Wat zit er in een atoom?

Kleiner dan klein

Atomen zijn ongelooflijk klein. Een paar miljoen atomen naast elkaar zouden nog maar net de punt aan het eind van deze zin overspannen.

Het woord atoom komt van het Griekse woord atomos, dat “ondeelbaar” betekent. Lange tijd dachten mensen dat atomen het kleinste waren wat er bestond. Vanaf 1897 ontdekten wetenschappers dat atomen uit nog kleinere delen bestaan.

De kern: protonen en neutronen

In het midden van elk atoom zit de kern. Die bevat twee soorten deeltjes: protonen, die een positieve lading hebben, en neutronen, die helemaal geen lading hebben.

De kern is minuscuul vergeleken met het hele atoom. Als een atoom zo groot was als een sportstadion, zou de kern ongeveer zo groot zijn als een erwt in het midden. Toch bevat de kern meer dan 99,9% van de massa van het atoom, omdat protonen en neutronen veel zwaarder zijn dan elektronen.

Gelijke ladingen stoten elkaar af, dus de protonen in een kern duwen tegen elkaar. Een zeer sterke kracht die alleen over minuscule afstanden werkt, houdt de protonen en neutronen toch bij elkaar.

Elektronen: aan de buitenkant

Elektronen zijn veel lichter dan protonen. Er zijn ongeveer 1.836 elektronen nodig om de massa van één proton te evenaren. Elk elektron heeft een negatieve lading.

Tegengestelde ladingen trekken elkaar aan, dus de positieve kern trekt aan de negatieve elektronen. Die aantrekking houdt de elektronen dicht bij de kern.

Elektronen zijn gerangschikt in lagen die schillen heten. De eerste schil bevat maximaal 2 elektronen en de tweede maximaal 8. Op tekeningen worden elektronen vaak als stippen op cirkels weergegeven, maar echte elektronen volgen geen nette banen zoals planeten. Ze verspreiden zich in een vage wolk, en elke schil is eigenlijk een energieniveau.

Ladingen en massa's in één oogopslag

Een proton heeft een lading van +1 en een massa van ongeveer 1 atomaire massa-eenheid (u), een zeer kleine eenheid die is bedacht om atomen te wegen.

Een neutron heeft geen lading (0) en een massa van ongeveer 1 u, bijna precies hetzelfde als een proton.

Een elektron heeft een lading van −1 en een massa van slechts ongeveer 0,0005 u. Dat is zo klein dat het vaak als nul wordt beschouwd.

Waarom atomen geen totale lading hebben

In een atoom is het aantal elektronen gelijk aan het aantal protonen. De positieve en negatieve ladingen heffen elkaar op, dus het atoom als geheel is neutraal.

Een koolstofatoom is een goed voorbeeld. Het heeft 6 protonen en 6 elektronen, dus de ladingen zijn in evenwicht. De meeste koolstofatomen hebben ook 6 neutronen. De 6 elektronen zitten in twee schillen: 2 in de eerste schil en 4 in de tweede.

Gewone chemische reacties veranderen de kern nooit. Atomen nemen alleen elektronen op, staan ze af of delen ze. Een atoom dat elektronen opneemt of afstaat, wordt een geladen deeltje dat een ion heet. Een natriumatoom dat één elektron afstaat, wordt Na⁺, en een chlooratoom dat er één opneemt, wordt Cl⁻.