Luokka: fysiikka julkaistu: tammikuu 12, 2013
atomit eivät ole enimmäkseen tyhjää tilaa, koska puhtaasti tyhjää tilaa ei ole olemassa. Sen sijaan avaruus on täynnä monenlaisia hiukkasia ja kenttiä. Kaikkien hiukkasten ja kenttien Imeminen pois tietystä tilavuudesta ei tee tilasta täysin tyhjää, koska tyhjiöenergian vuoksi uusia hiukkasia leimahtaa silti olemassaoloon. Lisäksi Higgsin kenttää ei voi poistaa. Vaikka jättäisimme huomioon ottamatta kaikki muut kentät ja hiukkasen paitsi elektronit, protonit ja neutronit, havaitsemme, että atomit eivät silti ole tyhjiä. Atomit ovat täynnä elektroneja. On totta, että suuri osa atomin massasta on keskittynyt sen pieneen ytimeen, mutta se ei tarkoita, että muu atomi olisi tyhjä. Pikemminkin se viittaa siihen, että muun atomin tiheys on suhteellisen alhainen.
virheelliset Alkeistason tiedekirjat opettavat harhaluuloa tyhjästä atomista, ja se perustuu väärään kuvaan elektroneista palloina. Tämän näkemyksen mukaan atomi koostuu elektronipalloista, jotka kiemurtelevat atomiytimen ympärillä, joka on itse pallo. Tässä kuvassa elektronien ja ytimen välinen tila on siis tyhjää tilaa. Vaikka tämä kuva (Bohrin malli) on helppo kuvitella, se osoitettiin vääräksi lähes sata vuotta sitten. Elektronit (samoin kuin kaikki hiukkaset) ovat tilanteesta riippuen osittain hiukkasmaisia ja osittain aaltomaisia. Kun elektronit sitoutuvat atomeihin häiriöttömässä tilassa, ne toimivat aaltojen tavoin. Nämä aallot ovat kolmiulotteisia todennäköisyystiheysaaltoja, jotka levittäytyvät täyttämään koko atomin. Elektronit eivät levittäydy tasaisesti, vaan noudattavat erityisiä jakautumiskuvioita, joita kutsutaan ”orbitaaleiksi”. Orbitaalien muoto tukee kaikkia kemiallisia reaktioita. Esimerkkinä eräistä orbitaaleista esitetään vedyn oikeanpuoleinen yhden elektronin tiheysjakauma muutaman ensimmäisen alimman tilan kohdalla. Kevyemmät kohdat osoittavat alueita, joissa elektronin tiheys on suurempi. Huomaa, että jokainen kuva edustaa yhtä elektronia. Yhden kuvan erilaiset valopilkut ja-kaistat ovat kaikki osa yhden elektronin aaltotilaa. Koska sidotut elektronit levittäytyvät sumeiksi tiheysaalloiksi, atomilla ei ole varmaa ”särmää”. Elektroni itse asiassa levittäytyy täyttämään kaiken avaruuden, vaikka kaukana atomista se on kyllin ohut ollakseen vähäpätöinen. On kiinnostavaa, että atomissa olevat elektronit jopa levittäytyvät niin, että ne menevät päällekkäin ytimen kanssa. Tämä elektronin ja ytimen päällekkäisyys mahdollistaa elektronisieppauksen, jossa ytimen protoni voi reagoida elektronin kanssa ja muuttua neutroniksi. Jos atomit olisivat enimmäkseen tyhjää tilaa, voisimme poistaa tämän tilan ja kutistaa atomeja. Todellisuudessa atomit eivät sisällä tyhjää tilaa. Sen sijaan ne täyttyvät kokonaan hajaantuneista elektroneista, mikä tekee atomien kutistumisen mahdottomaksi.
aiheet: atomi, atomit, romahdus, sähkömagnetismi, elektroni, tyhjä tila, kvantti, aaltofunktio