een van de eerste attributen van atomen die beschreven werden was relatief atoomgewicht. Hoewel een enkel atoom te klein was om te wegen, konden atomen met elkaar worden vergeleken. De chemicus Jons Berzelius ging ervan uit dat gelijke hoeveelheden gassen bij dezelfde temperatuur en druk gelijke aantallen atomen bevatten. Hij gebruikte dit idee voor de evolutie van de atoomtheorie. Illustratie door Hans & Cassidy. Met dank aan Gale Group.vergelijk het gewicht van reagerende gassen. Hij kon vaststellen dat bijvoorbeeld zuurstofatomen 16 keer zwaarder waren dan waterstofatomen. Hij maakte een lijst van deze relatieve atoomgewichten voor zoveel elementen als hij kende. Hij bedacht symbolen voor de elementen door de eerste letter of de eerste twee letters van hun Latijnse namen te gebruiken, een systeem dat vandaag de dag nog steeds wordt gebruikt. Het symbool voor waterstof is H, voor zuurstof is O, voor natrium (natrium, in het Latijn) is Na, enzovoort. De symbolen bleken ook nuttig in het beschrijven van hoeveel atomen combineren om een molecuul van een bepaalde verbinding te vormen. Om bijvoorbeeld aan te tonen dat water bestaat uit twee atomen waterstof en één atoom zuurstof, is het symbool voor water H2O. een zuurstofatoom kan zelfs combineren met een ander zuurstofatoom om een molecuul zuurstof te produceren met het symbool O2 .

naarmate er meer en meer elementen werden ontdekt, werd het handig om ze in symbolenvorm in een grafiek op te nemen. In 1869 somde Dmitri Mendelejev de elementen op in volgorde van toenemend atoomgewicht en groepeerde elementen die vergelijkbare chemische reacties leken te hebben. Bijvoorbeeld, lithium (Li), natrium (Na), en kalium (K) zijn allemaal metalen elementen die in vlammen uitbarsten als ze nat worden. Soortgelijke elementen werden in dezelfde kolom van zijn horoscoop geplaatst. Mendelejev begon een patroon te zien tussen de elementen, waarbij elk achtste element op de atoomgewicht lijst tot dezelfde kolom zou behoren. Vanwege deze periodiciteit of herhalingspatroon wordt Mendelejev ‘ s horoscoop het “Periodiek Systeem van de elementen” genoemd.”De tabel was zo regelmatig, in feite, dat wanneer er een” gat ” in de tabel, Mendelejev voorspelde dat een element uiteindelijk zou worden ontdekt om de plaats te vullen. Er was bijvoorbeeld een ruimte voor een element met een atoomgewicht van ongeveer 72 (72 keer zwaarder dan waterstof) maar geen bekend element. In 1886, 15 jaar na zijn voorspelling, werd het element Germanium (Ge) geïsoleerd en bleek een atoomgewicht van 72,3 te hebben. Nog veel meer elementen werden op deze manier voorspeld en gevonden. Echter, toen meer elementen werden toegevoegd aan het periodiek systeem, bleek dat als sommige elementen in de juiste kolom werden geplaatst vanwege soortgelijke reacties, ze niet de juiste volgorde van toenemende atoomgewicht volgden. Er was een andere atomaire eigenschap nodig om de elementen goed te ordenen. Vele jaren gingen voorbij voordat de juiste woning werd gevonden.omdat scheikundige experimenten meer elementen zochten en karakteriseerden, deden andere takken van de wetenschap ontdekkingen over elektriciteit en licht die zouden bijdragen aan de ontwikkeling van de atoomtheorie. Michael Faraday had veel werk gedaan om elektriciteit te karakteriseren; James Clerk Maxwell kenmerkte licht. In de jaren 1870 bouwde William Crookes een apparaat, dat nu een buis van Crookes wordt genoemd, om “stralen” te onderzoeken die door metalen worden afgegeven. Hij wilde bepalen of de stralen licht of elektriciteit waren gebaseerd op Faraday ’s en Maxwell’ s beschrijvingen van beide. Crookes ‘ buis bestond uit een glazen bol, waaruit de meeste lucht was verwijderd, en omhulde twee metalen platen genaamd elektroden. De ene elektrode heette de anode en de andere de kathode. De platen hadden elk een draad die buiten de lamp naar een bron van elektriciteit leidde. Toen elektriciteit op de elektroden werd aangebracht, leken de stralen uit de kathode te komen. Crookes stelde vast dat deze kathodestralen deeltjes waren met een negatieve elektrische lading die werden afgegeven door het Metaal van de kathodeplaat. In 1897 ontdekte J. J. Thomson dat deze negatief geladen deeltjes uit de atomen kwamen en om te beginnen in de metaalatomen aanwezig moeten zijn geweest. Hij noemde deze negatief geladen subatomaire deeltjes ” elektronen.”Omdat de elektronen negatief geladen waren, moest de rest van het atoom positief geladen zijn. Thomson geloofde dat de elektronen verstrooid waren in het atoom als rozijnen in een positief geladen brooddeeg, of als pruimen in een pudding. Hoewel Thomson ‘ s “plum-pudding” model niet correct was, was het de eerste poging om aan te tonen dat atomen complexer waren dan alleen homogene bollen.

tegelijkertijd onderzochten wetenschappers andere soorten mysterieuze stralen die afkomstig waren van de Crookes buis die niet afkomstig waren van de kathode. In 1895 merkte Wilhelm Roentgen op dat fotografische platen bij een buis van Crookes zouden worden beslagen door onzichtbare, Onbekende stralen. Roentgen noemde deze stralen “x-stralen”, met behulp van ” x ” voor onbekende zoals in de wiskunde. Roentgen stelde ook het gebruik van fotografische platen in als een manier om foto ‘ s te maken van mysterieuze stralen. Hij ontdekte dat door het blokkeren van de röntgenstralen met zijn hand, bijvoorbeeld, botten de röntgenstralen zouden blokkeren, maar huid en weefsel niet. Artsen gebruiken nog steeds de röntgenfoto ‘ s van Roentgen voor het maken van beelden van het menselijk lichaam.

fotografische platen werden standaarduitrusting voor wetenschappers uit de tijd van Roentgen. Een van deze wetenschappers, Henri Becquerel, liet enkele fotografische platen achter in een LA met uranium, een nieuw element dat hij bestudeerde. Toen hij de platen verwijderde, ontdekte hij dat ze mistig waren geworden. Omdat er niets anders in de la lag, concludeerde hij dat het uranium een soort straal afgeeft. Becquerel toonde aan dat deze straling niet zo doordringend was als röntgenstralen, omdat deze door papier kon worden geblokkeerd. Het element zelf produceerde actief straling, een eigenschap die radioactiviteit wordt genoemd. Grotendeels door het werk van Pierre en Marie Curie werden meer radioactieve elementen gevonden. De pogingen om de verschillende soorten radioactiviteit te karakteriseren leidden tot het volgende grote hoofdstuk in de ontwikkeling van de atoomtheorie.in 1896 begon Ernest Rutherford, een student van J. J. Thomson, met het bestuderen van radioactiviteit. Door het testen van verschillende elementen en het bepalen van welke soorten materialen de straling kon blokkeren van het bereiken van een fotografische plaat, Rutherford concludeerde dat er twee soorten radioactiviteit afkomstig van elementen. Hij noemde ze met behulp van de eerste twee letters van het Griekse alfabet, alfa en beta. Alfastraling bestond uit positief geladen deeltjes die vier keer zo zwaar waren als een waterstofatoom. Bètastraling bestond uit negatief geladen deeltjes die net als elektronen leken. Rutherford besloot een experiment uit te voeren met de alfadeeltjes. Hij zette een stuk dunne goudfolie op met fotografische platen eromheen. Hij liet toen alfa-deeltjes het goud raken. De meeste alfa-deeltjes gingen dwars door de goudfolie. Maar een paar van hen niet. Een paar alfadeeltjes werden van hun rechte koers afgebogen. Een paar kwamen zelfs recht achteruit. Rutherford schreef dat het net zo verrassend was alsof men een kogel had afgevuurd op een stuk papieren zakdoekje om het terug te laten stuiteren. Rutherford concludeerde dat, aangezien de meeste alfadeeltjes doorgingen, de atomen van het goud meestal lege ruimte moeten zijn, niet Thomson ‘ s ruimtevullende pruimpudding. Omdat een paar alfadeeltjes werden afgebogen, moet er een dicht opeengepakt positief gebied zijn in elk atoom dat hij de kern noemde. Met alle positieve lading in de kern, was de volgende vraag de rangschikking van de elektronen in het atoom.in 1900 had fysicus Max Planck processen van licht en warmte bestudeerd, specifiek om de lichtstraling te begrijpen die wordt afgegeven door een” zwart lichaam”, een ideale holte gemaakt door perfect reflecterende wanden. Deze holte werd voorgesteld als objecten die oscillatoren worden genoemd die licht en warmte absorberen en uitzenden. Als er genoeg tijd was, zou de straling van zo ‘ n zwart lichaam een gekleurde lichtverdeling produceren, een spectrum genaamd dat alleen afhankelijk was van de temperatuur van het zwart lichaam en niet van waar het van gemaakt was. Veel wetenschappers probeerden een wiskundige relatie te vinden die voorspelde hoe de oscillatoren van een zwart lichaam een bepaalde spectrale verdeling konden produceren. Max Planck vond die juiste wiskundige relatie. Hij nam aan dat de energie geabsorbeerd of uitgezonden door de oscillatoren altijd een veelvoud was van een fundamenteel “energiepakket” dat hij een kwantum noemde. Objecten die energie uitstralen of absorberen doen het in discrete hoeveelheden, genaamd quanta.in dezelfde tijd werkte er een natuurkundige samen met Thomson en Rutherford, genaamd Niels Bohr. Bohr realiseerde zich dat het idee van een kwantum van energie zou kunnen verklaren hoe de elektronen in het atoom zijn gerangschikt. Hij beschreef de elektronen als “in een baan” rond de kern als planeten rond de zon. Zoals oscillatoren in een zwart lichaam niet zomaar energie konden hebben, konden elektronen in het atoom niet zomaar een baan hebben. Er waren alleen isotopen van waterstof, deuterium en tritium. Illustratie door Hans & Cassidy. Met dank aan Gale Group.bepaalde afstanden die werden toegestaan door de energie die een elektron had. Als een elektron van een bepaald atoom de juiste hoeveelheid energie absorbeert, kan het verder van de kern af bewegen. Als een elektron verder van de kern de juiste hoeveelheid energie uitstraalt, kan het dichter bij de kern bewegen. Wat precies de juiste waarden verschilden voor elk element. Deze waarden konden worden bepaald door een proces genaamd atomaire spectroscopie, een experimentele techniek die keek naar het lichtspectrum geproduceerd door atomen. Een atoom werd verhit zodat al zijn elektronen ver van de kern werden verplaatst. Naarmate ze dichter bij de kern kwamen, begonnen de elektronen hun kwanta van energie als licht uit te zenden. Het spectrum van het geproduceerde licht kan worden onderzocht met behulp van een prisma. Het spectrum dat op deze manier werd geproduceerd liet niet elke mogelijke kleur zien, maar alleen die paar die overeenkwamen met de energieën die overeenkomen met de verschillen in de baan van het elektron. Hoewel later verfijnd, Bohr ‘s” planetaire model ” van het atoom verklaard atomaire spectroscopie gegevens goed genoeg dat wetenschappers draaide hun aandacht terug naar de kern van het atoom.Rutherford, samen met Frederick Soddy, zette zijn werk voort met radioactieve elementen. Soddy, in het bijzonder, merkte op dat als alfa-en beta-deeltjes werden uitgestoten uit atomen, de atomen veranderden op een van twee manieren: (1) het element werd een totaal ander element met volledig nieuwe chemische reacties, of (2) het element handhaafde dezelfde chemische reacties en hetzelfde atoomspectrum, maar veranderde alleen in atoomgewicht.

hij noemde atomen van de tweede groep isotopen, atomen van hetzelfde element met verschillende atoomgewichten. In elk natuurlijk monster van een element kunnen er verschillende soorten isotopen zijn. Het atoomgewicht van een element dat door Berzelius werd berekend, was dus een gemiddelde van alle isotoopgewichten voor dat element. Dit was de reden dat sommige elementen niet in de juiste volgorde vielen op Mendelejev ‘ s periodiek systeem—Het gemiddelde atoomgewicht hing af van hoeveel van elk soort isotoop aanwezig was. Soddy stelde voor om de elementen in het periodiek systeem te plaatsen door overeenkomsten van chemische reacties en ze vervolgens in volgorde te nummeren. Het nummer dat op deze manier aan elk element wordt toegekend, wordt het atoomnummer genoemd. De atoomnummers waren handige manieren om naar elementen te verwijzen.ondertussen had Thomson zijn werk met de Crookes tube voortgezet. Hij ontdekte dat niet alleen kathodestralen van elektronen werden geproduceerd, maar ook positieve deeltjes. Na veel nauwgezet werk, was hij in staat om de vele verschillende soorten positieve deeltjes per gewicht te scheiden. Op basis van deze metingen kon hij een fundamenteel deeltje bepalen, het kleinste positieve deeltje dat geproduceerd werd, een proton genaamd. Omdat deze werden geproduceerd door de atomen van de kathode en omdat Rutherford toonde dat de kern van het atoom positief was, realiseerde Thomson zich dat de kern van een atoom protonen moet bevatten. Een jonge wetenschapper genaamd Henry Moseley experimenteerde met het bombarderen van atomen van verschillende elementen met röntgenstralen. Net als in atomaire spectroscopie, waar warmte elektronen meer energie geeft, geven röntgenstralen protonen in de kern meer energie. En net zoals elektronen licht geven van specifieke energieën wanneer ze afkoelen, zendt de kern röntgenstralen uit van een specifieke energie wanneer het “ont-prikkelt.”Moseley ontdekte dat de energie van de uitgezonden röntgenstralen voor elk element een eenvoudige wiskundige relatie volgde. De energie hing af van het atoomnummer voor dat element, en het atoomnummer kwam overeen met het aantal positieve ladingen in de kern. Dus de juiste volgorde van het periodiek systeem is door het verhogen van het aantal protonen in de atoomkern. Het aantal protonen is gelijk aan het aantal elektronen in een neutraal atoom. De elektronen zijn verantwoordelijk voor de chemische reacties. Elementen in dezelfde kolom van het periodiek systeem hebben vergelijkbare arrangementen van elektronen met de hoogste energieën, en daarom zijn hun reacties vergelijkbaar.

Er bleef slechts één probleem over. Elektronen hadden weinig gewicht, 1/1, 836 het gewicht van een proton. Toch waren de protonen niet verantwoordelijk voor het atoomgewicht van een atoom. Pas in 1932 ontdekte James Chadwick het bestaan van een deeltje in de kern zonder elektrische lading, maar met een gewicht dat iets groter was dan een proton. Hij noemde dit deeltje het neutron. Neutronen zijn verantwoordelijk voor het bestaan van isotopen. Twee atomen van hetzelfde element zullen hetzelfde aantal protonen en elektronen hebben, maar ze kunnen verschillende aantallen neutronen en dus verschillende atoomgewichten hebben. Isotopen worden genoemd door de naam van het element en vervolgens het aantal protonen plus neutronen in de kern te vermelden. De som van de protonen en neutronen wordt het massagetal genoemd. Uranium-235 heeft bijvoorbeeld 235 protonen en neutronen. We kunnen op een periodiek systeem kijken om het atoomnummer van uranium (92) te vinden dat ons het aantal protonen vertelt. Door af te trekken weten we dat deze isotoop 143 neutronen heeft. Er is nog een isotoop van uranium, 238U, met 92 protonen en 146 neutronen. Sommige combinaties van protonen en neutronen zijn minder stabiel dan andere. Beeld je in dat je 10 bowlingballen in je armen wilt houden. Er zal een regeling zijn waar je in staat zou zijn om het te beheren. Probeer nu 11 of slechts 9 vast te houden. Er is misschien geen stabiele regeling en je zou de bowlingballen laten vallen. Hetzelfde gebeurt met protonen en neutronen. Onstabiele arrangementen vallen spontaan uiteen, waardoor deeltjes vrijkomen, totdat een stabiele structuur is bereikt. Dit is hoe radioactiviteit zoals alfadeeltjes wordt geproduceerd. Alfadeeltjes bestaan uit twee protonen en twee neutronen die uit een onstabiele kern tuimelen.

waterstof heeft drie soorten isotopen: waterstof, 2h (deuterium) en 3h (tritium).

het atoomgewicht van de andere elementen werd oorspronkelijk vergeleken met waterstof zonder te specificeren welke isotoop. Het is ook moeilijk om enkele atomen van waterstof te krijgen omdat het meestal reageert met andere atomen om moleculen zoals H2 of H2O te vormen. De atoomgewichten zijn nu gebaseerd op 12 C (koolstof-12). Deze isotoop heeft zes protonen en zes neutronen in zijn kern. Koolstof-12 werd gedefinieerd als 12 atomaire massa-eenheden. (Atomaire massa-eenheden, afgekort amu, zijn eenheden die worden gebruikt om de relatieve gewichten van atomen te vergelijken. Een amu is minder dan 200 sextillionths van een gram.) Elke andere isotoop van elk ander element wordt hiermee vergeleken. Dan worden de gewichten van de isotopen van een bepaald element gemiddeld om de atoomgewichten te geven die op het periodiek systeem worden gevonden.

tot dit punt in het verhaal van het atoom werden alle deeltjes waaruit het atoom bestond beschouwd als harde, uniforme bollen. Vanaf 1920 met het werk van Louis De Broglie veranderde dit beeld. De Broglie toonde aan dat deeltjes zoals elektronen soms eigenschappen van golven kunnen hebben. Bijvoorbeeld, als watergolven worden geproduceerd door twee bronnen, zoals het laten vallen van twee steentjes in een vijver, de golven kunnen interfereren met elkaar. Dit betekent dat hoge spots toevoegen om nog hogere spots te maken. Lage vlekken toe te voegen aan nog lagere regio ‘ s te maken. Toen elektronen door een dubbele spleet gingen, waarbij sommige elektronen door de ene spleet gingen en sommige door de andere, creëerden ze effectief twee bronnen. De elektronen vertoonden dezelfde interferentie en produceerden een patroon op een verzamelplaat. Het vermogen van elektronen en andere deeltjes om soms eigenschappen van deeltjes en soms van golven te tonen wordt Golf-deeltje dualiteit genoemd. Deze complicatie aan de aard van het elektron betekende dat Bohr ‘ s idee van een planetair atoom niet helemaal goed was. De elektronen hebben verschillende discrete energieën, maar ze volgen geen cirkelbanen. In 1925 verklaarde Werner Heisenberg dat de precieze snelheid en locatie van een elektron niet tegelijkertijd bekend zijn. Dit “Heisenberg onzekerheid Principe” inspireerde Erwin Schrödinger om een vergelijking te bedenken om te berekenen hoe een elektron met een bepaalde energie beweegt. Schrödingers vergelijking beschrijft gebieden in een atoom waar een elektron met een bepaalde energie waarschijnlijk is, maar niet precies waar het is. Dit gebied van waarschijnlijkheid wordt een orbitaal genoemd. Elektronen bewegen zo snel binnen deze orbitalen dat we ze kunnen zien als vervagen in een elektronenwolk. Elektronen bewegen van de ene baan naar de andere door het absorberen of uitzenden van een kwantum van energie, net zoals Bohr uitgelegd.