Atom 300px|right|Grunntilstanden til heliumatomet Figuren viser ein representasjon av strukturen for eit heliumatom. Klassifisering Minste eining i eit grunnstoff eller ein kjemisk substans Eigenskapar Atommasse : ≈ 1,67 × 10−27 til 4,52 × 10−25 kg Elektrisk ladning : Nøytralt (viss mengda elektron er lik mengda proton) Radius : ≈ 31 pm - 215 pm 100 pm = 1 Ångstrøm Eit atom er innan kjemi og fysikk ein submikroskopisk struktur som som ikkje kan delast i mindre element via kjemiske reaksjonar og halde dei kjemiske eigenskapane sine. Atom er bestanddelar i molekyl (kjemiske stoff). Ordet atom kjem frå det greske ordet atomos som tyder udeleleg. Radiusen til eit atom er i området 31 (helium) til 215 (radium) picometer.
Tidlegare førestillingar om den fysiske strukturen til stoff var basert på at fysisk deling i stadig mindre bitar ville resultere i atomet som minste og udelelege bestanddel. I 1913 presenterte Bohr sin atommodell som deler atomet opp i tre underliggande elementærpartiklar:
elektron, som har negativ elektrisk ladning og er minst av dei tre; proton, som har positiv ladning og er omkring 1836 gonger tyngre enn elektronet; og nøytron, som er elektrisk nøytrale og er omkring 1839 gonger tyngre enn elektronet.
Kvantemekanikken skildrar no materien sin bølgje-partikkel-dualitet og er det matematiske rammeverket for standardmodellen som skildrar krefter og partiklar på subatomært nivå. Elementærpartiklane blir no vidare delt opp i fleire typar partiklar til dømes kvarkar og kraftverknad mellom partiklar til dømes gluon. Atomære og subatomære partiklar kan ikkje sjåast som distinkt avgrensa fysiske objekt, men som ei romleg fordeling som gjev sannsynet for energien til partikkelen, utstrekking og posisjon til ulik tid. Eigenskapane til partiklane er ikkje lenger uavhengige men avheng av kva for andre partiklar dei opptrer i kombinasjon med. Dette vert kalla resonansar eller interaksjonar.
Skildringa av elementærpartiklar blir likevel brukt som modell for å forklare mange av eigenskapane til atomet og oppbygginga. I figuren over viser den grå skuggen posisjonen for elektrona i 1s orbitalet som eit integral over sannsynsfordelinga for bølgefunksjonen langs ei siktelinje. Den forstørra atomkjernen viser tilsvarande for protona i raudt og nøytrona i blått. I røyndomen er kjernen for 4He rotasjonssymmetrisk, dette er ikkje generelt tilfelle for meir komplekse kjernar.
Atoma er dei grunnleggjande byggeklossane i kjemien, og blir verna ved kjemiske reaksjonar men ikkje ved kjernereaksjonar.
Oppbygning og ladning Bestanddelane til atomet har etter den kvantemekaniske skildringa si inga klår avgrensing men blir skildra som energinivå i eit tredimensjonalt rom etter bølgjefunksjonen som blir skildra i Schrödingerlikninga. Vidare kan ein partikkel etter uskarpleiksrelasjonen vere å finne i ein kva for ein som helst avstand og retning. Men normalt er det høgt sannsyn for at partikkelen finn seg i eit avgrensa volum, og det er dette volumet som dannar bakgrunn for å gje storleik, avstand osv.
Storleiken til atomet skildrar statistisk radius for det ytste stabile orbitalet når atomet er i likevekt. For hydrogen er denne radiusen for 1s orbitalet og blir namngjeve Bohrs radius a0=5,3•10−11m. Men dette skal ikkje forståast som eit uttrykk for kor stor plass atomet tar. Faktisk avstand mellom to atom vil vere avhengig av om atoma er bunde eller ikkje og med kva for ein bindingstype. Til dømes er avstanden mellom H og O i vassmolekylet 9,6•10−11 m medan summen av atomradiane er (5,3+6,0)•10−11m = 1,13•10−10 m.
Atomkjernen består av proton og nøytron som blir kalla nukleonar. Mengda proton avgjer kva for eit grunnstoff atomet er og vert synt med atomnummer Z. Mengda nøytron avgjer isotopvarianten. Totalt mengd nukleonar blir namngjeve A. Det enklaste atomet er hydrogen som består av éit elektron bunde til éit proton. Eit atom av grunnstoffet «X» vert skildra som:
eller ofte berre AX
Elementærpartiklane i kjernen har ein diameter på omkring 1,2•10−15m (Fermi radius r0) eller rundt 1/100 000 del av radiusen til atomet. Den typiske radiusen til kjernen er rn = r0 A1/3 og atomet består difor i stor grad av tomt rom. Forholdsmessig kan dette samanliknast med storleik og avstand mellom Sola og dvergplaneten Pluto (sjølv om partikkelsamanlikninga som såleis ikkje er haldbar).
Elektrona dannar ei elektronsky som omgjev kjernen. Normalt er atomet nøytralt ved at det har like mange elektron og proton. Dersom atomet har eit overskot eller underskot av elektron, blir det kalla høvesvis eit anion (negativt ladd ion) eller eit kation (positivt ion). Elektrona har fleire energinivå eller orbitalar. Bindingsenergien for elektronet i det lågaste orbitalet i hydrogen er 13,6 ev, og bindingsenergien fell med aukande orbital inntil elektronet er fritt og bindingsenergien er null (for hydrogen er EB = 13.6 eV/n2 der n er eit naturleg tal).
Nukleona er bundne saman med mykje høgare energinivå, typisk på 100 000 gonger høgare enn elektronbindinga og blir endra ved kjernefysisk fisjon, fusjon eller radioaktiv nedbryting. Slike prosessar blir òg kalla transmutasjon og omformar eit grunnstoff til eit anna.
Atom og molekyl thumb|Vassmolekyl thumb|Krystallgitter i NaCl, vanleg koksalt (halitt) Elektrona i dei høgaste orbitala har låg bindingsenergi og kan lett frigjerast. Dei vil difor utvekslast med nærliggande atom eller delast mellom fleire atom. Orbitala blir fylt opp frå lågaste nivåa, og spesielt mengda elektron i det øvste orbitalet avgjer mange av dei kjemiske eigenskapane til atomet. Ved hjelp av desse mekanismane blir det skapt kjemiske bindingar som dannar molekyl og elektronparbundne krystallstrukturar.
Molekyla vert bygd opp av fleire atom; til dømes er vatn ein kombinasjon av to hydrogen- og éit oksygenatom (H2O), medan vanleg oksygen i lufta er ein kombinasjon av to oksygenatom (O2). Desse har kjemiske eigenskapar som ofte er ulike frå dei grunnstoffa dei består av. Molekyl er dei minste einingane som eit stoff kan delast i og framleis bevare desse kjemiske eigenskapane.
I nokre stoff er atoma eller molekyla organisert i krystallstrukturar, dvs. at dei er organisert i romlege mønster som blir gjenteke i ulike retningar. Krystallet kan bestå av same eller ulike typar atom og/eller molekyl. Ein spesiell type krystall blir brukt i elektronikk-komponentar der krystallet er bygd opp av halvleiarar med små mengder andre atom som i stor grad endrar dei elektriske eigenskapane til krystallgitteret.
Atom der ytste orbital er heilt fylt opp, dannar vanlegvis ikkje kjemiske bindingar, og blir difor kalla edelgassar. Her vil dei einskilde atoma eksistere ubundne. Desse okkuperer gruppe 18 i det periodiske systemet.
I ein del stoff er det ikkje noko eigenleg molekyl- eller gitterstruktur. Desse har organiseringar utan nokre finstruktur på molekylnivå. Dette er tilfellet til dømes i smelta metall og amorfe bergarter og mineral.
Historikk og utviklinga av atommodellen mini|venstre|Ulike atom og molekyl som avbilda i John Daltons A New System of Chemical Philosophy (1808). Filosofiske funderingar over oppbygningen til materien går tilbake til Hellas i antikken og tidleg indisk kultur omkring 450 f.kr. Demokrit framsette teorien om at alt kan delast i stadig mindre stykke, inntil ein når ei nedre grense. Dei minste udelelege stykket kalla han for atom som tydde udeleleg. Desse ideane gjekk seinare tapt og vart først gjenoppdaga nesten 2000 år seinare, i samband med ny interesse for naturvitskap under renessansen.
John Dalton brukte i 1803 ideen om atomet for å forklare kvifor grunnstoffa alltid reagerer i same tilhøve, og kvifor nokre gassar vert betre løyst opp i vatn enn andre. Han framsette hypotesen at kvart grunnstoff består av atom av ein fast unik type, og at desse sameinast og dannar samansette kjemiske stoff.
I 1897 oppdaga JJ Thomson elektronet som eit resultat av arbeid med katodestrålar. Dette viste at atomet kan delast i mindre einingar. Seinare oppdaga Thomson eksistensen av isotop gjennom arbeidet med ioniserte gassar. Thomson rekna at elektrona var jamt fordelt i eit atom med ei utstrekt positiv ladning som gjer atomet nøytralt (plumpudding-modellen).
Men i 1909 viste Rutherfords gullfolieeksperiment at den positive ladningen til atomet og størstedelen av massen truleg er samla i ein atomkjerne, og at elektrona sirklar rundt denne som planetar rundt sola. Rutherfords atommodell vart framsett i 1911, men alt i 1913 presenterte Niels Bohr sin atommodell som innførte kvanteomgrepet. Elektrona vart no kvantifisert i klårt definerte banar og kunne ikkje lenger spiralisere inn og ut.
I 1926 foreslo Erwin Schrödinger at elektrona oppførte seg som bølgjar. Som ei følgje av dette viste Werner Heisenberg eit år seinare at det ikkje er matematisk mogleg å måle tilstanden til ein partikkel (posisjon og moment) til ei gjeven tid heilt nøyaktig. Dette usikkerheitsprinsippet medførte at atommodellen til Bohr vart erstatta med ei skildring der det ikkje er mogleg å gje posisjonane til elektrona, berre sannsynet for at dei finn seg innan visse soner.
Frå tidleg på 1970-talet har standardmodellen gjeve ei samla skildring av elementærpartiklar og krefter på subatomært nivå. Han har gjeve ei rekkje teoretiske føreseiingar som seinare er vorte eksperimentelt verifisert med stor nøysemd. Teorien har likevel enno ei rekkje veikskapar som at han inneheld mange eksperimentelt bestemde (ikkje berekna) konstantar, og at han ikkje inkluderer gravitasjon
Eigenskapane til atomet innanfor gjeldande teori Subatomære partiklar right|450px|thumb|Oversyn over partiklar og familiar i standardmodellen Inntil 1961 vart atomet rekna for å bestå berre av elektron, nøytron og proton. Standardmodellen som vart utvikla tidleg på 1970-talet, skildrar dei partiklane og krefter som byggjer opp subatomære partiklar. Kvarkar kjem i tre par (6 variantar) med ladning høvesvis +2/3 og -1/3 og spinn ½. Dei finst ikkje fritt, men er alltid bundne saman i baryonar med tre kvarkar som får ½ heiltals spinn og mesonar med to kvarkar og heiltals spinn. Elektronet saman med partiklar som positron og nøytrino er leptonar og blir ikkje påverka av den sterke kjernekrafta. Familiane leptonar og bosonar er begge fermionar som er partiklar med ½ heiltals spinn.
Protona og nøytrona er baryonar og blir bygd opp av u- (opp) og d- (ned) kvarkar som har såkalla fargeladning i tillegg til at dei har elektrisk ladning. Protonet får med kombinasjonen (uud) ein positiv elektrisk elementærladning medan nøytronet med (udd) blir elektrisk nøytralt. Kvarkane blir saman halde av den såkalla fargekrafta formidla av gluonar som er vekselverknadsbosonar. Størstedelen av energien i nøytronet og protonet kjem ikkje frå opp ned kvarkane (med 4 og 8 MeV) men ligg i bindingsenergien som gjev dei massar på høvesvis 938,3 og 939,6 MeV. Protona og nøytrona er fargenøytrale. Men fargeladningen er ujamt fordelt i dei slik den elektriske ladningen er ujamt fordelt i molekyl. På tilsvarande måte som det gjev opphav til bindingskrefter mellom molekyl, gjev den ujamne fordelinga av fargeladning i protona og nøytrona opphav til sterk kjernekraft eller nukleon-til-nukleon-krafta som held atomkjernane saman, trass i den elektriske fråstøytinga mellom protona.
Foton er masselause elektromagnetiske bølgjer (partiklar) med heiltals spinn som formidlar den elektromagnetiske krafta. Denne virkar mellom elektronet og kjernen og saman med elektronet sin bølgjenatur vert det danna orbitala.
Elektron og elektronskal