en af de første attributter af atomer, der skal beskrives, var relativ atomvægt. Selvom et enkelt atom var for lille til at veje, kunne atomer sammenlignes med hinanden. Kemikeren Jons Berselius antog, at lige store mængder gasser ved samme temperatur og tryk indeholdt lige mange atomer. Han brugte denne ide tiludviklingen af atomteori. Illustration af hans & Cassidy. Med tilladelse fra Gale Group.sammenlign vægten af reagerende gasser. Han var i stand til at bestemme, at for eksempel iltatomer var 16 gange tungere end hydrogenatomer. Han lavede en liste over disse relative atomvægte for så mange elementer, som han vidste. Han udtænkte symboler for elementerne ved hjælp af det første bogstav eller de første to bogstaver i deres latinske navne, et system, der stadig er i brug i dag. Symbolet for hydrogen er H, for ilt er O, for natrium (natrium, på Latin) er Na, og så videre. Symbolerne viste sig også nyttige til at beskrive, hvor mange atomer der kombineres for at danne et molekyle af en bestemt forbindelse. For eksempel for at vise, at vand er lavet af to atomer af brint og et iltatom, er symbolet for vand H2O. et iltatom kan endda kombinere med et andet iltatom for at producere et molekyle ilt med symbolet O2 .

da flere og flere elementer fortsatte med at blive opdaget, blev det praktisk at begynde at liste dem i symbolform i et diagram. I 1869 opregnede Dmitri Mendeleev elementerne i rækkefølge efter stigende atomvægt og grupperede elementer, der syntes at have lignende kemiske reaktioner. For eksempel er lithium (Li), natrium (Na) og kalium (K) alle metalliske elementer, der brister i flamme, hvis de bliver våde. Lignende elementer blev placeret i samme kolonne i hans diagram. Mendeleev begyndte at se et mønster blandt elementerne, hvor hvert ottende element på atomvægtlisten ville tilhøre den samme kolonne. På grund af denne periodicitet eller gentagende mønster kaldes Mendeleevs diagram “periodiske system af elementerne.”Bordet var faktisk så regelmæssigt, at når der var et” hul ” i bordet, forudsagde Mendeleev, at et element til sidst ville blive opdaget for at fylde stedet. For eksempel var der plads til et element med en atomvægt på omkring 72 (72 gange tungere end hydrogen), men intet kendt element. I 1886, 15 år efter dens forudsigelse, blev elementet Germanium (Ge) isoleret og fundet at have en atomvægt på 72,3. Mange flere elementer blev fortsat forudsagt og fundet på denne måde. Men da flere elementer blev tilføjet til det periodiske system, blev det konstateret, at hvis nogle elementer blev placeret i den korrekte kolonne på grund af lignende reaktioner, fulgte de ikke den rigtige rækkefølge af stigende atomvægt. Nogle andre atomkarakteristika var nødvendige for at bestille elementerne korrekt. Mange år gik, før den rigtige ejendom blev fundet.da kemieksperimenter søgte efter og karakteriserede flere elementer, gjorde andre videnskabelige grene opdagelser om elektricitet og lys, der skulle bidrage til udviklingen af atomteori. Michael Faraday havde gjort meget arbejde for at karakterisere elektricitet; James Clerk karakteriserede lys. I 1870 ‘ erne byggede Crookes et apparat, nu kaldet et Crookes-rør, for at undersøge “stråler”, der afgives af metaller. Han ønskede at afgøre, om strålerne var lys eller elektricitet baseret på Faradays og Maksels beskrivelser af begge. Crookes rør bestod af en glaspære, hvorfra det meste af luften var blevet fjernet, indkapslet to metalplader kaldet elektroder. Den ene elektrode blev kaldt anoden, og den anden blev kaldt katoden. Pladerne havde hver en ledning, der førte uden for pæren til en strømkilde. Når elektricitet blev påført elektroderne, syntes stråler at komme fra katoden. Crookes fastslog, at disse katodestråler var partikler med en negativ elektrisk ladning, der blev afgivet af katodepladens metal. I 1897 opdagede J. J. Thomson, at disse negativt ladede partikler kom ud af atomerne og må have været til stede i metalatomerne til at begynde med. Han kaldte disse negativt ladede subatomære partikler “elektroner.”Da elektronerne var negativt ladede, måtte resten af atomet være positivt ladet. Thomson mente, at elektronerne var spredt i atomet som rosiner i en positivt ladet brøddej eller som blommer i en budding. Selvom Thomsons” plum-pudding ” – model ikke var korrekt, var det det første forsøg på at vise, at atomer var mere komplekse end blot homogene kugler.

samtidig undersøgte forskere andre slags mystiske stråler, der kom fra Crookes-røret, der ikke stammer fra dets katode. I 1895 bemærkede Roentgen, at fotografiske plader, der blev holdt nær et Crookes-rør, ville blive tåget af nogle usynlige, ukendte stråler. Roentgen kaldte disse stråler ” røntgenstråler “ved hjælp af” K ” for ukendt som i matematik. Roentgen etablerede også brugen af fotografiske plader som en måde at tage billeder af mystiske stråler på. Han fandt ud af, at ved at blokere røntgenstrålerne med hånden, for eksempel, knogler ville blokere røntgenstrålerne, men hud og væv ville ikke. Læger bruger stadig Roentgens røntgenstråler til billeddannelse af menneskekroppen.

fotografiske plader blev standardudstyr til forskere fra Roentgens tid. En af disse forskere, Henri Beckerel, efterlod nogle fotografiske plader i en skuffe med uran, et nyt element, han studerede. Da han fjernede pladerne, fandt han ud af, at de var blevet tåget. Da der ikke var noget andet i skuffen, konkluderede han, at uranet må have afgivet en slags stråle. Beckerel viste, at denne stråling ikke var så gennemtrængende som røntgenstråler, da den kunne blokeres af papir. Selve elementet producerede aktivt stråling, en egenskab kaldet radioaktivitet. Stort set gennem Pierre og Marie Curies arbejde blev der fundet flere radioaktive elementer. Forsøgene på at karakterisere de forskellige typer radioaktivitet førte til det næste store kapitel i udviklingen af atomteori.

i 1896 begyndte Ernest Rutherford, en studerende af J. J. Thomson, at studere radioaktivitet. Ved at teste forskellige elementer og bestemme, hvilke slags materialer der kunne blokere strålingen fra at nå en fotografisk plade, konkluderede Rutherford, at der var to typer radioaktivitet, der kom fra elementer. Han navngav dem ved hjælp af de to første bogstaver i det græske alfabet, alfa og beta. Alfa-stråling blev lavet af positivt ladede partikler omkring fire gange så tunge som et hydrogenatom. Betastråling var lavet af negativt ladede partikler, der syntes at være ligesom elektroner. Rutherford besluttede at prøve et eksperiment ved hjælp af alfapartiklerne. Han satte et stykke tynd guldfolie op med fotografiske plader, der omslutter det. Han tillod derefter alfapartikler at ramme guldet. De fleste af alfapartiklerne gik lige gennem guldfolien. Men nogle af dem gjorde det ikke. Et par alfapartikler blev afbøjet fra deres lige kurs. Et par kom endda lige bagud. Rutherford skrev, at det var så overraskende, som om man kun havde affyret en kugle på et stykke tissuepapir for at få det til at hoppe tilbage. Rutherford konkluderede, at da de fleste af alfapartiklerne gik igennem, skal guldets atomer for det meste være tomt rum, ikke Thomsons pladsfyldende blommepudding. Da nogle få af alfapartiklerne blev afbøjet, skal der være en tæt pakket positiv region i hvert atom, som han kaldte kernen. Med al den positive ladning i kernen var det næste spørgsmål arrangementet af elektronerne i atomet.i 1900 havde fysikeren maks. Planck studeret processer af lys og varme og specifikt forsøgt at forstå den lysstråling, der blev afgivet af en “sort krop”, et ideelt hulrum lavet af perfekt reflekterende vægge. Dette hulrum blev forestillet sig som indeholdende genstande kaldet oscillatorer, som absorberede og udsendte lys og varme. I betragtning af tilstrækkelig tid ville strålingen fra en sådan sort krop producere en farvet lysfordeling kaldet et spektrum, der kun var afhængig af temperaturen på den sorte krop og ikke af, hvad den var lavet af. Mange forskere forsøgte at finde et matematisk forhold, der ville forudsige, hvordan oscillatorerne i en sort krop kunne producere en bestemt spektralfordeling. Planck fandt det korrekte matematiske forhold. Han antog, at den energi, der blev absorberet eller udsendt af oscillatorerne, altid var et multiplum af en grundlæggende “pakke energi”, han kaldte et kvante. Objekter, der udsender eller absorberer energi, gør det i diskrete mængder, kaldet kvanta.

på samme tid var der en fysiker, der arbejdede med Thomson og Rutherford ved navn Niels Bohr. Bohr indså, at ideen om et kvantum af energi kunne forklare, hvordan elektronerne i atomet er arrangeret. Han beskrev elektronerne som værende” i kredsløb ” omkring kernen som planeter omkring solen. Ligesom oscillatorer i en sort krop ikke kunne have nogen energi, kunne elektroner i atomet ikke have nogen kredsløb. Der var kunhydrogenisotoper: hydrogen, deuterium og tritium. Illustration af hans & Cassidy. Med tilladelse fra Gale Group.visse afstande, der blev tilladt af den energi, som en elektron havde. Hvis en elektron af et bestemt atom absorberede det nøjagtigt rigtige kvantum af energi, kunne det bevæge sig længere væk fra kernen. Hvis en elektron længere fra kernen udsendte det nøjagtigt rigtige kvantum af energi, kunne det bevæge sig tættere på kernen. Hvad de nøjagtigt rigtige værdier var forskellige for hvert element. Disse værdier kunne bestemmes ved en proces kaldet atomspektroskopi, en eksperimentel teknik, der så på lysspektret produceret af atomer. Et atom blev opvarmet, så alle dets elektroner blev flyttet langt væk fra kernen. Da de bevægede sig tættere på kernen, ville elektronerne begynde at udsende deres kvanta af energi som lys. Spektret af produceret lys kunne undersøges ved hjælp af et prisme. Spektret produceret på denne måde viste ikke enhver mulig farve, men kun de få, der matchede energierne svarende til elektronbaneforskellene. Selvom det senere blev raffineret, forklarede Bohrs “planetariske model” af atomet atomspektroskopidata godt nok til, at forskere vendte deres opmærksomhed tilbage til atomets kerne.Rutherford, sammen med Frederick Soddy, fortsatte arbejdet med radioaktive elementer. Soddy, i særdeleshed, bemærkede, at da alfa-og beta-partikler blev udsendt fra atomer, atomerne ændrede sig på en af to måder: (1) elementet blev et helt andet element med helt nye kemiske reaktioner, eller (2) elementet opretholdt de samme kemiske reaktioner og det samme atomspektrum, men ændrede sig kun i atomvægt.

han kaldte atomer af den anden gruppe isotoper, atomer af samme element med forskellige atomvægte. I enhver naturlig prøve af et element kan der være flere typer isotoper. Som et resultat var atomvægten af et element, der blev beregnet af Berselius, faktisk et gennemsnit af alle isotopvægtene for dette element. Dette var grunden til, at nogle elementer ikke faldt i den rigtige rækkefølge på Mendeleevs periodiske system—Den gennemsnitlige atomvægt var afhængig af, hvor meget af hver slags isotop der var til stede. Soddy foreslog at placere elementerne i det periodiske system ved lighed mellem kemiske reaktioner og derefter nummerere dem i rækkefølge. Nummeret tildelt hvert element på denne måde kaldes atomnummeret. Atomnumrene var praktiske måder at henvise til elementer på.i mellemtiden havde Thomson fortsat sit arbejde med Crookes-røret. Han fandt ud af, at der ikke kun blev produceret katodestråler af elektroner, men det var også positive partikler. Efter meget omhyggeligt arbejde var han i stand til at adskille de mange forskellige slags positive partikler efter vægt. Baseret på disse målinger var han i stand til at bestemme en grundlæggende partikel, den mindste positive partikel produceret, kaldet en proton. Da disse blev produceret af katodens atomer, og da Rutherford viste, at atomets kerne var positiv, indså Thomson, at kernen i et atom skal indeholde protoner. En ung videnskabsmand ved navn Henry Moseley eksperimenterede med at bombardere atomer af forskellige elementer med røntgenstråler. Ligesom i atomspektroskopi, hvor varme giver elektroner mere energi, giver røntgenstråler protoner i kernen mere energi. Og ligesom elektroner udsender lys af specifikke energier, når de køler af, udsender kernen røntgenstråler af en bestemt energi, når den “de-ophidser.”Moseley opdagede, at energien fra de udsendte røntgenstråler for hvert element fulgte et simpelt matematisk forhold. Energien var afhængig af atomnummeret for dette element, og atomnummeret svarede til antallet af positive ladninger i kernen. Så den korrekte rækkefølge af det periodiske system er ved at øge antallet af protoner i atomkernen. Antallet af protoner er lig med antallet af elektroner i et neutralt atom. Elektronerne er ansvarlige for de kemiske reaktioner. Elementer i den samme kolonne i det periodiske system har lignende arrangementer af elektroner med de højeste energier, og det er derfor, deres reaktioner er ens.

kun et problem forblev. Elektroner havde meget lidt vægt,1/1.836 vægten af en proton. Alligevel tog protonerne ikke højde for hele atomvægten af et atom. Det var først i 1932, at James opdagede eksistensen af en partikel i kernen uden elektrisk ladning, men med en vægt, der var lidt større end en proton. Han kaldte denne partikel neutronen. Neutroner er ansvarlige for eksistensen af isotoper. To atomer af det samme element vil have det samme antal protoner og elektroner, men de kan have forskellige antal neutroner og derfor forskellige atomvægte. Isotoper navngives ved at angive navnet på elementet og derefter antallet af protoner plus neutroner i kernen. Summen af protoner og neutroner kaldes massetallet. For eksempel har uran-235 235 protoner og neutroner. Vi kan se på en periodisk tabel for at finde urans atomnummer (92), som fortæller os antallet af protoner. Derefter ved at subtrahere ved vi, at denne isotop har 143 neutroner. Der er en anden isotop af uran, 238U, med 92 protoner og 146 neutroner. Nogle kombinationer af protoner og neutroner er mindre stabile end andre. Billede forsøger at holde 10 bolde i dine arme. Der vil være nogle arrangement, hvor du kan være i stand til at styre det. Prøv nu at holde 11 eller kun ni. Der er muligvis ikke et stabilt arrangement, og du vil droppe kuglerne. Det samme sker med protoner og neutroner. Ustabile arrangementer falder spontant fra hinanden og udsender partikler, indtil en stabil struktur er nået. Sådan produceres radioaktivitet som alfapartikler. Alfapartikler er lavet af to protoner og to neutroner, der tumler ud af en ustabil kerne.

Hydrogen har tre slags isotoper: hydrogen, 2H (deuterium) og 3H (tritium).

atomvægten af de andre grundstoffer blev oprindeligt sammenlignet med hydrogen uden at specificere hvilken isotop. Det er også svært at få enkelte atomer af hydrogen, fordi det normalt reagerer med andre atomer for at danne molekyler som H2 eller H2O. så et andet elements isotop blev valgt til sammenligning. Atomvægten er nu baseret på 12 C (carbon-12). Denne isotop har seks protoner og seks neutroner i sin kerne. Carbon – 12 blev defineret til at være 12 atommasseenheder. (Atommasseenheder, forkortet amu, er enheder, der bruges til at sammenligne de relative vægte af atomer. En amu er mindre end 200 sekstilliontedele af et gram.) Hver anden isotop af hvert andet element sammenlignes med dette. Derefter beregnes vægten af et givet elements isotoper i gennemsnit for at give de atomvægte, der findes i det periodiske system.

indtil dette punkt i atomets historie blev alle de partikler, der omfattede atomet, betragtet som hårde, ensartede kugler. Begyndende i 1920 med Louis de Broglies arbejde ændrede dette billede sig. De Broglie viste, at partikler som elektroner undertiden kunne have egenskaber ved bølger. For eksempel, hvis vandbølger produceres af to kilder, som at droppe to småsten i en dam, bølgerne kan forstyrre hinanden. Dette betyder, at høje pletter tilføjer for at gøre endnu højere pletter. Lave pletter tilføjer for at gøre endnu lavere regioner. Når elektroner blev lavet til at rejse gennem en dobbelt slids, hvor nogle elektroner gik gennem en slids og nogle gennem den anden, skabte de effektivt to kilder. Elektronerne viste den samme slags interferens og producerede et mønster på en opsamlingsplade. Evnen af elektroner og andre partikler til undertiden vise egenskaber af partikler og undertiden af bølger kaldes bølge-partikel dualitet. Denne komplikation til elektronens natur betød, at Bohrs ide om et planetarisk atom ikke var helt rigtigt. Elektronerne har forskellige diskrete energier, men de følger ikke cirkulære baner. I 1925 erklærede Heisenberg, at den præcise hastighed og placering af en elektron ikke begge kan kendes på samme tid. Dette “Heisenberg-usikkerhedsprincip” inspirerede Ervin Schr Kristinger til at udtænke en ligning for at beregne, hvordan en elektron med en bestemt energi bevæger sig. Schr krisdingers ligning beskriver regioner i et atom, hvor en elektron med en bestemt energi sandsynligvis vil være, men ikke nøjagtigt, hvor den er. Denne sandsynlighedsregion kaldes en orbital. Elektroner bevæger sig så hurtigt inden for disse orbitaler, at vi kan tænke på dem som sløring i en elektronsky. Elektroner bevæger sig fra en orbital til en anden ved at absorbere eller udsende et kvantum af energi, ligesom Bohr forklarede.