Vilken atommodell ska vi använda?

10 Den moderna fysikens utveckling: 10.3 Bohrs atommodell

Vilken atommodell ska vi använda?

Med moderna "mikroskop" kan man göra bilder som visar atomerna på en yta. I inledningen till kapitel 7 visade vi en sådan bild. Eftersom atomerna är tusentals gånger mindre än det synliga ljusets våglängd, skulle man aldrig ha kunnat göra en sådan här bild med hjälp av ett vanligt ljusmikroskop – oavsett hur starkt det var. I verkligheten finns alltså inga färger. Bilden är mera som en karta.

Atomerna är således nästan obegripligt små och egentligen finns inga bilder från vår värld som kan beskriva atomernas så kallade kvantvärld. Där finns inga fasta former och elektronerna är inte pyttesmå kulor som dansar runt en ärtliknande atomkärna. De bildar i själva verket något slags "sannolikhetsmoln" kring en diffus men koncentrerad atomkärna.

Exempel 3

Mer än en atommodell

Eftersom en modell är en förenkling av verkligheten, kan det ofta vara bra att ha flera olika modeller för att fokusera på olika sidor av ett fenomen. Här ser du tre olika atommodeller:

Den här atommodellen avbildar atomen som ett solsystem i miniatyr. Elektronerna rör sig i olika banor eller skal på relativt stort avstånd från kärnan. Med hjälp av den här skalmodellen kan man förklara hur spektrallinjer uppstår då elektronerna går från ett tillstånd till ett annat tillstånd med lägre energi. Vi kan även räkna ut spektrallinjernas våglängder för de allra enklaste atomerna.

Elektronerna rör sig egentligen inte alls i skal. Man kan beskriva sannolikheten för att finna elektronen i en viss position i förhållande till kärnan. Exakt var elektronerna befinner sig kan man inte avgöra. Elektronmolnmodellen illustrerar den poängen. Molnet är tätast där sannolikheten för att träffa på elektronen är störst.

I en del fall är man inte intresserad av atomens elektroner utan av dess kärna. Då kan man använda sig av en atommodell som bara visar kärnpartiklarna. Här är en modell av en atom med två protoner och två neutroner, d.v.s. en alfapartikel. Lägger vi till elektronerna får vi en heliumatom.

10.15 Tre atommodeller

Alla modeller har ett giltighetsområde där de fungerar ganska bra för att beskriva och förutse resultatet av vissa experiment. Vid låga energier fungerar en atommodell bra, men vid högre energier förlorar den sin giltighet och måste ersättas av en annan. Atommodellerna i exempel 3 innehåller som du ser ingen information om protonernas och neutronernas struktur, vad de består av. Vid mycket höga energier är det nödvändigt att modellen kan beskriva protonernas och neutronernas inre struktur. Då är det nödvändigt med ytterligare en modell.