkuaineiden atomeja. Hän yhdisti jokaiseen [[Klassiset alkuaineet|klassiseen alkuaineeseen]] – maahan, ilmaan, tuleen ja veteen – säännöllisen monikulmion, niin kutsutun [[Platonin kappale]]en, niin että maata vastasi kuutio, ilmaa oktaedri, vettä ikosaedri ja tulta tetraedri. Platon ajatteli jokaisen alkuaineen koostuvan omanlaisistaan atomeista, kuten nykyteoriatkin olettavat.
Nykyisistä, tieteellisiin havaintoihin perustuvista atomimalleista ensimmäinen on [[elektroni]]n löytäjän [[Joseph John Thomson|Joseph Thomson]]in [[Thomsonin atomimalli|rusinapullamalli]]. Atomin oli havaittu olevan sähköisesti neutraali, mutta koostuvan erimerkkisesti varautuneista hiukkasista. Klassisen teorian mukaan ainoa mahdollinen pysyvä atomimalli oli sellainen, jossa positiiviset ja negatiiviset hiukkaset ovat tasaisesti levittyneet atomiin kuin rusinat pullaan.
[[Ernest Rutherford]] teki kuitenkin [[Rutherfordin koe|kokeen]], jossa hän pommitti ohutta [[kulta]]kalvoa [[alfahiukkanen|alfahiukkasilla]]. Suureksi yllätyksekseen hän havaitsi, että pieni osa hiukkasista kimposi kalvosta takaisin muiden mennessä läpi, ikään kuin suurin osa atomista olisi tyhjää täynnä ja vain pieni ydin sisältäisi kaiken massan. Rutherford päätyi [[aurinkokunta]]malliin, jossa elektronit kiertävät positiivista ydintä samaan tapaan kuin [[planeetta|planeetat]] aurinkoa. [[Rutherfordin atomimalli|Rutherfordin atomimallin]] mukainen atomi ei kuitenkaan klassisen fysiikan mukaan olisi vakaa, sillä ympyräliikkeessä olevat elektronit säteilisivät energiansa pian pois.
[[Niels Bohr]] ratkaisi ongelman esittämällä, että elektronit kiertävät ydintä vain tietyillä pysyvillä, stationaarisilla radoilla. [[Bohrin malli]]ssa elektronit säteilevät vain siirtyessään radalta toiselle absorboimalla tai emittoimalla [[fotoni]]n. Mallin heikkoudet liittyvät siihen, että se ei mitenkään selitä tätä [[kvantittuminen|kvantittumista]]. Lopulta fyysikot kuten [[Erwin Schrödinger]] saivat kehitettyä [[kvanttimekaniikka|kvanttimekaanisen]] atomimallin, jossa elektronit muodostavat ytimen ympärille todennäköisyyspilviä: koskaan ei voi tietää varmasti, missä elektroni on, vaan se on ikään kuin levittäytynyt koko avaruuteen. Kvanttimekaniikan monimutkaisuuden ja järjenvastaisuuden vuoksi Rutherfordin ja Bohrin yksinkertaisia malleja käytetään edelleen opetuksessa, ja useimmat ihmiset ajattelevatkin atomeja edelleen pieninä aurinkokuntina. Kvanttimekaaninen atomimalli on kuitenkin todistettu päteväksi useilla äärimmäisen tarkoilla kokeilla.
== Lähteet ==
| 