Thomsonin atomimalli

Luumupudding-malli oli 1900-luvun alkupuolen (ja virheellinen) atomimalli. Sen ehdotti J.J. Thomson vuonna 1904, elektronin löytämisen jälkeen mutta ennen atomiytimen löytämistä. Tuohon aikaan tiedemiehet tiesivät, että atomissa oli positiivinen varaus, joka tasapainotti elektronien negatiivisia varauksia ja teki atomista neutraalin, mutta he eivät tienneet, mistä positiivinen varaus oli peräisin. Thomsonin malli näytti atomin, jossa oli positiivisesti varautunut väliaine eli avaruus, jonka sisällä oli negatiivisesti varautuneita elektroneja. Pian sen esittämisen jälkeen mallia kutsuttiin "luumupudding-malliksi", koska positiivinen väliaine oli kuin vanukas, jonka sisällä oli elektroneja eli luumuja.

Esimerkki Thomsonin mallista

Kehitys nykyaikaiseksi atomimalliksi

Rutherfordin malli

Periaatteessa vuonna 1909, vähän sen jälkeen kun Thomsonin malli oli esitetty, Hans Geiger ja Ernest Marsden tekivät kokeen ohuilla kultalevyillä testatakseen Thomsonin mallia. Heidän professorinsa Ernest Rutherford odotti, että tulokset osoittaisivat Thomsonin olevan oikeassa, mutta tulokset poikkesivat suuresti siitä, mitä he odottivat. Vuonna 1911 Rutherford havaitsi, että positiiviset varaukset olivat peräisin pienistä hiukkasista, joita kutsutaan protoneiksi, ja että protonit olivat pienessä keskuksessa, jota kutsutaan ytimeksi, ja että elektronit kiersivät ydintä.

Bohrin malli

Rutherfordin malli oli melko yksinkertainen, mutta se oli väärä, koska elektroneilla on varaus, ja niiden pitäisi vetää puoleensa positiivisesti varautunutta ydintä. Vuonna 1913 Niels Bohr lisäsi atomimalliin "energiatasot". Elektronit eivät putoa ytimeen, koska ne sisältyvät energiatasoihin, ja korkeammille energiatasoille siirtymiseen tarvitaan lisäenergiaa, ja matalammille energiatasoille siirtymiseen tarvitaan energian vapautumista. Energiatiloja ei ole mahdollista vaihtaa muuttamatta elektronin energiaa. Jos elektroniin osuu fotoni (sähkömagneettista säteilyä kuljettava hiukkanen), se saa lisäenergiaa ja siirtyy korkeammalle energiatasolle (se vaihtaa energiatilaa), minkä jälkeen se hyppää takaisin alemmalle energiatasolle vapauttaen sisältämänsä energian. Tätä uutta mallia kutsuttiin Bohrin malliksi tai Rutherford-Bohrin malliksi. Tämä lisäsi kokonaan uuden tieteenalan: Kvanttifysiikka.

Kvanttimalli

Vuonna 1926 Erwin Schrödinger käytti ajatusta, jonka mukaan elektronit toimivat sekä aaltona että hiukkasena, mikä tunnetaan aalto-hiukkasdualismina. Tämä lisäsi atomimalliin ja kvanttifysiikkaan aivan uuden kerroksen. Hiukkasen kohdalla voidaan tietää, missä se on avaruudessa, jos sitä tarkkaillaan (katsotaan). Mutta aallon kohdalla se on kaikkialla, joten et voi määritellä, missä se tarkalleen ottaen on. Tätä kutsutaan kvanttiepävarmuudeksi. Elektronin kohdalla voi tietää vain todennäköisyyden, että se on jossakin paikassa, koska se on sekä aalto että hiukkanen. (Katso yllä oleva kaavio)

Kuva, jossa elektroni vaihtaa energiatasoa ja saa ja luovuttaa energiaa fotoneina.

Tämä näyttää nykyisen atomimallin. Musta varjostus atomin ympärillä osoittaa todennäköisyyden, jolla elektroni löytyy atomista. Mitä tummempi se on, sitä todennäköisemmin elektroni löytyy kyseisestä kohdasta.