Aatom: erinevus redaktsioonide vahel

'''Aatomiks''' ([[vanakreeka keel|vanakreeka]] sõnast ''ἄτομος'' (''átomos'') 'jagamatu') nimetatakse väikseimat osakest, mis säilitab talle vastava [[keemiline element|keemilise elemendi]] [[keemilised omadused]]. Aatomid võivad [[keemiline aine|aines]] esineda üksikuna või [[molekul]]ideks liitununa.

[[Keemia]] piirides on aatom jagamatu, füüsikaliste vahenditega aga saab teda lahutada [[elementaarosakesed|elementaarosakesteks]]. Aatomi ehitust võivad muuta looduslikud [[radioaktiivsus|radioaktiivsed]] protsessid ja aatomite pommitamine elementaarosakestega.

Aatom koosneb positiivse [[elektrilaeng]]uga [[aatomituum|tuum]]ast, mis paikneb aatomi keskel ning seda ümbritsevast sama suure negatiivse elektrilaenguga [[elektronkate|elektronkattest]]. Tema summaarne elektrilaeng on null. Niiviisi mõistetud aatomit nimetatakse '''neutraalseks aatomiks''' ehk '''ioniseerimata aatomiks'''. Laiemas mõttes nimetatakse '''aatomiteks''' ka [[ioniseeritud aatom]]eid; need erinevad ioniseerimata aatomitest selle poolest, et nende elektronkatte elektrilaengu [[absoluutväärtus]] erineb tuuma elektronkatte omast; nende summaarne elektrilaeng erineb nullist ja nad kuuluvad [[ioon]]ide hulka.

[[Aatomituum]] koosneb lähestikku asetsevatest [[nukleon]]idest – positiivse [[Elektrilaeng|elektrilaengugaelektrilaeng]]uga [[prooton]]itest ja elektrilaenguta (neutraalsetest) [[neutron]]itest. Prootoni ja neutroni mass on ligikaudu võrdsed. Sõltuvalt tuuma koostisest ja energiatasemest jagunevad tuumad erinevateks [[nukliid]]ideks. Prootoneid ja neutroneid hoiab tuumas koos [[tuumajõud]], mis on positiivselt laetud prootonite omavahelisest elektrostaatilisest tõukejõust umbes 100 korda suurem. Et tuumajõudude mõjuulatus on väga väike (efektiivselt mõjub see vaid kõrvuti asetsevate nukleonide vahel), siis ülisuurtes aatomituumades ei suuda tuumajõud tuuma enam koos hoida ning tuum võib [[tuumalagunemine|laguneda]]. Sellised aatomid on [[radioaktiivsus|radioaktiivsed]]. Planeedi Maa looduses leiduvatest 94 [[keemilised elemendid|keemilisest elemendist]] on esimesed 80 stabiilsete aatomituumadega, ülejäänud aga radioaktiivsed.

Kui aatom on [[molekul]]i koosseisus, tekib tal selle molekuli teiste aatomitega ühine, uute omadustega elektronkate. Keemiliste elementide keemilised omadused sõltuvad elektronide arvust ja nende energeetilisest jaotusest; aatomituum mõjutab neid ainult elektronide arvu kaudu neutraalses aatomis (erandiks on [[vesinik]]).

Kui kõik aatomi elektronid asuvad madalaimates (vähima energiaga) lubatud [[kvantolek]]utes, siis on aatom [[põhiolek]]us. Kui mõni elektron neelab [[footon]]i (saab endale footoni energia), siis tõuseb ta mõnele kõrgemale vabale energiatasemele ja aatom läheb [[ergastatud olek]]usse. Tagasi põhiolekusse minnes kiirgab aatom [[footon]]i; sellega naaseb elektron vähima võimaliku energiaga [[kvantolek]]usse.

Peaaegu kogu aatomi [[mass]] on koondunud tuuma. Elektronide mass moodustab aatomi massist alla ühe [[promill]]i.

Aatomi mass on suurusjärgus 10⁻²⁷ kg kuni 10⁻²⁵ kg. Et nii väikeste arvudega on tülikas opereerida, siis väljendatakse aatomi massi suhtena teatud kindla aatomi massiga. Seetõttu väljendatakse aatomi massi dimensioonita arvuga, mida nimetatakse [[aatommass]]iks. Võrdlusalusena on varem kasutatud [[vesinik]]u ja [[hapnik]]u aatomit; aastal [[1961]] lepiti kokku kasutada isotoobi [[süsinik-12]] aatomit. Selle aatomi aatommassiks on definitsiooni järgi 12, nii et [[aatommassiühik]]uks (amü) on 1/12 süsinik-12 aatomi massist.

Aatomi mõõtmed määrab elektronkate.

Ühte sentimeetrisse mahuks ritta asetatuna umbes 100 miljonit aatomit.

[[Atomistika]] pärineb [[vanakreeka filosoofia]]st. [[Aine ehitus]]t püüti kindlaks teha arutluste teel. Näiteks [[Anaxagoras]] pidas ainet [[lõputu jagatavus|lõputult jagatavaks]].

[[Leukippos]] ja tema õpilane [[Demokritos]] aga leidsid, et see on loogiliselt võimatu. Seetõttu nad oletasid, et aine koosneb väikestest jagamatutest osadest, mida nad hakkasid nimetama [[aatom (filosoofia)|aatom]]iteks ning mida nad eristasid neid ümbritsevast [[tühjus]]est. Leukippos lähtus tõsiasjast, et [[liikumine]] on olemas. Järelikult peab olema koht, milles liigutakse, ja see peabki olema tühjus. Aine osad peavad aga tühjusest erinema. Kui aine oleks lõputult jagatav, peaks aine osakeste vahel olema tühjus ning osakesed ise oleksid lõpmata väikesed, mis ei ole võimalik.

Kuigi aatomid on füüsiliselt jagamatud, on nad matemaatiliselt jagatavad ja neil on [[kuju]]. Leukippose järgi koosnevad kõik aatomid ühest ja samast ainest ning erinevad ainult kuju poolest.

Demokritose järgi erinevad aatomid peale kuju ka mõõtmete pooles.

Demokritose õpetuse võtsid osalt üle [[epikuurlased]]. Seda esitab muu hulgas [[Lucretius]] oma poeemis "[[De rerum naturae]]".

Atomistika juurde pöördusid tagasi 17. sajandi õpetlased [[Pierre Gassendi]] ja [[Joachim Jungius]]. Aatomi mõistet kasutasid ka [[Robert Boyle]] ja [[Isaac Newton]].

Moodsale aatomiteooriale pani [[1807]] aluse [[John Dalton]]. Daltoni järgi koosnevad kõik [[keemiline element|keemilised elemendid]] aatomitest. Ühe ja sama elemendi aatomitel on sama [[kaal]], samad [[mõõtmed]] ja sama kuju ning eri elementide aatomitel on erinev kaal, mõõtmed ja kuju. Aatomid ei ole jagatavad väiksemateks osadeks. Elementide aatomid ühinevad "liitaatomiteks" ([[molekul]]ideks). Edasine keemia areng lähtus nendest postulaatidest. Daltoni aatomiteooria seletas muuhulgas, miks elemendid osalevad [[keemiline reaktsioon|keemilistes reaktsioonides]] kindlates proportsioonides. Juba Dalton püüdis määrata aatomite massi, kuid esialgu ei õnnestunud seda õigesti teha muuseas sellepärast, et molekulide koostis polnud täpselt teada.

Aastal [[1811]] esitas [[Amadeo Avogadro]] hüpoteesi, et ühe ja sama ruumalaga gaasid ühe ja sama rõhu juures sisaldavad ühepalju molekule. See aitas kaasa molekulide koostise ning aatomite ja molekulide massi õigele määramisele.

Aastatel 1833–1834 leidis [[Michael Faraday]] [[elektrolüüs]]i uurides, et [[elektrivool]]u [[lahus]]tes peavad põhjustama [[elektrilaeng]]uga aatomid ning peab eksisteerima vähim elektrilaeng ([[elementaarlaeng]]). Aastal [[1897]] näitas [[Joseph John Thomson]], et [[gaas]]is võivad esineda ühe ja sama negatiivse elektrilaenguga osakesed, ning oletas, et see ongi vähim elektrilaeng. Neid osakesi hakati nimetama [[elektron]]ideks. Aastal [[1898]] näitas [[Wilhelm Wien]], et peavad eksisteerima ka positiivse elektrilaenguga osakesed. Neid hakati nimetama [[prooton]]iteks.

Pommitades aatomeid radioaktiivsetest ainetest pärinevate osakestega, leidis [[Ernest Rutherford]], et [[alfaosake]]sed tungivad aatomi sisemusse ning aatomisisesed jõud kallutavad neid kõrvale. Ta mõõtis alfakiirguse kõrvalekaldumist õhukese ainekihi läbimisel ning jõudis [[1911]] järeldusele, et aatomid peavad koosnema raskest positiivse elektrilaenguga tuumast, mida ümbritsevad kerged negatiivse elektrilaenguga elektronid (ainsad tollal tuntud negatiivse elektrilaengu kandjad), mis tiirlevad ümber tuuma sellest suhteliselt väga kaugel. Nõnda meenutab aatom [[Päikesesüsteem]]i: aatomituum vastab [[Päike]]sele ja elektronid [[planeet]]idele. Aatomit hoiab koos elektriline külgetõmbejõud. See nn [[Rutherfordi aatomimudel]] oli vastuolus [[elektrodünaamika]]ga, mille järgi kiirust või liikumissuunda muutev elektron peab emiteerima [[elektromagnetkiirgus]]t ning sellega energiat ära andma, nii et elektron peab lõpuks langema tuumale.

Rutherfordi aatomimudelit modifitseeris [[1913]] [[Niels Bohr]] ([[Bohri aatomimudel]]). Bohr võttis aluseks hüpoteesi, et aatomitel on statsionaarsed olekud ning elektrodünaamika ei ole nende puhul rakendatav. Elektronide ja aatomite stabiilsus tervikuna peab tulenema tundmatutest [[loodusseadus]]test. Bohri esimese postulaadi järgi saab aatom eksisteerida üksnes ühes või mitmes kindlas statsionaarses olekus. Igale olekule on iseloomulik teatud energianivoo. Bohri teise postulaadi järgi saab aatom üle minna ühelt energianivoolt teisele ning selle ülemineku käigus vabaneb aatomist või seotakse aatomiga [[energia]]hulk, mis võrdub energianivoode [[vahe]]ga. Energia vabaneb [[elektromagnetkiirgus]]ena, [[footon]]itena; see toimub kindlate annustena ([[kvant]]idena); sageduse määrab Einsteini sagedustingimus. Sel alusel õnnestus Bohril arvutada vesiniku spektrijoontele vastavad sagedused; seda peeti tema teooria tugevaks tõendiks. Bohri teooriat püüti rakendada ka teiste elementide aatomitele, kuid rakendatavaid tulemusi ei saadud. Küll aga õnnestus rahuldavalt seletada aatomite järjestust [[keemiliste elementide perioodilisussüsteem]]is.

Aastal [[1919]] tekitas Rutherford esmakordselt kunstliku [[tuumareaktsioon]]i, pommitades [[lämmastik]]ku [[alfaosake]]stega.