En av de første attributtene til atomer som skal beskrives var relativ atomvekt. Selv om et enkelt atom var for lite til å veie, kunne atomer sammenlignes med hverandre. Kjemikeren Jons Berzelius antok at like mengder gasser ved samme temperatur og trykk inneholdt like mange atomer. Han brukte denne ideen tilutviklingen av atomteori. Illustrasjon Av Hans& Cassidy. Gjengitt med Tillatelse Fra Gale Group.sammenlign vektene av reagerende gasser. Han var i stand til å bestemme at for eksempel oksygenatomer var 16 ganger tyngre enn hydrogenatomer. Han laget en liste over disse relative atomvekter for så mange elementer som han visste. Han utviklet symboler for elementene ved å bruke den første bokstaven eller de to første bokstavene i deres latinske navn, et system som fortsatt er i bruk i dag. Symbolet For hydrogen Er H, for oksygen Er O, for natrium (natrium, På Latin) Er Na, Og Så videre. Symbolene viste seg også å være nyttige for å beskrive hvor mange atomer som kombineres for å danne et molekyl av en bestemt forbindelse. For eksempel, for å vise at vann er laget av to atomer av hydrogen og ett atom av oksygen, symbolet FOR vann ER H2O. en oksygenatom kan også kombinere med en annen oksygenatom for å produsere et molekyl av oksygen med symbolet O2 .Etter hvert som flere og flere elementer fortsatte å bli oppdaget, ble det praktisk å begynne å liste dem i symbolform i et diagram. I 1869 oppførte Dmitri Mendeleev elementene i rekkefølge av økende atomvekt og grupperte elementer som syntes å ha lignende kjemiske reaksjoner. For eksempel er litium (Li), natrium (Na) og kalium (K) alle metalliske elementer som brister i flamme hvis de blir våte. Lignende elementer ble plassert i samme kolonne i diagrammet hans. Mendeleev begynte å se et mønster blant elementene, hvor hvert åttende element på atomvektlisten ville tilhøre samme kolonne. På grunn av dette periodicitet eller repeterende mønster, Mendeleev diagram kalles » Periodic table of the elements.»Bordet var så vanlig at Når det var et «hull» i bordet, forutslo Mendeleev At et element til slutt ville bli oppdaget for å fylle stedet. For eksempel var det plass til et element med en atomvekt på ca 72 (72 ganger tyngre enn hydrogen), men ikke noe kjent element. I 1886, 15 år etter sin prediksjon, Ble Elementet Germanium (Ge) isolert og funnet å ha en atomvekt på 72,3. Mange flere elementer fortsatte å bli spådd og funnet på denne måten. Men da flere elementer ble lagt til det periodiske bordet, ble det funnet at hvis noen elementer ble plassert i riktig kolonne på grunn av lignende reaksjoner, fulgte de ikke den riktige rekkefølgen av økende atomvekt. Noen andre atomkarakteristikker var nødvendig for å bestille elementene riktig. Mange år gikk før den riktige eiendommen ble funnet.da kjemieksperimenter lette etter og karakteriserte flere elementer, gjorde andre grener av vitenskapen funn om elektrisitet og lys som skulle bidra til utviklingen av atomteori. Michael Faraday hadde gjort mye arbeid for å karakterisere elektrisitet; James Clerk Maxwell preget lys. På 1870-tallet bygde William Crookes et Apparat, nå kalt Et Crookes-rør, for å undersøke» stråler » som ble gitt av metaller. Han ønsket å avgjøre om strålene var lys eller elektrisitet basert På Faradays og Maxwells beskrivelser av begge. Crookes rør besto av en glasspære, hvorfra det meste av luften var fjernet, og omsluttet to metallplater kalt elektroder. En elektrode ble kalt anoden og den andre ble kalt katoden. Platene hver hadde en ledning som fører utenfor pæren til en kilde til elektrisitet. Når elektrisitet ble påført elektrodene, syntes stråler å komme fra katoden. Crookes fastslått at disse katodestrålene var partikler med en negativ elektrisk ladning som ble gitt av metallet i katodeplaten. I 1897 oppdaget Jj Thomson at disse negativt ladede partiklene kom ut av atomene og må ha vært tilstede i metallatomer til å begynne med. Han kalte disse negativt ladede subatomære partiklene » elektroner.»Siden elektronene var negativt ladet, måtte resten av atomet være positivt ladet. Thomson trodde at elektronene var spredt i atomet som rosiner i en positivt ladet brøddeig, eller som plommer i en pudding. Selv Om Thomsons «plum-pudding» – modell ikke var riktig, var Det første forsøk på å vise at atomer var mer komplekse enn bare homogene sfærer.samtidig undersøkte forskerne andre typer mystiske stråler som kom Fra Crookes-røret som ikke stammer fra katoden. I 1895 oppdaget Wilhelm Roentgen at fotografiske plater holdt nær Et Crookes-rør ville bli tåket av noen usynlige, ukjente stråler. Roentgen kalte disse strålene «x-stråler», ved hjelp av» x » for ukjent som i matematikk. Roentgen etablerte også bruken av fotografiske plater som en måte å ta bilder av mystiske stråler. Han fant at ved å blokkere x-stråler med hånden, for eksempel, bein ville blokkere x-stråler, men hud og vev ville ikke. Legene bruker Fortsatt Røntgenstråler For å avbilde menneskekroppen.

Fotografiske plater ble standardutstyr for forskere Av Roentgens tid. En av disse forskerne, Henri Becquerel, forlot noen fotografiske plater i en skuff med uran, et nytt element han studerte. Da han fjernet platene, fant han at de hadde blitt tåket. Siden det ikke var noe annet i skuffen, han konkluderte med at uran må ha vært å gi ut noen form for ray. Becquerel viste at denne strålingen ikke var så gjennomtrengende som røntgenstråler siden den kunne blokkeres av papir. Selve elementet produserte aktivt stråling, en egenskap referert til som radioaktivitet. I stor grad gjennom Pierre Og Marie Curies arbeid ble det funnet flere radioaktive elementer. Forsøkene på å karakterisere de ulike typer radioaktivitet førte til det neste store kapittelet i utviklingen av atomteori.I 1896 begynte Ernest Rutherford, en student Av Jj Thomson, å studere radioaktivitet. Ved å teste ulike elementer og bestemme hvilke typer materialer som kan blokkere strålingen fra å nå en fotografisk plate, Konkluderte Rutherford at det var to typer radioaktivitet som kommer fra elementer. Han kalte dem ved hjelp av de to første bokstavene i det greske alfabetet, alfa og beta. Alfa-stråling ble laget av positivt ladede partikler omtrent fire ganger så tung som et hydrogenatom. Betastråling ble laget av negativt ladede partikler som syntes å være akkurat som elektroner. Rutherford bestemte seg for å prøve et eksperiment ved hjelp av alfa partikler. Han satte opp et stykke tynn gullfolie med fotografiske plater som omkranser den. Han tillot da alfa partikler å treffe gullet. De fleste alfa-partiklene gikk rett gjennom gullfolien. Men noen av dem gjorde det ikke. Noen få alfa partikler ble avbøyet fra deres rette kurs. Noen kom til og med rett bakover. Rutherford skrev at det var så overraskende som om man hadde avfyrt en kule på et stykke silkepapir bare for å ha det sprette tilbake. Rutherford konkluderte med at siden de fleste alfa partikler gikk gjennom, atomer av gull må være stort sett tomrom, ikke Thomsons plass-fylling plomme-pudding. Siden noen av alfa-partiklene ble avbøyet, må det være en tett pakket positiv region i hvert atom som han kalte kjernen. Med all den positive ladningen i kjernen var det neste spørsmålet arrangementet av elektronene i atomet.i 1900 hadde fysikeren Max Planck studert prosesser av lys og varme, spesielt forsøkt å forstå lysstrålingen gitt av en «svart kropp», et ideelt hulrom laget av perfekt reflekterende vegger. Dette hulrommet ble forestilt som inneholder objekter som kalles oscillatorer som absorberes og slippes ut lys og varme. Gitt nok tid, ville strålingen fra en slik svart kropp produsere en farget lysfordeling kalt et spektrum som bare var avhengig av temperaturen på svartkroppen og ikke på hva den var laget av. Mange forskere forsøkte å finne et matematisk forhold som ville forutsi hvordan oscillatorene til en svart kropp kunne produsere en bestemt spektralfordeling. Max Planck fant det riktige matematiske forholdet. Han antok at energien absorbert eller utgitt av oscillatorene alltid var et flertall av noen grunnleggende «energipakke» han kalte et kvantum. Objekter som avgir eller absorberer energi gjør det i diskrete mengder, kalt quanta.

på samme tid var det en fysiker som jobbet Med Thomson Og Rutherford Ved Navn Niels Bohr. Bohr innså at ideen om et kvantum av energi kunne forklare hvordan elektronene i atomet er ordnet. Han beskrev elektronene som «i bane» rundt kjernen som planeter rundt solen. Som oscillatorer i en svart kropp kunne ikke bare ha noen energi, kunne elektroner i atomet ikke bare ha noen bane. Det var barehydrogenisotoper: hydrogen, deuterium og tritium. Illustrasjon Av Hans& Cassidy. Gjengitt med Tillatelse Fra Gale Group.visse avstander som ble tillatt av energien som et elektron hadde. Hvis et elektron av et bestemt atom absorberte nøyaktig riktig kvantum av energi, kunne det bevege seg lenger bort fra kjernen. Hvis et elektron lenger fra kjernen utstrålte nøyaktig riktig kvantum av energi, kunne det bevege seg nærmere kjernen. Hva de nøyaktig riktige verdiene var forskjellig for hvert element. Disse verdiene kan bestemmes av en prosess som kalles atomspektroskopi, en eksperimentell teknikk som så på lysspektret produsert av atomer. Et atom ble oppvarmet slik at alle dets elektroner ble flyttet langt borte fra kjernen. Da de flyttet nærmere kjernen, ville elektronene begynne å sende ut deres kvanta av energi som lys. Spekteret av lys produsert kunne undersøkes ved hjelp av et prisme. Spekteret produsert på denne måten viste ikke alle mulige farger, men bare de få som matchet energiene som tilsvarer elektronbaneforskjellene. Selv om Det senere ble raffinert, forklarte Bohrs «planetariske modell» av atomet atomspektroskopidata godt nok til at forskerne vendte oppmerksomheten tilbake til atomkjernen.

Rutherford, sammen Med Frederick Soddy, fortsatte arbeidet med radioaktive elementer. Soddy, spesielt, lagt merke til at som alfa-og beta-partikler ble sluppet ut fra atomer, atomene endret på en av to måter: (1) elementet ble et helt annet element med helt nye kjemiske reaksjoner, eller (2) elementet opprettholdt de samme kjemiske reaksjonene og det samme atomspekteret, men endret bare i atomvekt.

han kalte atomer av den andre gruppen isotoper, atomer av samme element med forskjellige atomvekter. I en hvilken som helst naturlig prøve av et element kan det være flere typer isotoper. Som et resultat var atomvekten til et element som Ble beregnet Av Berzelius faktisk et gjennomsnitt av alle isotopvektene for det elementet. Dette var grunnen til at noen elementer ikke falt i riktig rekkefølge På Mendeleevs periodiske bord – den gjennomsnittlige atomvekten var avhengig av hvor mye av hver type isotop var tilstede. Soddy foreslo å plassere elementene i det periodiske bordet ved likhet med kjemiske reaksjoner og deretter nummerere dem i rekkefølge. Tallet som er tildelt hvert element på denne måten kalles atomnummeret. Atomnumrene var praktiske måter å referere til elementer.I Mellomtiden Hadde Thomson fortsatt sitt arbeid med Crookes tube. Han fant at ikke bare var katodestråler av elektroner produsert, men det var også positive partikler. Etter mye omhyggelig arbeid var han i stand til å skille de mange forskjellige typer positive partikler etter vekt. Basert på disse målingene var han i stand til å bestemme en grunnleggende partikkel, den minste positive partikkelen produsert, kalt en proton. Siden Disse ble produsert av katodens atomer og Siden Rutherford viste at atomkjernen var positiv, Innså Thomson at kjernen til et atom må inneholde protoner. En ung forsker Ved Navn Henry Moseley eksperimenterte med å bombardere atomer av forskjellige elementer med røntgenstråler. Akkurat som i atomspektroskopi, hvor varme gir elektroner mer energi, gir x-stråler protoner i kjernen mer energi. Og akkurat som elektroner gir ut lys av bestemte energier når de avkjøles, avgir kjernen røntgenstråler av en bestemt energi når den » de-excites.»Moseley oppdaget at energien til de utstrålede røntgenstrålene for hvert element fulgte et enkelt matematisk forhold. Energien var avhengig av atomnummeret for det elementet, og atomnummeret korresponderte med antall positive ladninger i kjernen. Så riktig bestilling av det periodiske bordet er ved å øke antall protoner i atomkjernen. Antall protoner er lik antall elektroner i et nøytralt atom. Elektronene er ansvarlige for de kjemiske reaksjonene. Elementer i samme kolonne i periodisk tabell har lignende arrangementer av elektroner med de høyeste energiene, og derfor er deres reaksjoner like.

bare ett problem gjenstår. Elektroner hadde svært liten vekt, 1/1, 836 vekten av et proton. Men protonene sto ikke for all atomvekten til et atom. Det var ikke Før 1932 At James Chadwick oppdaget eksistensen av en partikkel i kjernen uten elektrisk ladning, men med en vekt litt større enn et proton. Han kalte denne partikkelen nøytronet. Nøytroner er ansvarlige for eksistensen av isotoper. To atomer av samme element vil ha samme antall protoner og elektroner, men de kan ha forskjellige antall nøytroner og derfor forskjellige atomvekter. Isotoper er navngitt ved å angi navnet på elementet og deretter antall protoner pluss nøytroner i kjernen. Summen av protoner og nøytroner kalles massetallet. Uran-235 har 235 protoner og nøytroner. Vi kan se på et periodisk bord for å finne urans atomnummer (92) som forteller oss antall protoner. Så ved å trekke fra, vet vi at denne isotopen har 143 nøytroner. Det er en annen isotop av uran, 238U, med 92 protoner og 146 nøytroner. Noen kombinasjoner av protoner og nøytroner er mindre stabile enn andre. Bilde prøver å holde 10 bowlingkuler i armene. Det vil være noen ordning der du kan være i stand til å håndtere det. Prøv nå å holde 11 eller bare ni. Det kan ikke være et stabilt arrangement, og du vil slippe bowlingkulene. Det samme skjer med protoner og nøytroner. Ustabile ordninger faller spontant fra hverandre, avgir partikler, til en stabil struktur er nådd. Slik produseres radioaktivitet som alfa partikler. Alfa partikler er laget av to protoner og to nøytroner tumbling ut av en ustabil kjerne.

Hydrogen har tre typer isotoper: hydrogen, 2h (deuterium) OG 3h (tritium).atomvektene til de andre grunnstoffene ble opprinnelig sammenlignet med hydrogen uten å spesifisere hvilken isotop. Det er også vanskelig å få enkeltatomer av hydrogen fordi det vanligvis reagerer med andre atomer for å danne molekyler Som H2 eller H2O. Atomvektene er nå basert på 12 c (karbon-12). Denne isotopen har seks protoner og seks nøytroner i kjernen. Karbon-12 ble definert til å være 12 atommasseenheter. (Atommasseenheter, forkortet amu, er enheter som brukes til å sammenligne de relative vektene av atomer. En amu er mindre enn 200 sekstendedeler av et gram.) Hver annen isotop av hvert annet element er sammenlignet med dette. Da vektene av et gitt element isotoper er i gjennomsnitt for å gi atomvekter funnet på periodesystemet.

Inntil dette punktet i historien om atomet ble alle partiklene som utgjør atomet tenkt på som harde, ensartede sfærer. Begynnelsen i 1920 med Louis De Broglies arbeid, endret dette bildet. De Broglie viste at partikler som elektroner noen ganger kunne ha egenskaper av bølger. For eksempel, hvis vannbølger produseres av to kilder, som å slippe to småstein i en dam, kan bølgene forstyrre hverandre. Dette betyr at høye flekker legger til for å gjøre enda høyere flekker. Lav flekker legger til enda lavere regioner. Når elektroner ble laget for å reise gjennom en dobbel spalt, med noen elektroner som går gjennom en spalt og noen gjennom den andre, skapte de effektivt to kilder. Elektronene viste denne samme typen forstyrrelser, og produserte et mønster på en oppsamlingsplate. Evnen til elektroner og andre partikler til noen ganger å vise egenskaper av partikler og noen ganger av bølger kalles bølge-partikkel dualitet. Denne komplikasjonen til elektronens natur betydde At Bohrs ide om et planetarisk atom ikke var helt riktig. Elektronene har forskjellige diskrete energier, men de følger ikke sirkulære baner. I 1925 uttalte Werner Heisenberg at den nøyaktige hastigheten og plasseringen av et elektron ikke kan begge være kjent samtidig. Dette «Heisenberg usikkerhetsprinsippet» inspirerte Erwin Schrö til å utarbeide en ligning for å beregne hvordan et elektron med en viss energi beveger seg. Schrö ligning beskriver regioner i et atom hvor et elektron med en viss energi sannsynligvis vil være, men ikke akkurat hvor det er. Denne regionen av sannsynlighet kalles en orbital. Elektroner beveger seg så fort i disse orbitaler at vi kan tenke på dem som uskarphet i en elektronmol. Elektroner beveger seg fra en orbital til en annen ved å absorbere eller sende ut et kvantum av energi, akkurat Som Bohr forklarte.