2.1 Atomets bygning

Hva er et atom?

Alt vi ser rundt oss - luften vi puster, vannet vi drikker, bordet du sitter ved - er bygd opp av atomer. Atomer er de minste byggesteinene i kjemien.

Et atom er utrolig lite. Det er så lite at:
- Et enkelt atom er cirka 100 000 ganger mindre enn bredden av et hårstrå
- Det er flere atomer i en dråpe vann enn det er dråper vann i alle verdenshavene

Selv om atomer er så små, vet vi mye om hvordan de er bygd opp. Dette kapittelet handler om atomets indre struktur.

Atomets bestanddeler

Et atom består av tre typer partikler:

1. Protoner

Protoner er positivt ladde partikler i atomkjernen. Antall protoner bestemmer hvilket grunnstoff atomet er.

2. Nøytroner

Nøytroner er uladde partikler i atomkjernen. De holder kjernen sammen og gir atomet masse.

3. Elektroner

Elektroner er negativt ladde partikler som beveger seg rundt atomkjernen i såkalte elektronskall.

Atomets oppbygning

Atomkjernen inneholder protoner og nøytroner. Den utgjør nesten all massen til atomet, men tar opp svært lite plass.

Elektronskallet er området rundt kjernen der elektronene beveger seg. Dette utgjør mesteparten av atomets volum.

Ladning: Et nøytralt atom har like mange protoner som elektroner. De positive og negative ladningene opphever hverandre.

Atomnummer og massetall

To viktige tall beskriver et atom:

Atomnummer (Z)

Atomnummeret forteller hvor mange protoner atomet har.

- Hvert grunnstoff har sitt eget, unike atomnummer
- Hydrogen har atomnummer 1 (1 proton)
- Helium har atomnummer 2 (2 protoner)
- Oksygen har atomnummer 8 (8 protoner)

Atomnummeret bestemmer hvilket grunnstoff vi har. Hvis antall protoner endres, blir det et helt annet grunnstoff.

Massetall (A)

Massetallet er summen av protoner og nøytroner i atomkjernen.

$$A = \text{antall protoner} + \text{antall nøytroner}$$

Elektroner har så liten masse at de ikke teller med i massetallet.

Eksempel:
- Karbon-12 har 6 protoner og 6 nøytroner. Massetall = 6 + 6 = 12
- Oksygen-16 har 8 protoner og 8 nøytroner. Massetall = 8 + 8 = 16

Antall nøytroner

For å finne antall nøytroner bruker vi:

$$\text{Antall nøytroner} = A - Z = \text{massetall} - \text{atomnummer}$$

Isotoper

Atomer av samme grunnstoff kan ha ulikt antall nøytroner. Slike varianter kalles isotoper.

Hva er isotoper?

Isotoper er atomer av samme grunnstoff (samme antall protoner) med ulikt antall nøytroner.

Eksempel: Karbonisotoper

Karbon har alltid 6 protoner (atomnummer 6), men kan ha ulikt antall nøytroner:

- Karbon-12: 6 protoner, 6 nøytroner (massetall 12)
- Karbon-13: 6 protoner, 7 nøytroner (massetall 13)
- Karbon-14: 6 protoner, 8 nøytroner (massetall 14)

Alle tre er karbon fordi de har 6 protoner, men de har ulik masse.

Notasjon

Isotoper skrives slik:

$$^{A}_{Z}\text{X}$$

der:
- X = grunnstoффsymbol
- A = massetall (øverst)
- Z = atomnummer (nederst)

Eksempel: $^{12}_{6}\text{C}$ (karbon-12), $^{14}_{6}\text{C}$ (karbon-14)

Ofte skriver vi bare massetallet etter grunnstoffnavnet: C-12, C-14.

Radioaktive isotoper

Noen isotoper er radioaktive - de er ustabile og sender ut stråling når de omdannes til mer stabile atomer.

Eksempel:
- Karbon-14 er radioaktiv og brukes til C14-datering av gamle gjenstander
- Uran-235 er radioaktiv og brukes i atomkraftverk

Elektronskall og valenselektroner

Elektronene i et atom er ikke plassert tilfeldig. De beveger seg i bestemte områder kalt elektronskall.

Elektronskall

Elektronskallene er organisert i lag rundt atomkjernen:

Skall 1 (innerst): Kan ha maksimalt 2 elektroner
Skall 2: Kan ha maksimalt 8 elektroner
Skall 3: Kan ha maksimalt 8 elektroner (for VG1-nivå)

Elektronene fyller skallene fra innerst til ytterst. Skall 1 fylles først, deretter skall 2, osv.

Valenselektroner

Valenselektroner er elektronene i det ytterste skallet.

Valenselektronene er viktigst for kjemiske egenskaper fordi:
- De deltar i kjemiske reaksjoner
- De bestemmer hvordan atomet kan binde seg til andre atomer
- De bestemmer atomets reaktivitet

Eksempler

Hydrogen (H): 1 elektron
- Skall 1: 1 elektron
- Valenselektroner: 1

Karbon (C): 6 elektroner
- Skall 1: 2 elektroner
- Skall 2: 4 elektroner
- Valenselektroner: 4

Oksygen (O): 8 elektroner
- Skall 1: 2 elektroner
- Skall 2: 6 elektroner
- Valenselektroner: 6

Natrium (Na): 11 elektroner
- Skall 1: 2 elektroner
- Skall 2: 8 elektroner
- Skall 3: 1 elektron
- Valenselektroner: 1

Fulle skall

Atomer "ønsker" å ha fulle elektronskall fordi dette er en stabil konfigurasjon. Dette er grunnen til at atomer danner kjemiske bindinger - for å oppnå fulle valensskall.

Bohrs atommodell

I 1913 lanserte den danske fysikeren Niels Bohr en modell for hvordan atomer er bygd opp.

Hovedpunkter i Bohrs modell:

1. Atomkjernen ligger i sentrum og inneholder protoner og nøytroner
2. Elektronene beveger seg i sirkulære baner (skall) rundt kjernen
3. Hvert skall kan inneholde et bestemt antall elektroner
4. Elektronene fyller skallene fra innerst til ytterst

Tegning av atommodeller

Når vi tegner Bohrs atommodell:
- Kjernen tegnes som en sirkel i midten med antall protoner (p+) og nøytroner (n)
- Elektronskallene tegnes som sirkler rundt kjernen
- Elektroner tegnes som små prikker eller sirkler på skallene

Eksempel: Oksygen (O)
- Kjerne: 8 protoner, 8 nøytroner
- Skall 1: 2 elektroner
- Skall 2: 6 elektroner

Begrensninger ved Bohrs modell

Bohrs modell er en forenkling. Moderne kvantefysikk viser at:
- Elektroner beveger seg ikke i faste baner
- Elektronenes posisjon er usikker - vi kan bare si hvor de sannsynligvis befinner seg
- Elektronskall har mer kompleks struktur enn Bohrs modell viser

Men Bohrs modell er likevel nyttig for å forstå grunnleggende kjemi på VG1-nivå.