Atomteori

Atomteori er innenfor kjemi og fysikk en teori om stoffets eller materiens vesen, og som hevder at materie består av atskilte enheter som kalles atomer i motsetningen til den foreldete oppfatningen at materie kunne bli delt i enhver vilkårlig minste enhet. Teorien begynte som et filosofisk konsept i antikkens Hellas med hovedsakelig Demokrit og samtidig og antagelig uavhengig i oldtidens India. Teorien utviklet seg og ble en del av vitenskapen på 1800-tallet med at kjemien kunne vise at materie faktisk oppførte seg som om det var gjort opp av partikler.
Ordet atom (fra oldtidens greske adjektiv atomos, «udelbar») ble benyttet for å beskrive den grunnleggende partikkel som utgjorde et kjemisk element ettersom kjemikerne på denne tiden mente at de disse var de grunnleggende partikler i materien (urstoffet). Se også Arkhe. Imidlertid ved århundreskiftet til 1900-tallet oppdaget fysikere ved ulike eksperimenter med elektromagnetisme og radioaktivitet det såkalte «udelbare atom» og som var egentlig et konglomerat (blandet masse) av ulike subatomiske partikler (hovedsakelig elektroner, protoner og nøytroner) som kunne eksistere adskilt fra hverandre. I bestemte ekstreme miljøer som nøytronstjerner, ekstreme temperaturer og trykk kan forhindre at atomer eksisterer i det hele tatt. Ettersom atomer ble beviselig oppdaget å ikke være delbare likevel har fysikerne opprettet begrepet elementære partikler for å beskrive udelelige partikler. Det feltet innenfor vitenskapen som studerer subatomiske partikler er partikkelfysikken, og det er innenfor dette feltet som fysikere håper å oppdage den sanne fundamentale materienes vesen.

Historie

Moderne atomteori ble utviklet rundt år 1800. John Dalton mente da at et grunnstoff er bygd opp av små partikler med samme størrelse, masse og kjemiske egenskaper. Det er den greske filosofen Demokrit som har blitt godskrevet ideen om at all materie består av små, udelelige partikler. Han kalte disse for atom.

Demokrit (400 f.kr)

Ca. 400 f.kr forestilte den greske filosofen Demokrit seg at alle stoffer er sammensatt av atomer. Denne tankemodellen ble vanligvis betraktet som urealistisk. Middelaldertenkere holdt seg med fire grunnelementer, vanligvis konkretisert som jord, luft, vann og ild. De forskjellige stoffene man kunne observere, var satt sammen av disse i forskjellige proporsjoner.

Thomson (1898)

Joseph John Thomsons teori gikk ut på at atomet var en liten rund kule med negative elektroner i kjernen, nesten som en bolle med rosiner og derfor ofte omtalt som rosinbollemodellen. Han mente at alle atomene var klemt sammen som klinkekuler.

Rutherford (1911)

Ernest Rutherford motbeviste Thomsons rosinbolleteori ved hjelp av gullfolieeksperimentet utført av hans nære medarbeidere Ernest Marsden og Hans Geiger i 1911.
De hadde en tynn gullfilm som de skjøt positive ladninger (Heliumkjerner) på. De fleste av disse gikk igjennom gullfilmen, kun noen få ble reflektert. Med dette konklderte Rutherford at det var store tomrom mellom atomene. De atomene som kom gjennom ble som oftest avbøyd, dette var fordi like ladninger frastøter hverandre, og atomkjernen er positivt ladd og det var også heliumkjernene. De få heliumkjernene som ble reflektert ble det fordi de traff rett på kjernen i atomene og ble derfor helt avstøtt.

Atomer og andre partikler i bevegelse

En vitenskap som beskriver hvordan partikler gir opphav til det vi observerer i det daglige, som gass og væsker er Termodynamikk. Bevegelsen til store antall atom eller molekyl og vekselvirkninger de imellom, gir opphav til forskjellige aggregattilstander, der gass, væske og faststoff er to eksempler. Brownske bevegelser er en mulighet til å observere effekten av kollisjoner mellom de ellers usynlige partiklene som en væske består av.
Klassisk mekanikk gir en mulighet til å forstå kollisjoner mellom atomer i gass og væsker og utlede termodynamikkens lover fra disse. Imidlertid gir kvantemekanikk et mer korrekt bilde av prosessene på atom-nivå og er nødvendig for å forstå visse aggregattilstander som f.eks Bose-Einstein kondensat. Ved høye energier går partiklene så fort at Einsteins relativitetsteorien kommer til anvendelse. Kombinasjonen av kvantemekanikk og den spesielle relativitetsteori kalles kvantefeltteori. Denne omhandler kollisjoner mellom partikler der farten er så stor at den kinetiske energien kan omdannes til nye partikler, utfra den kjente ligningen E = mc².