Dalam materi pelajaran unsur, senyawa dan campuran berkaitan dengan atom. Untuk menambah wawasan siswa berikut dijelaskan tentang beberapa teori atom. Pada jaman dahulu ahli filsafat dari Yunani dan India kuno berpendapat di alam ada empat unsur yaitu air, tanah, udara, dan api. namun gagasan ini sudah lama ditinggalkan karena sudah tidak sesuai lagi. Aristoteles( 4 S.M.) menyatakan bahwa “setiap benda dapat dibelah menjadi bagian yang lebih kecil terus-menerus sampai tak terhingga”.
Nama “atom” berasal dari bahasa Yunani yaitu “atomos” diperkenalkan oleh Democritus(4-5 S.M.) yang artinya tidak dapat dibagi lagi atau bagain terkecil dari materi yang tidak dapat dibagi lagi.
1. Teori Atom John Dalton
Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:
1. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
2. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
3. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen
4. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Kelemahan Teori Dalton adalah tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.
2. Teori Atom J. J. Thomson
Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negative dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan bahwa:
“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron”
Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:
Kelemahan model atom yang dikembangkan oleh Thomson ini, yaitu tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.
3. Teori Atom Rutherford
Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas(logam murni pada waktu itu). Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:
1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
2. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
3. Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.
Kelemahan teori yang dijelaskan oleh Rutherford, yaitu : Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.
4. Teori Atom Bohr
Ada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:
1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.
2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.
4. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.
Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.
Kelemahan: dari penjelasan Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.
5. Teori Atom Modern
Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.
Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini
Ciri khas model atom mekanika gelombang
1. Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)
2. Bentuk dan ukuran orbital berg
| Helium atom |
|
|
| An illustration of the helium atom, depicting the nucleus (pink) and the electron cloud
distribution (black). The nucleus (upper right) in helium-4 is in
reality spherically symmetric and closely resembles the electron cloud,
although for more complicated nuclei this is not always the case. The
black bar is one angstrom (10−10 m or 100 pm). |
| Classification |
|
|
| Properties |
|
|
The
atom is a basic unit of
matter that consists of a dense central
nucleus surrounded by a
cloud of
negatively charged electrons. The
atomic nucleus contains a mix of positively charged
protons and electrically neutral
neutrons (except in the case of
hydrogen-1, which is the only stable
nuclide with no neutrons). The electrons of an atom are bound to the nucleus by the
electromagnetic force. Likewise, a group of atoms can remain bound to each other by
chemical bonds based on the same force, forming a
molecule.
An atom containing an equal number of protons and electrons is
electrically neutral, otherwise it is positively or negatively charged
and is known as an
ion. An atom is
classified according to the number of protons and neutrons in its nucleus: the
number of protons determines the
chemical element, and the
number of neutrons determines the
isotope of the element.
[1]
The name atom comes from the
Greek ἄτομος (
atomos, "indivisible") from
ἀ- (
a-, "not") and
τέμνω (
temnō, "I cut"),
[2] which means uncuttable, or indivisible, something that cannot be divided further.
[3] The concept of an atom as an indivisible component of matter was first proposed by early
Indian and
Greek philosophers. In the 18
th and 19
th centuries,
chemists
provided a physical basis for this idea by showing that certain
substances could not be further broken down by chemical methods, and
they applied the ancient philosophical name of
atom to the chemical entity. During the late 19
th and early 20
th centuries,
physicists
discovered subatomic components and structure inside the atom, thereby
demonstrating that the chemical "atom" was divisible and that the name
might not be appropriate.
[4].
However, it was retained. This has led to some debate about whether the
ancient philosophers, who intended to refer to fundamental individual
objects with their concept of "atoms," were referring to modern chemical
atoms, or something more like indivisible subatomic particles such as
leptons or
quarks, or even some more fundamental particle that has yet to be discovered.
[6]
Chemical atoms, which in science now carry the simple name of "atom," are minuscule objects with diameters of a few tenths of a
nanometer
and tiny masses proportional to the volume implied by these dimensions.
Atoms can only be observed individually using special instruments such
as the
scanning tunneling microscope. Over 99.94% of an atom's mass is concentrated in the nucleus,
[note 1]
with protons and neutrons having roughly equal mass. Each element has
at least one isotope with an unstable nucleus that can undergo
radioactive decay. This can result in a
transmutation that changes the number of protons or neutrons in a nucleus.
[7] Electrons that are bound to atoms possess a set of stable
energy levels, or
orbitals, and can undergo transitions between them by absorbing or emitting
photons
that match the energy differences between the levels. The electrons
determine the chemical properties of an element, and strongly influence
an atom's
magnetic properties. The principles of
quantum mechanics have been successfully used to
model the observed properties of the atom.
History
Main article:
Atomic theory
Atomism
The concept that matter is composed of
discrete units and cannot be divided into arbitrarily tiny quantities has been around for
millennia, but these ideas were founded in abstract, philosophical reasoning rather than
experimentation and
empirical observation.
The nature of atoms in philosophy varied considerably over time and
between cultures and schools, and often had spiritual elements.
Nevertheless, the basic idea of the atom was adopted by scientists
thousands of years later because it elegantly explained new discoveries
in the field of chemistry.
References to the concept of atoms date back to ancient
Greece and
India. In India, the
Ājīvika,
Jain, and
Cārvāka schools of atomism may date back to the 6th century BCE. The
Nyaya and
Vaisheshika schools later developed theories on how atoms combined into more complex objects. In the West, the references to atoms emerged in the 5th century BCE with
Leucippus, whose student,
Democritus, systematized his views. In approximately 450 BCE, Democritus coined the term
átomos (
Greek:
ἄτομος), which means "uncuttable" or "the smallest indivisible particle of matter". Although the
Indian and
Greek concepts of the atom were based purely on philosophy, modern science has retained the name coined by Democritus.
Corpuscularianism is the postulate, expounded in the 13th-century by the
alchemist Pseudo-Geber (Geber), sometimes identified with
Paul of Taranto, that all physical bodies possess an inner and outer layer of minute particles or corpuscles.
Corpuscularianism is similar to the theory of atomism, except that
where atoms were supposed to be indivisible, corpuscles could in
principle be divided. In this manner, for example, it was theorized that
mercury could penetrate into metals and modify their inner structure.
[13] Corpuscularianism stayed a dominant theory over the next several hundred years.
In 1661,
natural philosopher Robert Boyle published
The Sceptical Chymist in which he argued that matter was composed of various combinations of different "corpuscules" or atoms, rather than the
classical elements of air, earth, fire and water. During the 1670s corpuscularianism was used by
Isaac Newton in his development of the
corpuscular theory of light.
[15]
Origin of scientific theory
Various atoms and molecules as depicted in
John Dalton's
A New System of Chemical Philosophy (1808), one of the earliest scientific works on atomic theory
Further progress in the understanding of atoms did not occur until the science of
chemistry began to develop. In 1789, French nobleman and scientific researcher
Antoine Lavoisier discovered the
law of conservation of mass and defined an
element as a basic substance that could not be further broken down by the methods of chemistry.
[16]
In 1805, English instructor and natural philosopher
John Dalton used the concept of atoms to explain why elements always react in ratios of small
whole numbers (the
law of multiple proportions)
and why certain gases dissolved better in water than others. He
proposed that each element consists of atoms of a single, unique type,
and that these atoms can join together to form chemical compounds. Dalton is considered the originator of modern
atomic theory.
Dalton's atomic hypothesis did not specify the size of atoms. Common
sense indicated they must be very small, but nobody knew how small.
Therefore it was a major landmark when in 1865
Johann Josef Loschmidt measured the size of the molecules that make up air.
An additional line of reasoning in support of particle theory (and by extension
atomic theory) began in 1827 when
botanist Robert Brown used a
microscope to look at dust grains floating in water and discovered that they moved about erratically—a phenomenon that became known as "
Brownian motion". J. Desaulx suggested in 1877 that the phenomenon was caused by the thermal motion of water molecules, and in 1905
Albert Einstein produced the first mathematical analysis of the motion.
[20][22] French physicist
Jean Perrin
used Einstein's work to experimentally determine the mass and
dimensions of atoms, thereby conclusively verifying Dalton's atomic
theory.
[23]
In 1869, building upon earlier discoveries by such scientists as Lavoisier,
Dmitri Mendeleev published the first functional
periodic table.
[24] The table itself is a visual representation of the periodic law, which states that certain chemical properties of
elements repeat
periodically when arranged by
atomic number.
Subcomponents and quantum theory
The physicist
J. J. Thomson, through his work on
cathode rays
in 1897, discovered the electron, and concluded that they were a
component of every atom. Thus he overturned the belief that atoms are
the indivisible, ultimate particles of matter.
[26]
Thomson postulated that the low mass, negatively charged electrons were
distributed throughout the atom, possibly rotating in rings, with their
charge balanced by the presence of a uniform sea of positive charge.
This later became known as the
plum pudding model.
In 1909,
Hans Geiger and
Ernest Marsden, under the direction of physicist
Ernest Rutherford, bombarded a sheet of gold foil with
alpha rays—by
then known to be positively charged helium atoms—and discovered that a
small percentage of these particles were deflected through much larger
angles than was predicted using Thomson's proposal. Rutherford
interpreted the
gold foil experiment
as suggesting that the positive charge of a heavy gold atom and most of
its mass was concentrated in a nucleus at the center of the atom—the
Rutherford model.
[27]
While experimenting with the products of
radioactive decay, in 1913
radiochemist Frederick Soddy discovered that there appeared to be more than one type of atom at each position on the periodic table.
[28] The term
isotope was coined by
Margaret Todd
as a suitable name for different atoms that belong to the same element.
J.J. Thomson created a technique for separating atom types through his
work on ionized gases, which subsequently led to the discovery of
stable isotopes.
[29]
A
Bohr model of the hydrogen atom, showing an electron jumping between fixed orbits and emitting a
photon of energy with a specific frequency
Meanwhile, in 1913, physicist
Niels Bohr
suggested that the electrons were confined into clearly defined,
quantized orbits, and could jump between these, but could not freely
spiral inward or outward in intermediate states.
[30] An electron must absorb or emit specific amounts of energy to transition between these fixed orbits. When the
light from a heated material was passed through a
prism, it produced a multi-colored
spectrum. The appearance of fixed
lines in this spectrum was successfully explained by these orbital transitions.
[31]
Later in the same year
Henry Moseley provided additional experimental evidence in favor of
Niels Bohr's theory. These results refined
Ernest Rutherford's and
Antonius Van den Broek's model, which proposed that the atom contains in its
nucleus a number of positive
nuclear charges that is equal to its (atomic) number in the periodic table. Until these experiments,
atomic number
was not known to be a physical and experimental quantity. That it is
equal to the atomic nuclear charge remains the accepted atomic model
today.
Chemical bonds between atoms were now explained, by
Gilbert Newton Lewis in 1916, as the interactions between their constituent electrons.
[33] As the
chemical properties of the elements were known to largely repeat themselves according to the
periodic law, in 1919 the American chemist
Irving Langmuir
suggested that this could be explained if the electrons in an atom were
connected or clustered in some manner. Groups of electrons were thought
to occupy a set of
electron shells about the nucleus.
[35]
The
Stern–Gerlach experiment
of 1922 provided further evidence of the quantum nature of the atom.
When a beam of silver atoms was passed through a specially shaped
magnetic field, the beam was split based on the direction of an atom's
angular momentum, or spin. As this direction is random, the beam could
be expected to spread into a line. Instead, the beam was split into two
parts, depending on whether the atomic spin was oriented up or down.
[36]
In 1924,
Louis de Broglie proposed that all particles behave to an extent like waves. In 1926,
Erwin Schrödinger used this idea to develop a mathematical model of the atom that described the electrons as three-dimensional
waveforms
rather than point particles. A consequence of using waveforms to
describe particles is that it is mathematically impossible to obtain
precise values for both the
position and
momentum of a particle at the same time; this became known as the
uncertainty principle, formulated by
Werner Heisenberg
in 1926. In this concept, for a given accuracy in measuring a position
one could only obtain a range of probable values for momentum, and vice
versa. This model was able to explain observations of atomic behavior
that previous models could not, such as certain structural and
spectral patterns of atoms larger than hydrogen. Thus, the planetary model of the atom was discarded in favor of one that described
atomic orbital zones around the nucleus where a given electron is most likely to be observed.
[37][38]
Schematic diagram of a simple mass spectrometer
The development of the
mass spectrometer
allowed the exact mass of atoms to be measured. The device uses a
magnet to bend the trajectory of a beam of ions, and the amount of
deflection is determined by the ratio of an atom's mass to its charge.
The chemist
Francis William Aston used this instrument to show that isotopes had different masses. The
atomic mass of these isotopes varied by integer amounts, called the
whole number rule.
[39] The explanation for these different isotopes awaited the discovery of the
neutron, a neutral-charged particle with a mass similar to the
proton, by the physicist
James Chadwick
in 1932. Isotopes were then explained as elements with the same number
of protons, but different numbers of neutrons within the nucleus.
[40]
Fission, high-energy physics and condensed matter
In 1938, the German chemist
Otto Hahn, a student of Rutherford, directed neutrons onto uranium atoms expecting to get
transuranium elements. Instead, his chemical experiments showed
barium as a product.
[41] A year later,
Lise Meitner and her nephew
Otto Frisch verified that Hahn's result were the first experimental
nuclear fission.
[42][43] In 1944, Hahn received the
Nobel prize in chemistry. Despite Hahn's efforts, the contributions of Meitner and Frisch were not recognized.
[44]
In the 1950s, the development of improved
particle accelerators and
particle detectors allowed scientists to study the impacts of atoms moving at high energies.
[45] Neutrons and protons were found to be
hadrons, or composites of smaller particles called
quarks. The
standard model of particle physics
was developed that so far has successfully explained the properties of
the nucleus in terms of these sub-atomic particles and the forces that
govern their interactions.
[46]
Components
Subatomic particles
Though the word
atom originally denoted a particle that cannot
be cut into smaller particles, in modern scientific usage the atom is
composed of various
subatomic particles. The constituent particles of an atom are the
electron, the
proton and the
neutron. However, the
hydrogen-1 atom has no neutrons and a positive
hydrogen ion has no electrons.
The electron is by far the least massive of these particles at
9.11×10−31 kg, with a negative
electrical charge and a size that is too small to be measured using available techniques. Protons have a positive charge and a mass 1,836 times that of the electron, at
1.6726×10−27 kg, although this can be reduced by changes to the
energy binding the proton into an atom. Neutrons have no electrical charge and have a free mass of 1,839 times the mass of electrons, or
1.6929×10−27 kg. Neutrons and protons have comparable dimensions—on the order of
2.5×10−15 m—although the 'surface' of these particles is not sharply defined.
In the
Standard Model
of physics, electrons are truly elementary particles with no internal
structure. However, both protons and neutrons are composite particles
composed of
elementary particles called
quarks. There are two types of quarks in atoms, each having a fractional electric charge. Protons are composed of two
up quarks (each with charge +
2⁄3) and one
down quark (with a charge of −
1⁄3).
Neutrons consist of one up quark and two down quarks. This distinction
accounts for the difference in mass and charge between the two
particles.
[50][51]
The quarks are held together by the
strong interaction (or strong force), which is mediated by
gluons. The protons and neutrons, in turn, are held to each other in the nucleus by the
nuclear force,
which is a residuum of the strong force that has somewhat different
range-properties (see the article on the nuclear force for more). The
gluon is a member of the family of
gauge bosons, which are elementary particles that mediate physical
forces.
[50][51]
Nucleus
Main article:
Atomic nucleus
The
binding energy needed for a nucleon to escape the nucleus, for various isotopes
All the bound protons and neutrons in an atom make up a tiny
atomic nucleus, and are collectively called
nucleons. The radius of a nucleus is approximately equal to
![\scriptstyle 1.07 \sqrt[3]{A} \text{ fm}](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_shuJnBKsYliYj88aAaOCMIKmxD6LsGYpFhfXPQ3aWnH0139SveguIieS4mDSE11B6tuI6Eqh3BsZphY6Q8NQ3QZA4T2Y45sxjHh3FcMYbZIAAI4doDPYK0tywCK917fghn9_z_vWkjin9Gg-eA=s0-d)
, where
A is the total number of nucleons. This is much smaller than the radius of the atom, which is on the order of 10
5 fm. The nucleons are bound together by a short-ranged attractive potential called the
residual strong force. At distances smaller than 2.5 fm this force is much more powerful than the
electrostatic force that causes positively charged protons to repel each other.
Atoms of the same
element have the same number of protons, called the
atomic number. Within a single element, the number of neutrons may vary, determining the
isotope of that element. The total number of protons and neutrons determine the
nuclide. The number of neutrons relative to the protons determines the stability of the nucleus, with certain isotopes undergoing
radioactive decay.
[54]
The neutron and the proton are different types of
fermions. The
Pauli exclusion principle is a
quantum mechanical effect that prohibits
identical
fermions, such as multiple protons, from occupying the same quantum
physical state at the same time. Thus every proton in the nucleus must
occupy a different state, with its own energy level, and the same rule
applies to all of the neutrons. This prohibition does not apply to a
proton and neutron occupying the same quantum state.
[55]
For atoms with low atomic numbers, a nucleus that has a different
number of protons than neutrons can potentially drop to a lower energy
state through a radioactive decay that causes the number of protons and
neutrons to more closely match. As a result, atoms with roughly matching
numbers of protons and neutrons are more stable against decay. However,
with increasing atomic number, the mutual repulsion of the protons
requires an increasing proportion of neutrons to maintain the stability
of the nucleus, which modifies this trend. Thus, there are no stable
nuclei with equal proton and neutron numbers above atomic number Z = 20
(calcium); and as Z increases toward the heaviest nuclei, the ratio of
neutrons per proton required for stability increases to about 1.5.
[55]
Illustration of a nuclear fusion process that forms a deuterium nucleus,
consisting of a proton and a neutron, from two protons. A
positron (e
+)—an
antimatter electron—is emitted along with an electron
neutrino.
The number of protons and neutrons in the atomic nucleus can be
modified, although this can require very high energies because of the
strong force.
Nuclear fusion
occurs when multiple atomic particles join to form a heavier nucleus,
such as through the energetic collision of two nuclei. For example, at
the core of the Sun protons require energies of 3–10 keV to overcome
their mutual repulsion—the
coulomb barrier—and fuse together into a single nucleus.
[56] Nuclear fission
is the opposite process, causing a nucleus to split into two smaller
nuclei—usually through radioactive decay. The nucleus can also be
modified through bombardment by high energy subatomic particles or
photons. If this modifies the number of protons in a nucleus, the atom
changes to a different chemical element.
[57][58]
If the mass of the nucleus following a fusion reaction is less than
the sum of the masses of the separate particles, then the difference
between these two values can be emitted as a type of usable energy (such
as a
gamma ray, or the kinetic energy of a
beta particle), as described by
Albert Einstein's
mass–energy equivalence formula,
E =
mc2, where
m is the mass loss and
c is the
speed of light. This deficit is part of the
binding energy
of the new nucleus, and it is the non-recoverable loss of the energy
that causes the fused particles to remain together in a state that
requires this energy to separate.
The fusion of two nuclei that create larger nuclei with lower atomic numbers than
iron and
nickel—a total nucleon number of about 60—is usually an
exothermic process that releases more energy than is required to bring them together.
[60] It is this energy-releasing process that makes nuclear fusion in
stars a self-sustaining reaction. For heavier nuclei, the binding energy per
nucleon
in the nucleus begins to decrease. That means fusion processes
producing nuclei that have atomic numbers higher than about 26, and
atomic masses higher than about 60, is an
endothermic process. These more massive nuclei can not undergo an energy-producing fusion reaction that can sustain the
hydrostatic equilibrium of a star.
[55]
Electron cloud
A potential well, showing, according to
classical mechanics, the minimum energy
V(
x) needed to reach each position
x. Classically, a particle with energy
E is constrained to a range of positions between
x1 and
x2.
The electrons in an atom are attracted to the protons in the nucleus by the
electromagnetic force. This force binds the electrons inside an
electrostatic potential well
surrounding the smaller nucleus, which means that an external source of
energy is needed for the electron to escape. The closer an electron is
to the nucleus, the greater the attractive force. Hence electrons bound
near the center of the potential well require more energy to escape than
those at greater separations.
Electrons, like other particles, have properties of both a
particle and a wave. The electron cloud is a region inside the potential well where each electron forms a type of three-dimensional
standing wave—a wave form that does not move relative to the nucleus. This behavior is defined by an
atomic orbital,
a mathematical function that characterises the probability that an
electron appears to be at a particular location when its position is
measured.
[61] Only a discrete (or
quantized) set of these orbitals exist around the nucleus, as other possible wave patterns rapidly decay into a more stable form.
[62] Orbitals can have one or more ring or node structures, and they differ from each other in size, shape and orientation.
[63]
Wave functions of the first five atomic orbitals. The three 2p orbitals each display a single angular
node that has an orientation and a minimum at the center.
Each atomic orbital corresponds to a particular
energy level of the electron. The electron can change its state to a higher energy level by absorbing a
photon with sufficient energy to boost it into the new quantum state. Likewise, through
spontaneous emission,
an electron in a higher energy state can drop to a lower energy state
while radiating the excess energy as a photon. These characteristic
energy values, defined by the differences in the energies of the quantum
states, are responsible for
atomic spectral lines.
[62]
The amount of energy needed to remove or add an electron—the
electron binding energy—is far less than the
binding energy of nucleons. For example, it requires only 13.6 eV to strip a
ground-state electron from a hydrogen atom,
[64] compared to 2.23
million eV for splitting a
deuterium nucleus.
[65] Atoms are
electrically
neutral if they have an equal number of protons and electrons. Atoms
that have either a deficit or a surplus of electrons are called
ions.
Electrons that are farthest from the nucleus may be transferred to
other nearby atoms or shared between atoms. By this mechanism, atoms are
able to
bond into
molecules and other types of
chemical compounds like
ionic and
covalent network
crystals.
Properties
Nuclear properties
By definition, any two atoms with an identical number of
protons in their nuclei belong to the same
chemical element. Atoms with equal numbers of protons but a different number of
neutrons
are different isotopes of the same element. For example, all hydrogen
atoms admit exactly one proton, but isotopes exist with no neutrons (
hydrogen-1, by far the most common form,
[67] also called protium), one neutron (
deuterium), two neutrons (
tritium) and
more than two neutrons. The known elements form a set of atomic numbers, from the single proton element
hydrogen up to the 118-proton element
ununoctium.
[68] All known isotopes of elements with atomic numbers greater than 82 are radioactive.
[70]
About 339 nuclides occur naturally on
Earth,
[71] of which 253 (about 75%) have not been observed to decay, and are referred to as "
stable isotopes". However, only 90 of these nuclides are stable to all decay, even
in theory.
Another 163 (bringing the total to 253) have not been observed to
decay, even though in theory it is energetically possible. These are
also formally classified as "stable". An additional 35 radioactive
nuclides have half-lives longer than 80 million years, and are
long-lived enough to be present from the birth of the
solar system. This collection of 288 nuclides are known as
primordial nuclides.
Finally, an additional 51 short-lived nuclides are known to occur
naturally, as daughter products of primordial nuclide decay (such as
radium from
uranium), or else as products of natural energetic processes on Earth, such as cosmic ray bombardment (for example, carbon-14).
[72][note 2]
For 80 of the chemical elements, at least one
stable isotope
exists. As a rule, there is only a handful of stable isotopes for each
of these elements, the average being 3.2 stable isotopes per element.
Twenty-six elements have only a single stable isotope, while the largest
number of stable isotopes observed for any element is ten, for the
element
tin. Elements
43,
61, and all elements numbered
83 or higher have no stable isotopes.
[73][page needed]
Stability of isotopes is affected by the ratio of protons to
neutrons, and also by the presence of certain "magic numbers" of
neutrons or protons that represent closed and filled quantum shells.
These quantum shells correspond to a set of energy levels within the
shell model
of the nucleus; filled shells, such as the filled shell of 50 protons
for tin, confers unusual stability on the nuclide. Of the 253 known
stable nuclides, only four have both an odd number of protons
and odd number of neutrons:
hydrogen-2 (
deuterium),
lithium-6,
boron-10 and
nitrogen-14. Also, only four naturally occurring, radioactive odd-odd nuclides have a half-life over a billion years:
potassium-40,
vanadium-50,
lanthanum-138 and
tantalum-180m. Most odd-odd nuclei are highly unstable with respect to
beta decay, because the decay products are even-even, and are therefore more strongly bound, due to
nuclear pairing effects.
[73][page needed]
Mass
The large majority of an atom's mass comes from the protons and
neutrons that make it up. The total number of these particles (called
"nucleons") in a given atom is called the
mass number.
The mass number is a simple whole number, and has units of "nucleons."
An example of use of a mass number is "carbon-12," which has 12 nucleons
(six protons and six neutrons).
The actual
mass of an atom at rest is often expressed using the
unified atomic mass unit (u), which is also called a dalton (Da). This unit is defined as a twelfth of the mass of a free neutral atom of
carbon-12, which is approximately
1.66×10−27 kg.
[74] Hydrogen-1, the lightest isotope of hydrogen and the atom with the lowest mass, has an atomic weight of 1.007825 u.
[75] The value of this number is called the
atomic mass.
A given atom has an atomic mass approximately equal (within 1%) to its
mass number times the mass of the atomic mass unit. However, this number
will not be an exact whole number except in the case of carbon-12 (see
below)
[76] The heaviest
stable atom is lead-208, with a mass of
207.9766521 u.
[77]
As even the most massive atoms are far too light to work with directly, chemists instead use the unit of
moles. One mole of atoms of any element always has the same number of atoms (about
6.022×1023).
This number was chosen so that if an element has an atomic mass of 1 u,
a mole of atoms of that element has a mass close to one gram. Because
of the definition of the
unified atomic mass unit, each carbon-12 atom has an atomic mass of exactly 12 u, and so a mole of carbon-12 atoms weighs exactly 0.012 kg.
[74][page needed]
Shape and size
Main article:
Atomic radius
Atoms lack a well-defined outer boundary, so their dimensions are usually described in terms of an
atomic radius.
This is a measure of the distance out to which the electron cloud
extends from the nucleus. However, this assumes the atom to exhibit a
spherical shape, which is only obeyed for atoms in vacuum or free space.
Atomic radii may be derived from the distances between two nuclei when
the two atoms are joined in a
chemical bond.
The radius varies with the location of an atom on the atomic chart, the
type of chemical bond, the number of neighboring atoms (
coordination number) and a
quantum mechanical property known as
spin.
[78] On the
periodic table of the elements, atom size tends to increase when moving down columns, but decrease when moving across rows (left to right).
[79] Consequently, the smallest atom is helium with a radius of 32
pm, while one of the largest is
caesium at 225 pm.
[80]
When subjected to external fields, like an
electrical field,
the shape of an atom may deviate from that of a sphere. The deformation
depends on the field magnitude and the orbital type of outer shell
electrons, as shown by
group-theoretical considerations. Aspherical deviations might be elicited for instance in
crystals, where large crystal-electrical fields may occur at
low-symmetry lattice sites.
[81] Significant
ellipsoidal deformations have recently been shown to occur for sulfur ions in
pyrite-type compounds.
[82]
Atomic dimensions are thousands of times smaller than the wavelengths of
light (400–700
nm) so they can not be viewed using an
optical microscope. However, individual atoms can be observed using a
scanning tunneling microscope. To visualize the minuteness of the atom, consider that a typical human hair is about 1 million carbon atoms in width.
[83] A single drop of water contains about 2
sextillion (
2×1021) atoms of oxygen, and twice the number of hydrogen atoms.
[84] A single
carat diamond with a mass of
2×10−4 kg contains about 10 sextillion (10
22) atoms of
carbon.
[note 3]
If an apple were magnified to the size of the Earth, then the atoms in
the apple would be approximately the size of the original apple.
Radioactive decay
This diagram shows the
half-life (T
½) of various isotopes with Z protons and N neutrons.
Every element has one or more isotopes that have unstable nuclei that
are subject to radioactive decay, causing the nucleus to emit particles
or electromagnetic radiation. Radioactivity can occur when the radius
of a nucleus is large compared with the radius of the strong force,
which only acts over distances on the order of 1 fm.
[86]
The most common forms of radioactive decay are:
[88]
- Alpha decay
is caused when the nucleus emits an alpha particle, which is a helium
nucleus consisting of two protons and two neutrons. The result of the
emission is a new element with a lower atomic number.
- Beta decay is regulated by the weak force,
and results from a transformation of a neutron into a proton, or a
proton into a neutron. The first is accompanied by the emission of an
electron and an antineutrino, while the second causes the emission of a positron and a neutrino.
The electron or positron emissions are called beta particles. Beta
decay either increases or decreases the atomic number of the nucleus by
one. A common analog of positron beta decay in nuclei that are
proton-rich is electron capture where an electron is absorbed by the nucleus rather than a positron emitted. A neutrino is still emitted in this process, and a proton again changes to a neutron.
- Gamma decay
results from a change in the energy level of the nucleus to a lower
state, resulting in the emission of electromagnetic radiation. This can
occur following the emission of an alpha or a beta particle from
radioactive decay.
Other more rare types of
radioactive decay include ejection of neutrons or protons or clusters of
nucleons from a nucleus, or more than one
beta particle, or result (through
internal conversion) in production of high-speed electrons that are not beta rays, and high-energy photons that are not gamma rays.
Each
radioactive isotope has a characteristic decay time period—the
half-life—that is determined by the amount of time needed for half of a sample to decay. This is an
exponential decay
process that steadily decreases the proportion of the remaining isotope
by 50% every half-life. Hence after two half-lives have passed only 25%
of the isotope is present, and so forth.
[86]
Magnetic moment
Elementary particles possess an intrinsic quantum mechanical property known as
spin. This is analogous to the
angular momentum of an object that is spinning around its
center of mass,
although strictly speaking these particles are believed to be
point-like and cannot be said to be rotating. Spin is measured in units
of the reduced
Planck constant (ħ), with electrons, protons and neutrons all having spin ½ ħ, or "spin-½". In an atom, electrons in motion around the
nucleus possess orbital
angular momentum in addition to their spin, while the nucleus itself possesses angular momentum due to its nuclear spin.
[89]
The
magnetic field produced by an atom—its
magnetic moment—is
determined by these various forms of angular momentum, just as a
rotating charged object classically produces a magnetic field. However,
the most dominant contribution comes from spin. Due to the nature of
electrons to obey the
Pauli exclusion principle, in which no two electrons may be found in the same
quantum state,
bound electrons pair up with each other, with one member of each pair
in a spin up state and the other in the opposite, spin down state. Thus
these spins cancel each other out, reducing the total magnetic dipole
moment to zero in some atoms with even number of electrons.
[90]
In
ferromagnetic
elements such as iron, an odd number of electrons leads to an unpaired
electron and a net overall magnetic moment. The orbitals of neighboring
atoms overlap and a lower energy state is achieved when the spins of
unpaired electrons are aligned with each other, a process known as an
exchange interaction. When the magnetic moments of ferromagnetic atoms are lined up, the material can produce a measurable macroscopic field.
Paramagnetic materials
have atoms with magnetic moments that line up in random directions when
no magnetic field is present, but the magnetic moments of the
individual atoms line up in the presence of a field.
[90][91]
The nucleus of an atom can also have a net spin. Normally these nuclei are aligned in random directions because of
thermal equilibrium. However, for certain elements (such as
xenon-129) it is possible to
polarize a significant proportion of the nuclear spin states so that they are aligned in the same direction—a condition called
hyperpolarization. This has important applications in
magnetic resonance imaging.
[92]
Energy levels
When an electron is bound to an atom, it has a
potential energy
that is inversely proportional to its distance from the nucleus. This
is measured by the amount of energy needed to unbind the electron from
the atom, and is usually given in units of
electronvolts
(eV). In the quantum mechanical model, a bound electron can only occupy
a set of states centered on the nucleus, and each state corresponds to a
specific energy level. The lowest energy state of a bound electron is
called the ground state, while an electron at a higher energy level is
in an excited state.
[94]
For an electron to transition between two different states, it must absorb or emit a
photon
at an energy matching the difference in the potential energy of those
levels. The energy of an emitted photon is proportional to its
frequency, so these specific energy levels appear as distinct bands in the
electromagnetic spectrum.
[95]
Each element has a characteristic spectrum that can depend on the
nuclear charge, subshells filled by electrons, the electromagnetic
interactions between the electrons and other factors.
[96]
An example of absorption lines in a spectrum
When a continuous spectrum of energy is passed through a gas or
plasma,
some of the photons are absorbed by atoms, causing electrons to change
their energy level. Those excited electrons that remain bound to their
atom spontaneously emit this energy as a photon, traveling in a random
direction, and so drop back to lower energy levels. Thus the atoms
behave like a filter that forms a series of dark
absorption bands
in the energy output. (An observer viewing the atoms from a view that
does not include the continuous spectrum in the background, instead sees
a series of
emission lines from the photons emitted by the atoms.)
Spectroscopic measurements of the strength and width of
spectral lines allow the composition and physical properties of a substance to be determined.
[97]
Close examination of the spectral lines reveals that some display a
fine structure splitting. This occurs because of
spin-orbit coupling, which is an interaction between the spin and motion of the outermost electron.
[98]
When an atom is in an external magnetic field, spectral lines become
split into three or more components; a phenomenon called the
Zeeman effect.
This is caused by the interaction of the magnetic field with the
magnetic moment of the atom and its electrons. Some atoms can have
multiple
electron configurations
with the same energy level, which thus appear as a single spectral
line. The interaction of the magnetic field with the atom shifts these
electron configurations to slightly different energy levels, resulting
in multiple spectral lines.
[99] The presence of an external
electric field
can cause a comparable splitting and shifting of spectral lines by
modifying the electron energy levels, a phenomenon called the
Stark effect.
If a bound electron is in an excited state, an interacting photon with the proper energy can cause
stimulated emission
of a photon with a matching energy level. For this to occur, the
electron must drop to a lower energy state that has an energy difference
matching the energy of the interacting photon. The emitted photon and
the interacting photon then move off in parallel and with matching
phases. That is, the wave patterns of the two photons are synchronized.
This physical property is used to make
lasers, which can emit a coherent beam of light energy in a narrow frequency band.
[101]
Valence and bonding behavior
The outermost electron shell of an atom in its uncombined state is
known as the valence shell, and the electrons in that shell are called
valence electrons. The number of valence electrons determines the
bonding behavior with other atoms. Atoms tend to
chemically react with each other in a manner that fills (or empties) their outer valence shells.
[102]
For example, a transfer of a single electron between atoms is a useful
approximation for bonds that form between atoms with one-electron more
than a filled shell, and others that are one-electron short of a full
shell, such as occurs in the compound
sodium chloride
and other chemical ionic salts. However, many elements display multiple
valences, or tendencies to share differing numbers of electrons in
different compounds. Thus,
chemical bonding
between these elements takes many forms of electron-sharing that are
more than simple electron transfers. Examples include the element carbon
and the
organic compounds.
[103]
The
chemical elements are often displayed in a
periodic table
that is laid out to display recurring chemical properties, and elements
with the same number of valence electrons form a group that is aligned
in the same column of the table. (The horizontal rows correspond to the
filling of a quantum shell of electrons.) The elements at the far right
of the table have their outer shell completely filled with electrons,
which results in chemically inert elements known as the
noble gases.
[104][105]
States
Quantities of atoms are found in different states of matter that depend on the physical conditions, such as
temperature and
pressure. By varying the conditions, materials can transition between
solids,
liquids,
gases and plasmas. Within a state, a material can also exist in different phases. An example of this is solid carbon, which can exist as
graphite or
diamond.
[107]
At temperatures close to
absolute zero, atoms can form a
Bose–Einstein condensate,
at which point quantum mechanical effects, which are normally only
observed at the atomic scale, become apparent on a macroscopic scale.
[109] This super-cooled collection of atoms then behaves as a single
super atom, which may allow fundamental checks of quantum mechanical behavior.
[110]
Identification
The
scanning tunneling microscope is a device for viewing surfaces at the atomic level. It uses the
quantum tunneling
phenomenon, which allows particles to pass through a barrier that would
normally be insurmountable. Electrons tunnel through the vacuum between
two planar metal electrodes, on each of which is an
adsorbed
atom, providing a tunneling-current density that can be measured.
Scanning one atom (taken as the tip) as it moves past the other (the
sample) permits plotting of tip displacement versus lateral separation
for a constant current. The calculation shows the extent to which
scanning-tunneling-microscope images of an individual atom are visible.
It confirms that for low bias, the microscope images the space-averaged
dimensions of the electron orbitals across closely packed energy
levels—the
Fermi level local density of states.
[111][112]
An atom can be
ionized by removing one of its electrons. The
electric charge causes the trajectory of an atom to bend when it passes through a
magnetic field. The radius by which the trajectory of a moving ion is turned by the magnetic field is determined by the mass of the atom. The
mass spectrometer uses this principle to measure the
mass-to-charge ratio
of ions. If a sample contains multiple isotopes, the mass spectrometer
can determine the proportion of each isotope in the sample by measuring
the intensity of the different beams of ions. Techniques to vaporize
atoms include
inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy and
inductively coupled plasma mass spectrometry, both of which use a plasma to vaporize samples for analysis.
[113]
A more area-selective method is
electron energy loss spectroscopy, which measures the energy loss of an
electron beam within a
transmission electron microscope when it interacts with a portion of a sample. The
atom-probe tomograph has sub-nanometer resolution in 3-D and can chemically identify individual atoms using time-of-flight mass spectrometry.
[114]
Spectra of
excited states can be used to analyze the atomic composition of distant
stars. Specific light
wavelengths
contained in the observed light from stars can be separated out and
related to the quantized transitions in free gas atoms. These colors can
be replicated using a
gas-discharge lamp containing the same element.
[115] Helium was discovered in this way in the spectrum of the Sun 23 years before it was found on Earth.
[116]
Origin and current state
Atoms form about 4% of the total energy density of the observable
universe, with an average density of about 0.25 atoms/m
3.
[117] Within a galaxy such as the
Milky Way, atoms have a much higher concentration, with the density of matter in the
interstellar medium (ISM) ranging from 10
5 to 10
9 atoms/m
3. The Sun is believed to be inside the
Local Bubble, a region of highly ionized gas, so the density in the solar neighborhood is only about 10
3 atoms/m
3.
[119]
Stars form from dense clouds in the ISM, and the evolutionary processes
of stars result in the steady enrichment of the ISM with elements more
massive than hydrogen and helium. Up to 95% of the Milky Way's atoms are
concentrated inside stars and the total mass of atoms forms about 10%
of the mass of the galaxy. (The remainder of the mass is an unknown
dark matter.)
[121]
Nucleosynthesis
Stable protons and electrons appeared one second after the
Big Bang. During the following three minutes,
Big Bang nucleosynthesis produced most of the
helium,
lithium, and
deuterium in the universe, and perhaps some of the
beryllium and
boron.
[122][123][124] The first atoms (complete with bound electrons) were theoretically created 380,000 years after the Big Bang—an epoch called
recombination, when the expanding universe cooled enough to allow electrons to become attached to nuclei.
[125]
Since the Big Bang, which produced no carbon, atomic nuclei have been combined in
stars through the process of
nuclear fusion to produce more of the element
helium, and (via the
triple alpha process) the sequence of elements from
carbon up to iron.
[126]
Isotopes such as lithium-6, as well as some beryllium and boron are generated in space through
cosmic ray spallation.
[127] This occurs when a high-energy proton strikes an atomic nucleus, causing large numbers of nucleons to be ejected.
Elements heavier than iron were produced in
supernovae through the
r-process and in
AGB stars through the
s-process, both of which involve the capture of neutrons by atomic nuclei.
[128] Elements such as
lead formed largely through the radioactive decay of heavier elements.
[129]
Earth
Most of the atoms that make up the
Earth and its inhabitants were present in their current form in the
nebula that collapsed out of a
molecular cloud to form the
Solar System. The rest are the result of radioactive decay, and their relative proportion can be used to determine the
age of the Earth through
radiometric dating.
[131] Most of the
helium in the crust of the Earth (about 99% of the helium from gas wells, as shown by its lower abundance of
helium-3) is a product of
alpha decay.
[132]
There are a few trace atoms on Earth that were not present at the
beginning (i.e., not "primordial"), nor are results of radioactive
decay.
Carbon-14 is continuously generated by cosmic rays in the atmosphere.
[133] Some atoms on Earth have been artificially generated either deliberately or as by-products of nuclear reactors or explosions.
[134][135] Of the
transuranic elements—those with atomic numbers greater than 92—only
plutonium and
neptunium occur naturally on Earth.
[136][137] Transuranic elements have radioactive lifetimes shorter than the current age of the Earth and thus identifiable quantities of these elements have long since decayed, with the exception of traces of
plutonium-244 possibly deposited by cosmic dust. Natural deposits of plutonium and neptunium are produced by
neutron capture in uranium ore.
[139]
The Earth contains approximately
1.33×1050 atoms.
[140] In the planet's atmosphere, small numbers of independent atoms of
noble gases exist, such as
argon and
neon. The remaining 99% of the atmosphere is bound in the form of molecules, including
carbon dioxide and
diatomic oxygen and
nitrogen. At the surface of the Earth, atoms combine to form various compounds, including
water,
salt,
silicates and
oxides. Atoms can also combine to create materials that do not consist of discrete molecules, including
crystals and liquid or solid
metals.
[141][142]
This atomic matter forms networked arrangements that lack the
particular type of small-scale interrupted order associated with
molecular matter.
Rare and theoretical forms
While isotopes with atomic numbers higher than
lead (82) are known to be radioactive, an "
island of stability" has been proposed for some elements with atomic numbers above 103. These
superheavy elements may have a nucleus that is relatively stable against radioactive decay.
[144] The most likely candidate for a stable superheavy atom,
unbihexium, has 126 protons and 184 neutrons.
[145]
Each particle of matter has a corresponding
antimatter particle with the opposite electrical charge. Thus, the
positron
is a positively charged antielectron and the antiproton is a negatively
charged equivalent of a proton. When a matter and corresponding
antimatter particle meet, they annihilate each other. Because of this,
along with an imbalance between the number of matter and antimatter
particles, the latter are rare in the universe. (The first causes of
this imbalance are not yet fully understood, although the
baryogenesis theories may offer an explanation.) As a result, no antimatter atoms have been discovered in nature.
[146][147] However, in 1996,
antihydrogen, the antimatter counterpart of hydrogen, was synthesized at the
CERN laboratory in
Geneva.
[148][149]
Other
exotic atoms
have been created by replacing one of the protons, neutrons or
electrons with other particles that have the same charge. For example,
an electron can be replaced by a more massive
muon, forming a
muonic atom. These types of atoms can be used to test the fundamental predictions of physics.
[150][151][152]
See also
Notes
- ^ In the case of hydrogen-1, with a single electron and nucleon, the proton is
,
or 99.95% of the total atomic mass. All other nuclides (isotopes of
hydrogen and all other elements) have more nucleons than electrons, so
the fraction of mass taken by the nucleus is closer to 100% for all of
these types of atoms, than for hydrogen-1.
- ^ For more recent updates see Interactive Chart of Nuclides (Brookhaven National Laboratory).
- ^ A carat is 200 milligrams. By definition, carbon-12 has 0.012 kg per mole. The Avogadro constant defines 6×1023 atoms per mole.
References
- ^ Leigh, G. J., ed. (1990). International Union of Pure and Applied Chemistry, Commission on the Nomenclature of Inorganic Chemistry, Nomenclature of Organic Chemistry – Recommendations 1990. Oxford: Blackwell Scientific Publications. p. 35. ISBN 0-08-022369-9.
"An atom is the smallest unit quantity of an element that is capable of
existence whether alone or in chemical combination with other atoms of
the same or other elements."
- ^ Liddell, Henry George; Scott, Robert. "A Greek-English Lexicon". Perseus Digital Library.
- ^ Liddell, Henry George; Scott, Robert. "ἄτομος". A Greek-English Lexicon. Perseus Digital Library. Retrieved 2010-06-21.
- ^ Haubold, Hans; Mathai, A.M. (1998). "Microcosmos: From Leucippus to Yukawa". Structure of the Universe. Retrieved 2008-01-17.
- ^ Leon M. Lederman and Dick Teresi (1993, reprint in 2006). The God Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question?. Boston: Houghton Mifflin Company. ISBN 0-61871-168-6. Lederman provides an excellent discussion of this point, and this debate.
- ^ "Radioactive Decays". Stanford Linear Accelerator Center. 15 June 2009. Archived from the original on 7 June 2009. Retrieved 2009-07-04.
- ^ Pratt, Vernon (September 28, 2007). "The Mechanical Philosophy". Reason, nature and the human being in the West. Retrieved 2009-06-28.
- ^ Kemerling, Garth (August 8, 2002). "Corpuscularianism". Philosophical Dictionary. Retrieved 2009-06-17.
- ^ "Lavoisier's Elements of Chemistry". Elements and Atoms. Le Moyne College, Department of Chemistry. Retrieved 2007-12-18.
- ^ Einstein, Albert (1905). "Über
die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung
von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen" (in German) (PDF). Annalen der Physik 322 (8): 549–560. Bibcode 1905AnP...322..549E. doi:10.1002/andp.19053220806. Retrieved 2007-02-04.
- ^ Lee, Y.K.; Hoon, K. (1995). "Brownian Motion". Imperial College. Archived from the original on 18 December 2007. Retrieved 2007-12-18.
- ^ Patterson, G. (2007). "Jean Perrin and the triumph of the atomic doctrine". Endeavour 31 (2): 50–53. doi:10.1016/j.endeavour.2007.05.003. PMID 17602746.
- ^ "Periodic Table of the Elements". The International Union of Pure and Applied Chemistry. November 1, 2007. Archived from the original on 2010-04-25. Retrieved 2010-05-14.
- ^ "J.J. Thomson". Nobel Foundation. 1906. Retrieved 2007-12-20.
- ^ Rutherford, E. (1911). "The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom". Philosophical Magazine 21: 669–88.
- ^ "Frederick Soddy, The Nobel Prize in Chemistry 1921". Nobel Foundation. Retrieved 2008-01-18.
- ^ Thomson, Joseph John (1913). "Rays of positive electricity". Proceedings of the Royal Society. A 89 (607): 1–20. Bibcode 1913RSPSA..89....1T. doi:10.1098/rspa.1913.0057.
- ^ Stern, David P. (May 16, 2005). "The Atomic Nucleus and Bohr's Early Model of the Atom". NASA/Goddard Space Flight Center. Retrieved 2007-12-20.
- ^ Bohr, Niels (11 December 1922). "Niels Bohr, The Nobel Prize in Physics 1922, Nobel Lecture". Nobel Foundation. Retrieved 2008-02-16.
- ^ Lewis, Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society 38 (4): 762–786. doi:10.1021/ja02261a002.
- ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society 41 (6): 868–934. doi:10.1021/ja02227a002.
- ^ Scully, Marlan O.; Lamb, Willis E.; Barut, Asim (1987). "On the theory of the Stern-Gerlach apparatus". Foundations of Physics 17 (6): 575–583. Bibcode 1987FoPh...17..575S. doi:10.1007/BF01882788.
- ^ Brown, Kevin (2007). "The Hydrogen Atom". MathPages. Retrieved 2007-12-21.
- ^ Harrison, David M. (2000). "The Development of Quantum Mechanics". University of Toronto. Archived from the original on 25 December 2007. Retrieved 2007-12-21.
- ^ Aston, Francis W. (1920). "The constitution of atmospheric neon". Philosophical Magazine 39 (6): 449–55.
- ^ Chadwick, James (December 12, 1935). "Nobel Lecture: The Neutron and Its Properties". Nobel Foundation. Retrieved 2007-12-21.
- ^ "Otto Hahn, Lise Meitner and Fritz Strassmann". Chemical Achievers: The Human Face of the Chemical Sciences. Chemical Heritage Foundation. Archived from the original on 24 October 2009. Retrieved 2009-09-15.
- ^ Meitner, Lise; Frisch, Otto Robert (1939). "Disintegration of uranium by neutrons: a new type of nuclear reaction". Nature 143 (3615): 239. Bibcode 1939Natur.143..239M. doi:10.1038/143239a0.
- ^ Schroeder, M.. "Lise Meitner – Zur 125. Wiederkehr Ihres Geburtstages" (in German). Retrieved 2009-06-04.
- ^ Crawford, E.; Sime, Ruth Lewin; Walker, Mark (1997). "A Nobel tale of postwar injustice". Physics Today 50 (9): 26–32. Bibcode 1997PhT....50i..26C. doi:10.1063/1.881933.
- ^ Kullander, Sven (August 28, 2001). "Accelerators and Nobel Laureates". Nobel Foundation. Retrieved 2008-01-31.
- ^ "The Nobel Prize in Physics 1990". Nobel Foundation. October 17, 1990. Retrieved 2008-01-31.
- ^ a b Particle Data Group (2002). "The Particle Adventure". Lawrence Berkeley Laboratory. Archived from the original on 4 January 2007. Retrieved 2007-01-03.
- ^ a b Schombert, James (April 18, 2006). "Elementary Particles". University of Oregon. Retrieved 2007-01-03.
- ^ Wenner, Jennifer M. (October 10, 2007). "How Does Radioactive Decay Work?". Carleton College. Retrieved 2008-01-09.
- ^ a b c Raymond, David (April 7, 2006). "Nuclear Binding Energies". New Mexico Tech. Archived from the original on December 11, 2006. Retrieved 2007-01-03.
- ^ Mihos, Chris (July 23, 2002). "Overcoming the Coulomb Barrier". Case Western Reserve University. Retrieved 2008-02-13.
- ^ Staff (March 30, 2007). "ABC's of Nuclear Science". Lawrence Berkeley National Laboratory. Archived from the original on 5 December 2006. Retrieved 2007-01-03.
- ^ Makhijani, Arjun; Saleska, Scott (March 2, 2001). "Basics of Nuclear Physics and Fission". Institute for Energy and Environmental Research. Archived from the original on 16 January 2007. Retrieved 2007-01-03.
- ^ Fewell, M. P. (1995). "The atomic nuclide with the highest mean binding energy". American Journal of Physics 63 (7): 653–658. Bibcode 1995AmJPh..63..653F. doi:10.1119/1.17828.
- ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science 157 (3784): 13–24. Bibcode 1967Sci...157...13M. doi:10.1126/science.157.3784.13. PMID 5338306.
- ^ a b Brucat, Philip J. (2008). "The Quantum Atom". University of Florida. Archived from the original on 7 December 2006. Retrieved 2007-01-04.
- ^ Manthey, David (2001). "Atomic Orbitals". Orbital Central. Archived from the original on 10 January 2008. Retrieved 2008-01-21.
- ^ Herter, Terry (2006). "Lecture 8: The Hydrogen Atom". Cornell University. Retrieved 2008-02-14.
- ^ Bell, R. E.; Elliott, L. G. (1950). "Gamma-Rays from the Reaction H1(n,γ)D2 and the Binding Energy of the Deuteron". Physical Review 79 (2): 282–285. Bibcode 1950PhRv...79..282B. doi:10.1103/PhysRev.79.282.
- ^ Matis, Howard S. (August 9, 2000). "The Isotopes of Hydrogen". Guide to the Nuclear Wall Chart. Lawrence Berkeley National Lab. Archived from the original on 18 December 2007. Retrieved 2007-12-21.
- ^ Weiss, Rick (October 17, 2006). "Scientists Announce Creation of Atomic Element, the Heaviest Yet". Washington Post. Retrieved 2007-12-21.
- ^ Dumé, Belle (April 23, 2003). "Bismuth breaks half-life record for alpha decay". Physics World. Archived from the original on 14 December 2007. Retrieved 2007-12-21.
- ^ Lindsay, Don (July 30, 2000). "Radioactives Missing From The Earth". Don Lindsay Archive. Archived from the original on 28 April 2007. Retrieved 2007-05-23.
- ^ Tuli, Jagdish K. (April 2005). "Nuclear Wallet Cards". National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Retrieved 2011-04-16.
- ^ a b CRC Handbook (2002).
- ^ a b Mills et al. (1993).
- ^ Chieh, Chung (January 22, 2001). "Nuclide Stability". University of Waterloo. Retrieved 2007-01-04.
- ^ "Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements". National Institute of Standards and Technology. Archived from the original on 31 December 2006. Retrieved 2007-01-04.
- ^ Audi, G. (2003). "The Ame2003 atomic mass evaluation (II)". Nuclear Physics A 729 (1): 337–676. Bibcode 2003NuPhA.729..337A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Retrieved 2008-02-07.
- ^ Shannon,
R. D. (1976). "Revised effective ionic radii and systematic studies of
interatomic distances in halides and chalcogenides". Acta Crystallographica A 32 (5): 751. Bibcode 1976AcCrA..32..751S. doi:10.1107/S0567739476001551.
- ^ Dong, Judy (1998). "Diameter of an Atom". The Physics Factbook. Archived from the original on 4 November 2007. Retrieved 2007-11-19.
- ^ Zumdahl (2002).
- ^ Bethe, H. (1929). "Termaufspaltung in Kristallen". Annalen der Physik, 5. Folge 3: 133.
- ^ Birkholz, M.; Rudert, R. (2008). "Interatomic distances in pyrite-structure disulfides – a case for ellipsoidal modeling of sulfur ions". Physica status solidi b 245 (9): 1858. Bibcode 2008PSSBR.245.1858B. doi:10.1002/pssb.200879532.
- ^ Staff (2007). "Small Miracles: Harnessing nanotechnology". Oregon State University. Retrieved 2007-01-07.—describes the width of a human hair as 105 nm and 10 carbon atoms as spanning 1 nm.
- ^ Padilla et al.
(2002:32)—"There are 2,000,000,000,000,000,000,000 (that's
2 sextillion) atoms of oxygen in one drop of water—and twice as many
atoms of hydrogen."
- ^ a b "Radioactivity". Splung.com. Archived from the original on 4 December 2007. Retrieved 2007-12-19.
- ^ Firestone, Richard B. (May 22, 2000). "Radioactive Decay Modes". Berkeley Laboratory. Retrieved 2007-01-07.
- ^ Hornak, J. P. (2006). "Chapter 3: Spin Physics". The Basics of NMR. Rochester Institute of Technology. Archived from the original on 3 February 2007. Retrieved 2007-01-07.
- ^ a b Schroeder, Paul A. (February 25, 2000). "Magnetic Properties". University of Georgia. Archived from the original on 2007-04-29. Retrieved 2007-01-07.
- ^ Goebel, Greg (September 1, 2007). "[4.3] Magnetic Properties of the Atom". Elementary Quantum Physics. In The Public Domain website. Retrieved 2007-01-07.
- ^ Yarris, Lynn (Spring 1997). "Talking Pictures". Berkeley Lab Research Review. Archived from the original on 13 January 2008. Retrieved 2008-01-09.
- ^ Zeghbroeck, Bart J. Van (1998). "Energy levels". Shippensburg University. Archived from the original on January 15, 2005. Retrieved 2007-12-23.
- ^ Fowles (1989:227–233).
- ^ Martin, W. C.; Wiese, W. L. (May 2007). "Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas". National Institute of Standards and Technology. Archived from the original on 8 February 2007. Retrieved 2007-01-08.
- ^ "Atomic Emission Spectra — Origin of Spectral Lines". Avogadro Web Site. Retrieved 2006-08-10.
- ^ Fitzpatrick, Richard (February 16, 2007). "Fine structure". University of Texas at Austin. Retrieved 2008-02-14.
- ^ Weiss, Michael (2001). "The Zeeman Effect". University of California-Riverside. Archived from the original on 2 February 2008. Retrieved 2008-02-06.
- ^ Watkins, Thayer. "Coherence in Stimulated Emission". San José State University. Archived from the original on 12 January 2008. Retrieved 2007-12-23.
- ^ Reusch, William (July 16, 2007). "Virtual Textbook of Organic Chemistry". Michigan State University. Retrieved 2008-01-11.
- ^ "Covalent bonding – Single bonds". chemguide. 2000.
- ^ Husted, Robert; et al (December 11, 2003). "Periodic Table of the Elements". Los Alamos National Laboratory. Archived from the original on 10 January 2008. Retrieved 2008-01-11.
- ^ Baum, Rudy (2003). "It's Elemental: The Periodic Table". Chemical & Engineering News. Retrieved 2008-01-11.
- ^ Brazhkin, Vadim V. (2006). "Metastable phases, phase transformations, and phase diagrams in physics and chemistry". Physics-Uspekhi 49 (7): 719–24. Bibcode 2006PhyU...49..719B. doi:10.1070/PU2006v049n07ABEH006013.
- ^ Staff (October 9, 2001). "Bose-Einstein Condensate: A New Form of Matter". National Institute of Standards and Technology. Archived from the original on 3 January 2008. Retrieved 2008-01-16.
- ^ Colton, Imogen; Fyffe, Jeanette (February 3, 1999). "Super Atoms from Bose-Einstein Condensation". The University of Melbourne. Archived from the original on August 29, 2007. Retrieved 2008-02-06.
- ^ Jacox, Marilyn; Gadzuk, J. William (November 1997). "Scanning Tunneling Microscope". National Institute of Standards and Technology. Archived from the original on 7 January 2008. Retrieved 2008-01-11.
- ^ "The Nobel Prize in Physics 1986". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-01-11.—in particular, see the Nobel lecture by G. Binnig and H. Rohrer.
- ^ Jakubowski, N. (1998). "Sector field mass spectrometers in ICP-MS". Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 53 (13): 1739–63. Bibcode 1998AcSpe..53.1739J. doi:10.1016/S0584-8547(98)00222-5.
- ^ Müller, Erwin W.; Panitz, John A.; McLane, S. Brooks (1968). "The Atom-Probe Field Ion Microscope". Review of Scientific Instruments 39 (1): 83–86. Bibcode 1968RScI...39...83M. doi:10.1063/1.1683116.
- ^ Lochner, Jim; Gibb, Meredith; Newman, Phil (April 30, 2007). "What Do Spectra Tell Us?". NASA/Goddard Space Flight Center. Archived from the original on 16 January 2008. Retrieved 2008-01-03.
- ^ Winter, Mark (2007). "Helium". WebElements. Archived from the original on 30 December 2007. Retrieved 2008-01-03.
- ^ Hinshaw, Gary (February 10, 2006). "What is the Universe Made Of?". NASA/WMAP. Archived from the original on 31 December 2007. Retrieved 2008-01-07.
- ^ Davidsen, Arthur F. (1993). "Far-Ultraviolet Astronomy on the Astro-1 Space Shuttle Mission". Science 259 (5093): 327–34. Bibcode 1993Sci...259..327D. doi:10.1126/science.259.5093.327. PMID 17832344.
- ^ Smith, Nigel (January 6, 2000). "The search for dark matter". Physics World. Archived from the original on 16 February 2008. Retrieved 2008-02-14.
- ^ Croswell, Ken (1991). "Boron,
bumps and the Big Bang: Was matter spread evenly when the Universe
began? Perhaps not; the clues lie in the creation of the lighter
elements such as boron and beryllium". New Scientist (1794): 42. Archived from the original on 7 February 2008. Retrieved 2008-01-14.
- ^ Copi, Craig J.; Schramm, DN; Turner, MS (1995). "Big-Bang Nucleosynthesis and the Baryon Density of the Universe". Science 267 (5195): 192–99. arXiv:astro-ph/9407006. Bibcode 1995Sci...267..192C. doi:10.1126/science.7809624. PMID 7809624.
- ^ Hinshaw, Gary (December 15, 2005). "Tests of the Big Bang: The Light Elements". NASA/WMAP. Archived from the original on 17 January 2008. Retrieved 2008-01-13.
- ^ Abbott, Brian (May 30, 2007). "Microwave (WMAP) All-Sky Survey". Hayden Planetarium. Retrieved 2008-01-13.
- ^ Hoyle, F. (1946). "The synthesis of the elements from hydrogen". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 106: 343–83. Bibcode 1946MNRAS.106..343H.
- ^ Knauth, D. C.; Knauth, D. C.; Lambert, David L.; Crane, P. (2000). "Newly synthesized lithium in the interstellar medium". Nature 405 (6787): 656–58. doi:10.1038/35015028. PMID 10864316.
- ^ Mashnik, Stepan G. (2000). "On Solar System and Cosmic Rays Nucleosynthesis and Spallation Processes". arXiv:astro-ph/0008382 [astro-ph].
- ^ Kansas Geological Survey (May 4, 2005). "Age of the Earth". University of Kansas. Retrieved 2008-01-14.
- ^ Dalrymple, G. Brent (2001). "The age of the Earth in the twentieth century: a problem (mostly) solved". Geological Society, London, Special Publications 190 (1): 205–21. Bibcode 2001GSLSP.190..205D. doi:10.1144/GSL.SP.2001.190.01.14. Retrieved 2008-01-14.
- ^ Anderson, Don L.; Foulger, G. R.; Meibom, Anders (September 2, 2006). "Helium: Fundamental models". MantlePlumes.org. Archived from the original on 8 February 2007. Retrieved 2007-01-14.
- ^ Pennicott, Katie (May 10, 2001). "Carbon clock could show the wrong time". PhysicsWeb. Archived from the original on 15 December 2007. Retrieved 2008-01-14.
- ^ Yarris, Lynn (July 27, 2001). "New Superheavy Elements 118 and 116 Discovered at Berkeley Lab". Berkeley Lab. Archived from the original on 9 January 2008. Retrieved 2008-01-14.
- ^ Diamond, H; et al. (1960). "Heavy Isotope Abundances in Mike Thermonuclear Device". Physical Review 119 (6): 2000–04. Bibcode 1960PhRv..119.2000D. doi:10.1103/PhysRev.119.2000.
- ^ Poston Sr., John W. (March 23, 1998). "Do transuranic elements such as plutonium ever occur naturally?". Scientific American. Retrieved 2008-01-15.
- ^ Keller, C. (1973). "Natural occurrence of lanthanides, actinides, and superheavy elements". Chemiker Zeitung 97 (10): 522–30. OSTI 4353086.
- ^ "Oklo Fossil Reactors". Curtin University of Technology. Archived from the original on 18 December 2007. Retrieved 2008-01-15.
- ^ Weisenberger, Drew. "How many atoms are there in the world?". Jefferson Lab. Retrieved 2008-01-16.
- ^ Pidwirny, Michael. "Fundamentals of Physical Geography". University of British Columbia Okanagan. Archived from the original on 21 January 2008. Retrieved 2008-01-16.
- ^ Anderson, Don L. (2002). "The inner inner core of Earth". Proceedings of the National Academy of Sciences 99 (22): 13966–68. Bibcode 2002PNAS...9913966A. doi:10.1073/pnas.232565899. PMC 137819. PMID 12391308.
- ^ Anonymous (October 2, 2001). "Second postcard from the island of stability". CERN Courier. Archived from the original on 3 February 2008. Retrieved 2008-01-14.
- ^ Jacoby, Mitch (2006). "As-yet-unsynthesized superheavy atom should form a stable diatomic molecule with fluorine". Chemical & Engineering News 84 (10): 19.
- ^ Koppes, Steve (March 1, 1999). "Fermilab Physicists Find New Matter-Antimatter Asymmetry". University of Chicago. Retrieved 2008-01-14.
- ^ Cromie, William J. (August 16, 2001). "A lifetime of trillionths of a second: Scientists explore antimatter". Harvard University Gazette. Retrieved 2008-01-14.
- ^ Hijmans, Tom W. (2002). "Particle physics: Cold antihydrogen". Nature 419 (6906): 439–40. doi:10.1038/419439a. PMID 12368837.
- ^ Staff (October 30, 2002). "Researchers 'look inside' antimatter". BBC News. Retrieved 2008-01-14.
- ^ Barrett, Roger (1990). "The Strange World of the Exotic Atom". New Scientist (1728): 77–115. Archived from the original on 21 December 2007. Retrieved 2008-01-04.
- ^ Indelicato, Paul (2004). "Exotic Atoms". Physica Scripta T112 (1): 20–26. arXiv:physics/0409058. Bibcode 2004PhST..112...20I. doi:10.1238/Physica.Topical.112a00020.
- ^ Ripin, Barrett H. (July 1998). "Recent Experiments on Exotic Atoms". American Physical Society. Retrieved 2008-02-15.
Book references
- L'Annunziata, Michael F. (2003). Handbook of Radioactivity Analysis. Academic Press. ISBN 0-12-436603-1. OCLC 16212955.
- Beyer, H. F.; Shevelko, V. P. (2003). Introduction to the Physics of Highly Charged Ions. CRC Press. ISBN 0-7503-0481-2. OCLC 47150433.
- Choppin, Gregory R.; Liljenzin, Jan-Olov; Rydberg, Jan (2001). Radiochemistry and Nuclear Chemistry. Elsevier. ISBN 0-7506-7463-6. OCLC 162592180.
- Dalton, J. (1808). A New System of Chemical Philosophy, Part 1. London and Manchester: S. Russell.
- Demtröder, Wolfgang (2002). Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic- Molecular- and Quantum Physics (1st ed.). Springer. ISBN 3-540-20631-0. OCLC 181435713.
- Feynman, Richard (1995). Six Easy Pieces. The Penguin Group. ISBN 978-0-14-027666-4. OCLC 40499574.
- Fowles, Grant R. (1989). Introduction to Modern Optics. Courier Dover Publications. ISBN 0-486-65957-7. OCLC 18834711.
- Gangopadhyaya, Mrinalkanti (1981). Indian Atomism: History and Sources. Atlantic Highlands, New Jersey: Humanities Press. ISBN 0-391-02177-X. OCLC 10916778.
- Goodstein, David L. (2002). States of Matter. Courier Dover Publications. ISBN 0-13-843557-X.
- Harrison, Edward Robert (2003). Masks of the Universe: Changing Ideas on the Nature of the Cosmos. Cambridge University Press. ISBN 0-521-77351-2. OCLC 50441595.
- Iannone, A. Pablo (2001). Dictionary of World Philosophy. Routledge. ISBN 0-415-17995-5. OCLC 44541769.
- Jevremovic, Tatjana (2005). Nuclear Principles in Engineering. Springer. ISBN 0-387-23284-2. OCLC 228384008.
- King, Richard (1999). Indian philosophy: an introduction to Hindu and Buddhist thought. Edinburgh University Press. ISBN 0-7486-0954-7.
- Lequeux, James (2005). The Interstellar Medium. Springer. ISBN 3-540-21326-0. OCLC 133157789.
- Levere, Trevor, H. (2001). Transforming Matter – A History of Chemistry for Alchemy to the Buckyball. The Johns Hopkins University Press. ISBN 0-8018-6610-3.
- Liang, Z.-P.; Haacke, E. M. (1999). Webster, J. G.. ed (PDF). Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering: Magnetic Resonance Imaging. vol. 2. John Wiley & Sons. pp. 412–26. ISBN 0-471-13946-7. Retrieved 2008-01-09.
- McEvilley, Thomas (2002). The shape of ancient thought: comparative studies in Greek and Indian philosophies. Allworth Press. ISBN 1-58115-203-5.
- MacGregor, Malcolm H. (1992). The Enigmatic Electron. Oxford University Press. ISBN 0-19-521833-7. OCLC 223372888.
- Manuel, Oliver (2001). Origin of Elements in the Solar System: Implications of Post-1957 Observations. Springer. ISBN 0-306-46562-0. OCLC 228374906.
- Mazo, Robert M. (2002). Brownian Motion: Fluctuations, Dynamics, and Applications. Oxford University Press. ISBN 0-19-851567-7. OCLC 48753074.
- Mills, Ian; Cvitaš, Tomislav; Homann, Klaus; Kallay, Nikola; Kuchitsu, Kozo (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (2nd ed.). Oxford: International Union of Pure and Applied Chemistry, Commission on Physiochemical Symbols Terminology and Units, Blackwell Scientific Publications. ISBN 0-632-03583-8. OCLC 27011505.
- Moran, Bruce T. (2005). Distilling Knowledge: Alchemy, Chemistry, and the Scientific Revolution. Harvard University Press. ISBN 0-674-01495-2.
- Myers, Richard (2003). The Basics of Chemistry. Greenwood Press. ISBN 0-313-31664-3. OCLC 50164580.
- Padilla, Michael J.; Miaoulis, Ioannis; Cyr, Martha (2002). Prentice Hall Science Explorer: Chemical Building Blocks. Upper Saddle River, New Jersey USA: Prentice-Hall, Inc.. ISBN 0-13-054091-9. OCLC 47925884.
- Pais, Abraham (1986). Inward Bound: Of Matter and Forces in the Physical World. New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-851971-0.
- Pauling, Linus (1960). The Nature of the Chemical Bond. Cornell University Press. ISBN 0-8014-0333-2. OCLC 17518275.
- Pfeffer, Jeremy I.; Nir, Shlomo (2000). Modern Physics: An Introductory Text. Imperial College Press. ISBN 1-86094-250-4. OCLC 45900880.
- Ponomarev, Leonid Ivanovich (1993). The Quantum Dice. CRC Press. ISBN 0-7503-0251-8. OCLC 26853108.
- Roscoe, Henry Enfield (1895). John Dalton and the Rise of Modern Chemistry. Century science series. New York: Macmillan. Retrieved 2011-04-03.
- Scerri, Eric R. (2007). The periodic table: its story and its significance. Oxford University Press US. ISBN 0-19-530573-6.
- Shultis, J. Kenneth; Faw, Richard E. (2002). Fundamentals of Nuclear Science and Engineering. CRC Press. ISBN 0-8247-0834-2. OCLC 123346507.
- Siegfried, Robert (2002). From Elements to Atoms: A History of Chemical Composition. DIANE. ISBN 0-87169-924-9. OCLC 186607849.
- Sills, Alan D. (2003). Earth Science the Easy Way. Barron's Educational Series. ISBN 0-7641-2146-4. OCLC 51543743.
- Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. ISBN 0-387-95550-X.
- Teresi, Dick (2003). Lost Discoveries: The Ancient Roots of Modern Science. Simon & Schuster. pp. 213–214. ISBN 0-7432-4379-X.
- Various (2002). Lide, David R.. ed. Handbook of Chemistry & Physics (88th ed.). CRC. ISBN 0-8493-0486-5. OCLC 179976746. Archived from the original on 23 May 2008. Retrieved 2008-05-23.
- Woan, Graham (2000). The Cambridge Handbook of Physics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-57507-9. OCLC 224032426.
- Wurtz, Charles Adolphe (1881). The Atomic Theory. New York: D. Appleton and company. ISBN 0-559-43636-X.
- Zaider, Marco; Rossi, Harald H. (2001). Radiation Science for Physicians and Public Health Workers. Springer. ISBN 0-306-46403-9. OCLC 44110319.
- Zumdahl, Steven S. (2002). Introductory Chemistry: A Foundation (5th ed.). Houghton Mifflin. ISBN 0-618-34342-3. OCLC 173081482. Archived from the original on 4 March 2008. Retrieved 2008-02-05.
antung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya.
| Atom helium |
|
|
| Ilustrasi atom helium yang memperlihatkan inti atom (merah muda) dan distribusi awan elektron
(hitam). Inti atom (kanan atas) berbentuk simetris bulat, walaupun
untuk inti atom yang lebih rumit ia tidaklah selalu demikian. |
| Klasifikasi |
|
|
| Sifat-sifat |
|
|
Atom adalah suatu satuan dasar
materi, yang terdiri atas
inti atom serta awan
elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas
proton yang bermuatan positif, dan
neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti atom
Hidrogen-1, yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh
gaya elektromagnetik. Sekumpulan atom demikian pula dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah
molekul.
Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat
netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang
berbeda bersifat positif atau negatif dan disebut sebagai
ion.
Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton dan neutron yang terdapat
pada inti atom tersebut. Jumlah proton pada atom menentukan
unsur kimia atom tersebut, dan jumlah
neutron menentukan
isotop unsur tersebut.
Istilah atom berasal dari
Bahasa Yunani
(ἄτομος/átomos, α-τεμνω), yang berarti tidak dapat dipotong ataupun
sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen
yang tak dapat dibagi-bagi lagi pertama kali diajukan oleh para filsuf
India dan
Yunani. Pada abad ke-17 dan ke-18, para
kimiawan
meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-zat
tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan
metode-metode kimia. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para
fisikawan
berhasil menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam
atom, membuktikan bahwa 'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi.
Prinsip-prinsip
mekanika kuantum yang digunakan para fisikawan kemudian berhasil memodelkan atom.
[1]
Dalam pengamatan sehari-hari, secara relatif atom dianggap sebuah
objek yang sangat kecil yang memiliki massa yang secara proporsional
kecil pula. Atom hanya dapat dipantau dengan menggunakan peralatan
khusus seperti
mikroskop gaya atom. Lebih dari 99,9% massa atom berpusat pada inti atom,
[catatan 1]
dengan proton dan neutron yang bermassa hampir sama. Setiap unsur
paling tidak memiliki satu isotop dengan inti yang tidak stabil, yang
dapat mengalami
peluruhan radioaktif. Hal ini dapat mengakibatkan
transmutasi, yang mengubah jumlah proton dan neutron pada inti.
[2] Elektron yang terikat pada atom mengandung sejumlah
aras energi, ataupun
orbital, yang stabil dan dapat mengalami transisi di antara aras tersebut dengan menyerap ataupun memancarkan
foton
yang sesuai dengan perbedaan energi antara aras. Elektron pada atom
menentukan sifat-sifat kimiawi sebuah unsur, dan memengaruhi sifat-sifat
magnetis atom tersebut.
Sejarah
Konsep bahwa materi terdiri dari satuan-satuan terpisah yang tidak
dapat dibagi lagi menjadi satuan yang lebih kecil telah ada selama satu
milenium. Namun, pemikiran tersebut masihlah bersifat abstrak dan filosofis, daripada berdasarkan pengamatan
empiris dan
eksperimen.
Secara filosofis, deskripsi sifat-sifat atom bervariasi tergantung pada
budaya dan aliran filosofi tersebut, dan seringkali pula mengandung
unsur-unsur spiritual di dalamnya. Walaupun demikian, pemikiran dasar
mengenai atom dapat diterima oleh para ilmuwan ribuan tahun kemudian,
karena ia secara elegan dapat menjelaskan penemuan-penemuan baru pada
bidang kimia.
[3]
Rujukan paling awal mengenai konsep atom dapat ditilik kembali kepada zaman
India kuno pada tahun 800 sebelum masehi,
[4] yang dijelaskan dalam naskah filsafat
Jainisme sebagai
anu dan
paramanu.
[4][5] Aliran mazhab
Nyaya dan
Vaisesika mengembangkan teori yang menjelaskan bagaimana atom-atom bergabung menjadi benda-benda yang lebih kompleks.
[6] Satu abad kemudian muncul rujukan mengenai atom di dunia Barat oleh
Leukippos, yang kemudian oleh muridnya
Demokritos pandangan tersebut disistematiskan. Kira-kira pada tahun 450 SM, Demokritos menciptakan istilah
átomos (
bahasa Yunani:
ἄτομος),
yang berarti "tidak dapat dipotong" ataupun "tidak dapat dibagi-bagi
lagi". Teori Demokritos mengenai atom bukanlah usaha untuk menjabarkan
suatu fenomena fisis secara rinci, melainkan suatu filosofi yang mencoba
untuk memberikan jawaban atas perubahan-perubahan yang terjadi pada
alam.
[1]
Filosofi serupa juga terjadi di India, namun demikian ilmu pengetahuan
modern memutuskan untuk menggunakan istilah "atom" yang dicetuskan oleh
Demokritos.
[3]
Kemajuan lebih jauh pada pemahaman mengenai atom dimulai dengan berkembangnya ilmu
kimia. Pada tahun 1661,
Robert Boyle mempublikasikan buku
The Sceptical Chymist yang berargumen bahwa materi-materi di dunia ini terdiri dari berbagai kombinasi
"corpuscules",
yaitu atom-atom yang berbeda. Hal ini berbeda dengan pandangan klasik
yang berpendapat bahwa materi terdiri dari unsur-unsur udara, tanah,
api, dan air.
[7] Pada tahun 1789, istilah
element (
unsur) didefinisikan oleh seorang bangsawan dan peneliti Perancis,
Antoine Lavoisier, sebagai bahan dasar yang tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi dengan menggunakan metode-metode kimia.
[8]
Berbagai atom dan molekul yang digambarkan pada buku
John Dalton,
A New System of Chemical Philosophy (1808).
Pada tahun 1803,
John Dalton
menggunakan konsep atom untuk menjelaskan mengapa unsur-unsur selalu
bereaksi dalam perbandingan yang bulat dan tetap, serta mengapa gas-gas
tertentu lebih larut dalam air dibandingkan dengan gas-gas lainnya. Ia
mengajukan pendapat bahwa setiap unsur mengandung atom-atom tunggal
unik, dan atom-atom tersebut selanjutnya dapat bergabung untuk membentuk
senyawa-senyawa kimia.
[9][10]
Teori partikel ini kemudian dikonfirmasikan lebih jauh lagi pada tahun 1827, yaitu ketika
botaniwan Robert Brown menggunakan
mikroskop
untuk mengamati debu-debu yang mengambang di atas air dan menemukan
bahwa debu-debu tersebut bergerak secara acak. Fenomena ini kemudian
dikenal sebagai "
Gerak Brown".
Pada tahun 1877, J. Desaulx mengajukan pendapat bahwa fenomena ini
disebabkan oleh gerak termal molekul air, dan pada tahun 1905
Albert Einstein membuat analisis matematika terhadap gerak ini.
[11][12][13] Fisikawan Perancis
Jean Perrin
kemudian menggunakan hasil kerja Einstein untuk menentukan massa dan
dimensi atom secara eksperimen, yang kemudian dengan pasti menjadi
verifikasi atas teori atom Dalton.
[14]
Berdasarkan hasil penelitiannya terhadap
sinar katode, pada tahun 1897
J. J. Thomson
menemukan elektron dan sifat-sifat subatomiknya. Hal ini meruntuhkan
konsep atom sebagai satuan yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.
[15]
Thomson percaya bahwa elektron-elektron terdistribusi secara merata di
seluruh atom, dan muatan-muatannya diseimbangkan oleh keberadaan lautan
muatan positif (
model puding prem).
Namun pada tahun 1909, para peneliti di bawah arahan
Ernest Rutherford
menembakkan ion helium ke lembaran tipis emas, dan menemukan bahwa
sebagian kecil ion tersebut dipantulkan dengan sudut pantulan yang lebih
tajam dari yang apa yang diprediksikan oleh teori Thomson. Rutherford
kemudian mengajukan pendapat bahwa muatan positif suatu atom dan
kebanyakan massanya terkonsentrasi pada inti atom, dengan elektron yang
mengitari inti atom seperti planet mengitari matahari. Muatan positif
ion helium yang melewati inti padat ini haruslah dipantulkan dengan
sudut pantulan yang lebih tajam. Pada tahun 1913, ketika bereksperimen
dengan hasil proses
peluruhan radioaktif,
Frederick Soddy menemukan bahwa terdapat lebih dari satu jenis atom pada setiap posisi tabel periodik.
[16] Istilah
isotop kemudian diciptakan oleh
Margaret Todd
sebagai nama yang tepat untuk atom-atom yang berbeda namun merupakan
satu unsur yang sama. J.J. Thomson selanjutnya menemukan teknik untuk
memisahkan jenis-jenis atom tersebut melalui hasil kerjanya pada gas
yang terionisasi.
[17]
Sementara itu, pada tahun 1913 fisikawan
Niels Bohr
mengkaji ulang model atom Rutherford dan mengajukan pendapat bahwa
elektron-elektron terletak pada orbit-orbit yang terkuantisasi serta
dapat meloncat dari satu orbit ke orbit lainnya, meskipun demikian tidak
dapat dengan bebas berputar spiral ke dalam maupun keluar dalam keadaan
transisi.
[18]
Suatu elektron haruslah menyerap ataupun memancarkan sejumlah energi
tertentu untuk dapat melakukan transisi antara orbit-orbit yang tetap
ini. Apabila
cahaya dari materi yang dipanaskan memancar melalui prisma, ia menghasilkan suatu
spektrum multiwarna. Penampakan garis-garis spektrum tertentu ini berhasil dijelaskan oleh teori transisi orbital ini.
[19]
Ikatan kimia antar atom kemudian pada tahun 1916 dijelaskan oleh
Gilbert Newton Lewis sebagai interaksi antara elektron-elektron atom tersebut.
[20] Atas adanya keteraturan sifat-sifat kimiawi dalam tabel periode kimia,
[21] kimiawan Amerika
Irving Langmuir
tahun 1919 berpendapat bahwa hal ini dapat dijelaskan apabila
elektron-elektron pada sebuah atom saling berhubungan atau berkumpul
dalam bentuk-bentuk tertentu. Sekelompok elektron diperkirakan menduduki
satu set
kelopak elektron di sekitar inti atom.
Percobaan Stern-Gerlach
pada tahun 1922 memberikan bukti lebih jauh mengenai sifat-sifat
kuantum atom. Ketika seberkas atom perak ditembakkan melalui medan
magnet, berkas tersebut terpisah-pisah sesuai dengan arah momentum sudut
atom (
spin). Oleh karena arah spin adalah acak, berkas ini
diharapkan menyebar menjadi satu garis. Namun pada kenyataannya berkas
ini terbagi menjadi dua bagian, tergantung dari apakah spin atom
tersebut berorientasi ke atas ataupun ke bawah.
[22]
Pada tahun 1926, dengan menggunakan pemikiran
Louis de Broglie
bahwa partikel berperilaku seperti gelombang, Erwin Schrödinger
mengembangkan suatu model atom matematis yang menggambarkan elektron
sebagai
gelombang
tiga dimensi daripada sebagai titik-titik partikel. Konsekuensi
penggunaan bentuk gelombang untuk menjelaskan elektron ini adalah bahwa
adalah tidak mungkin untuk secara matematis menghitung
posisi dan
momentum partikel secara bersamaan. Hal ini kemudian dikenal sebagai
prinsip ketidakpastian, yang dirumuskan oleh
Werner Heisenberg
pada 1926. Menurut konsep ini, untuk setiap pengukuran suatu posisi,
seseorang hanya bisa mendapatkan kisaran nilai-nilai probabilitas
momentum, demikian pula sebaliknya. Walaupun model ini sulit untuk
divisualisasikan, ia dapat dengan baik menjelaskan sifat-sifat atom yang
terpantau yang sebelumnya tidak dapat dijelaskan oleh teori mana pun.
Oleh sebab itu, model atom yang menggambarkan elektron mengitari inti
atom seperti planet mengitari matahari digugurkan dan digantikan oleh
model
orbital atom di sekitar inti di mana elektron paling berkemungkinan berada.
[23][24]
Diagram skema spetrometer massa sederhana.
Perkembangan pada
spektrometri massa
mengijinkan dilakukannya pengukuran massa atom secara tepat. Peralatan
spektrometer ini menggunakan magnet untuk membelokkan trayektori berkas
ion, dan banyaknya defleksi ditentukan dengan rasio massa atom terhadap
muatannya. Kimiawan
Francis William Aston
menggunakan peralatan ini untuk menunjukkan bahwa isotop mempunyai
massa yang berbeda. Perbedaan massa antar isotop ini berupa bilangan
bulat, dan ia disebut sebagai
kaidah bilangan bulat.
[25] Penjelasan pada perbedaan massa isotop ini berhasil dipecahkan setelah ditemukannya
neutron, suatu partikel bermuatan netral dengan massa yang hampir sama dengan
proton, yaitu oleh
James Chadwick
pada tahun 1932. Isotop kemudian dijelaskan sebagai unsur dengan jumlah
proton yang sama, namun memiliki jumlah neutron yang berbeda dalam inti
atom.
[26]
Pada tahun 1950-an, perkembangan
pemercepat partikel dan
detektor partikel mengijinkan para ilmuwan mempelajari dampak-dampak dari atom yang bergerak dengan energi yang tinggi.
[27] Neutron dan proton kemudian diketahui sebagai
hadron, yaitu komposit partikel-partikel kecil yang disebut sebagai
kuark.
Model-model standar fisika nuklir kemudian dikembangkan untuk
menjelaskan sifat-sifat inti atom dalam hal interaksi partikel subatom
ini.
[28]
Sekitar tahun 1985,
Steven Chu dkk. di
Bell Labs mengembangkan sebuah teknik untuk menurunkan temperatur atom menggunakan
laser. Pada tahun yang sama, sekelompok ilmuwan yang diketuai oleh
William D. Phillips berhasil memerangkap atom natrium dalam
perangkap magnet.
Claude Cohen-Tannoudji kemudian menggabungkan kedua teknik tersebut untuk mendinginkan sejumlah kecil atom sampai beberapa
mikrokelvin.
Hal ini mengijinkan ilmuwan mempelajari atom dengan presisi yang sangat
tinggi, yang pada akhirnya membawa para ilmuwan menemukan
kondensasi Bose-Einstein.
[29]
Dalam sejarahnya, sebuah atom tunggal sangatlah kecil untuk digunakan
dalam aplikasi ilmiah. Namun baru-baru ini, berbagai peranti yang
menggunakan sebuah atom tunggal logam yang dihubungkan dengan
ligan-ligan organik (
transistor elektron tunggal) telah dibuat.
[30] Berbagai penelitian telah dilakukan untuk memerangkap dan memperlambat laju atom menggunakan
pendinginan laser untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik mengenai sifat-sifat atom.
[31]
Komponen-komponen atom
Partikel subatom
Walaupun awalnya kata
atom berarti suatu partikel yang tidak
dapat dipotong-potong lagi menjadi partikel yang lebih kecil, dalam
terminologi ilmu pengetahuan modern, atom tersusun atas berbagai
partikel subatom. Partikel-partikel penyusun atom ini adalah
elektron,
proton, dan
neutron. Namun
hidrogen-1 tidak mempunyai neutron. Demikian pula halnya pada
ion hidrogen positif H
+.
Dari kesemua partikel subatom ini, elektron adalah yang paling ringan, dengan massa elektron sebesar 9,11 × 10
−31 kg
dan mempunyai muatan negatif. Ukuran elektron sangatlah kecil
sedemikiannya tiada teknik pengukuran yang dapat digunakan untuk
mengukur ukurannya.
[32] Proton memiliki muatan positif dan massa 1.836 kali lebih berat daripada elektron (1,6726 × 10
−27 kg). Neutron tidak bermuatan listrik dan bermassa bebas 1.839 kali massa elektron
[33] atau (1,6929 × 10
−27 kg).
Dalam model standar fisika, baik proton dan neutron terdiri dari
partikel elementer yang disebut
kuark. Kuark termasuk kedalam golongan partikel
fermion dan merupakan salah satu dari dua bahan penyusun materi dasar (yang lainnya adalah
lepton).
Terdapat enam jenis kuark dan tiap-tiap kuark tersebut memiliki muatan
listri fraksional sebesar +2/3 ataupun −1/3. Proton terdiri dari dua
kuark naik dan satu
kuark turun,
manakala neutron terdiri dari satu kuark naik dan dua kuark turun.
Perbedaan komposisi kuark ini memengaruhi perbedaan massa dan muatan
antara dua partikel tersebut. Kuark terikat bersama oleh
gaya nuklir kuat yang diperantarai oleh
gluon. Gluon adalah anggota dari
boson tolok yang merupakan perantara gaya-gaya fisika.
[34][35]
Inti atom
Artikel utama untuk bagian ini adalah:
Inti atom
Energi pengikatan yang diperlukan oleh nukleon untuk lolos dari inti pada berbagai isotop.
Inti atom terdiri atas proton dan neutron yang terikat bersama pada
pusat atom. Secara kolektif, proton dan neutron tersebut disebut sebagai
nukleon (partikel penyusun inti). Diameter inti atom berkisar antara 10
-15 hingga 10
-14m.
[36] Jari-jari inti diperkirakan sama dengan
![\begin{smallmatrix}1,07 \sqrt[3]{A}\end{smallmatrix}](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_v7AT8EvNuXfJR6vE9xJTeU4EHosdwftMv4iwDRsox5E5YijnE5qkM9qrtf7oW_kD7I8usjG3cdyLCaztfn8NQggo-i1XLyzxVPcm-ppaQFXSrxuv_cgSOQ-GVdwI6iruVr0QmK0WmvhUvQLbhYmg=s0-d)
fm, dengan
A adalah jumlah nukleon.
[37]
Hal ini sangatlah kecil dibandingkan dengan jari-jari atom.
Nukleon-nukleon tersebut terikat bersama oleh gaya tarik-menarik
potensial yang disebut
gaya kuat residual. Pada jarak lebih kecil daripada 2,5 fm, gaya ini lebih kuat daripada
gaya elektrostatik yang menyebabkan proton saling tolak menolak.
[38]
Atom dari
unsur kimia yang sama memiliki jumlah proton yang sama, disebut
nomor atom. Suatu unsur dapat memiliki jumlah neutron yang bervariasi. Variasi ini disebut sebagai
isotop. Jumlah proton dan neutron suatu atom akan menentukan
nuklida
atom tersebut, sedangkan jumlah neutron relatif terhadap jumlah proton
akan menentukan stabilitas inti atom, dengan isotop unsur tertentu akan
menjalankan
peluruhan radioaktif.
[39]
Neutron dan proton adalah dua jenis
fermion yang berbeda.
Asas pengecualian Pauli melarang adanya keberadaan fermion yang
identik
(seperti misalnya proton berganda) menduduki suatu keadaan fisik
kuantum yang sama pada waktu yang sama. Oleh karena itu, setiap proton
dalam inti atom harusnya menduduki keadaan kuantum yang berbeda dengan
aras energinya masing-masing. Asas Pauli ini juga berlaku untuk neutron.
Pelarangan ini tidak berlaku bagi proton dan neutron yang menduduki
keadaan kuantum yang sama.
[40]
Untuk atom dengan nomor atom yang rendah, inti atom yang memiliki
jumlah proton lebih banyak daripada neutron berpotensi jatuh ke keadaan
energi yang lebih rendah melalui peluruhan radioaktif yang menyebabkan
jumlah proton dan neutron seimbang. Oleh karena itu, atom dengan jumlah
proton dan neutron yang berimbang lebih stabil dan cenderung tidak
meluruh. Namun, dengan meningkatnya nomor atom, gaya tolak-menolak antar
proton membuat inti atom memerlukan proporsi neutron yang lebih tinggi
lagi untuk menjaga stabilitasnya. Pada inti yang paling berat, rasio
neutron per proton yang diperlukan untuk menjaga stabilitasnya akan
meningkat menjadi 1,5.
[40]
Gambaran proses fusi nuklir yang menghasilkan inti deuterium (terdiri dari satu proton dan satu neutron). Satu
positron (e
+) dipancarkan bersamaan dengan
neutrino elektron.
Jumlah proton dan neutron pada inti atom dapat diubah, walaupun hal
ini memerlukan energi yang sangat tinggi oleh karena gaya atraksinya
yang kuat.
Fusi nuklir
terjadi ketika banyak partikel atom bergabung membentuk inti yang lebih
berat. Sebagai contoh, pada inti Matahari, proton memerlukan energi
sekitar 3–10 keV untuk mengatasi gaya tolak-menolak antar sesamanya dan
bergabung menjadi satu inti.
[41] Fisi nuklir
merupakan kebalikan dari proses fusi. Pada fisi nuklir, inti dipecah
menjadi dua inti yang lebih kecil. Hal ini biasanya terjadi melalui
peluruhan radioaktif. Inti atom juga dapat diubah melalui penembakan
partikel subatom berenergi tinggi. Apabila hal ini mengubah jumlah
proton dalam inti, atom tersebut akan berubah unsurnya.
[42][43]
Jika massa inti setelah terjadinya reaksi fusi lebih kecil daripada
jumlah massa partikel awal penyusunnya, maka perbedaan ini disebabkan
oleh pelepasan pancaran energi (misalnya
sinar gamma), sebagaimana yang ditemukan pada rumus
kesetaraan massa-energi Einstein,
E =
mc2, dengan
m adalah massa yang hilang dan
c adalah
kecepatan cahaya. Defisit ini merupakan bagian dari
energi pengikatan inti yang baru.
[44]
Fusi dua inti yang menghasilkan inti yang lebih besar dengan nomor atom lebih rendah daripada
besi dan
nikel (jumlah total nukleon sama dengan 60) biasanya bersifat
eksotermik, yang berarti bahwa proses ini melepaskan energi.
[45] Adalah proses pelepasan energi inilah yang membuat fusi nuklir pada
bintang dapat dipertahankan. Untuk inti yang lebih berat, energi pengikatan per
nukleon dalam inti mulai menurun. Ini berarti bahwa proses fusi akan bersifat
endotermik.
[40]
Awan elektron
Sumur potensial yang menunjukkan energi minimum
V(
x) yang diperlukan untuk mencapai tiap-tiap posisi
x. Suatu partikel dengan energi
E dibatasi pada kisaran posisi antara
x1 dan
x2.
Elektron dalam suatu atom ditarik oleh proton dalam inti atom melalui
gaya elektromagnetik.
Gaya ini mengikat elektron dalam sumur potensi elektrostatik di sekitar
inti. Hal ini berarti bahwa energi luar diperlukan agar elektron dapat
lolos dari atom. Semakin dekat suatu elektron dalam inti, semakin besar
gaya atraksinya, sehingga elektron yang berada dekat dengan pusat sumur
potensi memerlukan energi yang lebih besar untuk lolos.
Elektron, sama seperti partikel lainnya, memiliki sifat seperti
partikel maupun seperti gelombang (dualisme gelombang-partikel). Awan
elektron adalah suatu daerah dalam sumur potensi di mana tiap-tiap
elektron menghasilkan sejenis gelombang diam (yaitu gelombang yang tidak
bergerak relatif terhadap inti) tiga dimensi. Perilaku ini ditentukan
oleh
orbital atom,
yakni suatu fungsi matematika yang menghitung probabilitas suatu
elektron akan muncul pada suatu lokasi tertentu ketika posisinya diukur.
[46]
Hanya akan ada satu himpunan orbital tertentu yang berada disekitar
inti, karena pola-pola gelombang lainnya akan dengan cepat meluruh
menjadi bentuk yang lebih stabil.
[47]
Fungsi gelombang dari lima orbital atom pertama. Tiga orbital 2p memperlihatkan satu biidang simpul.
Tiap-tiap orbital atom berkoresponden terhadap
aras energi elektron tertentu. Elektron dapat berubah keadaannya ke aras energi yang lebih tinggi dengan menyerap sebuah
foton.
Selain dapat naik menuju aras energi yang lebih tinggi, suatu elektron
dapat pula turun ke keadaan energi yang lebih rendah dengan memancarkan
energi yang berlebih sebagai foton.
[47]
Energi yang diperlukan untuk melepaskan ataupun menambah satu
elektron (energi pengikatan elektron) adalah lebih kecil daripada energi
pengikatan nukleon. Sebagai contohnya, hanya diperlukan 13,6 eV untuk
melepaskan elektron dari atom hidrogen.
[48] Bandingkan dengan energi sebesar 2,3 MeV yang diperlukan untuk memecah inti
deuterium.
[49]
Atom bermuatan listrik netral oleh karena jumlah proton dan elektronnya
yang sama. Atom yang kekurangan ataupun kelebihan elektron disebut
sebagai
ion.
Elektron yang terletak paling luar dari inti dapat ditransfer ataupun
dibagi ke atom terdekat lainnya. Dengan cara inilah, atom dapat saling
berikatan membentuk
molekul.
[50]
Sifat-sifat
Sifat-sifat nuklir
Berdasarkan definisi, dua atom dengan jumlah
proton yang identik dalam intinya termasuk ke dalam
unsur kimia yang sama. Atom dengan jumlah proton sama namun dengan jumlah
neutron
berbeda adalah dua isotop berbeda dari satu unsur yang sama. Sebagai
contohnya, semua hidrogen memiliki satu proton, namun terdapat satu
isotop hidrogen yang tidak memiliki neutron (
hidrogen-1), satu isotop yang memiliki satu neutron (
deuterium), dua neutron (
tritium), dll. Hidrogen-1 adalah bentuk isotop hidrogen yang paling umum. Kadang-kadang ia disebut sebagai protium.
[51] Semua isotop unsur yang bernomor atom lebih besar daripada 82 bersifat radioaktif.
[52][53]
Dari sekitar 339 nuklida yang terbentuk secara alami di
Bumi, 269 di antaranya belum pernah terpantau meluruh.
[54] Pada unsur kimia, 80 dari unsur yang diketahui memiliki satu atau lebih
isotop stabil. Unsur
43,
63, dan semua unsur lebih tinggi dari
83
tidak memiliki isotop stabil. Dua puluh tujuh unsur hanya memiliki satu
isotop stabil, manakala jumlah isotop stabil yang paling banyak
terpantau pada unsur
timah dengan 10 jenis isotop stabil.
[55]
Massa
Karena mayoritas massa atom berasal dari proton dan neutron, jumlah keseluruhan partikel ini dalam atom disebut sebagai
nomor massa. Massa atom pada keadaan diam sering diekspresikan menggunakan
satuan massa atom (u) yang juga disebut dalton (Da). Satuan ini didefinisikan sebagai seperduabelas massa atom
karbon-12 netral, yang kira-kira sebesar 1,66 × 10
−27 kg.
[56] Hidrogen-1 yang merupakan isotop teringan hidrogen memiliki bobot atom 1,007825 u.
[57] Atom memiliki massa yang kira-kira sama dengan nomor massanya dikalikan satuan massa atom.
[58] Atom stabil yang paling berat adalah timbal-208,
[52] dengan massa sebesar 207,9766521 u.
[59]
Para kimiawan biasanya menggunakan satuan
mol
untuk menyatakan jumlah atom. Satu mol didefinisikan sebagai jumlah
atom yang terdapat pada 12 gram persis karbon-12. Jumlah ini adalah
sekitar 6,022 × 10
23, yang dikenal pula dengan nama
tetapan Avogadro. Dengan demikian suatu unsur dengan massa atom 1 u akan memiliki satu mol atom yang bermassa 0,001 kg. Sebagai contohnya,
Karbon memiliki massa atom 12 u, sehingga satu mol karbon atom memiliki massa 0,012 kg.
[56]
Ukuran
Atom tidak memiliki batasan luar yang jelas, sehingga dimensi atom
biasanya dideskripsikan sebagai jarak antara dua inti atom ketika dua
atom bergabung bersama dalam
ikatan kimia. Jari-jari ini bervariasi tergantung pada jenis atom, jenis ikatan yang terlibat, jumlah atom di sekitarnya, dan spin atom.
[60] Pada
tabel periodik
unsur-unsur, jari-jari atom akan cenderung meningkat seiring dengan
meningkatnya periode (atas ke bawah). Sebaliknya jari-jari atom akan
cenderung meningkat seiring dengan menurunnya nomor golongan (kanan ke
kiri).
[61] Oleh karena itu, atom yang terkecil adalah helium dengan jari-jari 32
pm, manakala yang terbesar adalah
sesium dengan jari-jari 225 pm.
[62] Dimensi ini ribuan kali lebih kecil daripada gelombang
cahaya (400–700
nm), sehingga atom tidak dapat dilihat menggunakan mikroskop optik biasa. Namun, atom dapat dipantau menggunakan
mikroskop gaya atom.
Ukuran atom sangatlah kecil, sedemikian kecilnya lebar satu helai rambut dapat menampung sekitar 1 juta atom karbon.
[63] Satu tetes air pula mengandung sekitar 2 × 10
21 atom oksigen.
[64] Intan satu karat dengan massa 2 × 10
-4 kg mengandung sekitar 10
22 atom karbon.
[catatan 2]
Jika sebuah apel diperbesar sampai seukuran besarnya Bumi, maka atom
dalam apel tersebut akan terlihat sebesar ukuran apel awal tersebut.
[65]
Peluruhan radioaktif
Diagram ini menunjukkan waktu paruh (T
½) beberapa isotop dengan jumlah proton Z dan jumlah proton N (dalam satuan detik).
Setiap unsur mempunyai satu atau lebih isotop berinti tak stabil yang
akan mengalami peluruhan radioaktif, menyebabkan inti melepaskan
partikel ataupun radiasi elektromagnetik. Radioaktivitas dapat terjadi
ketika jari-jari inti sangat besar dibandingkan dengan jari-jari gaya
kuat (hanya bekerja pada jarak sekitar 1 fm).
[66]
Bentuk-bentuk peluruhan radioaktif yang paling umum adalah:
[67][68]
- Peluruhan alfa,
terjadi ketika suatu inti memancarkan partikel alfa (inti helium yang
terdiri dari dua proton dan dua neutron). Hasil peluruhan ini adalah
unsur baru dengan nomor atom yang lebih kecil.
- Peluruhan beta, diatur oleh gaya lemah,
dan dihasilkan oleh transformasi neutron menjadi proton, ataupun proton
menjadi neutron. Transformasi neutron menjadi proton akan diikuti oleh
emisi satu elektron dan satu antineutrino, manakala transformasi proton menjadi neutron diikuti oleh emisi satu positron dan satu neutrino.
Emisi elektron ataupun emisi positron disebut sebagai partikel beta.
Peluruhan beta dapat meningkatkan maupun menurunkan nomor atom inti
sebesar satu.
- Peluruhan gama,
dihasilkan oleh perubahan pada aras energi inti ke keadaan yang lebih
rendah, menyebabkan emisi radiasi elektromagnetik. Hal ini dapat terjadi
setelah emisi partikel alfa ataupun beta dari peluruhan radioaktif.
Jenis-jenis
peluruhan radioaktif lainnya yang lebih jarang meliputi pelepasan neutron dan proton dari inti, emisi lebih dari satu
partikel beta,
ataupun peluruhan yang mengakibatkan produksi elektron berkecepatan
tinggi yang bukan sinar beta, dan produksi foton berenergi tinggi yang
bukan sinar gama
Tiap-tiap isotop radioaktif mempunyai karakteristik periode waktu peluruhan (
waktu paruh)
yang merupakan lamanya waktu yang diperlukan oleh setengah jumlah
sampel untuk meluruh habis. Proses peluruhan bersifat eksponensial,
sehingga setelah dua waktu paruh, hanya akan tersisa 25% isotop.
[66]
Momen magnetik
Setiap partikel elementer mempunyai sifat mekanika kuantum intrinsik yang dikenal dengan nama
spin. Spin beranalogi dengan
momentum sudut suatu objek yang berputar pada
pusat massanya, walaupun secara kaku partikel tidaklah berperilaku seperti ini. Spin diukur dalam satuan
tetapan Planck
tereduksi (ħ), dengan elektron, proton, dan neutron semuanya memiliki
spin ½ ħ, atau "spin-½". Dalam atom, elektron yang bergerak di sekitar
inti atom selain memiliki
spin juga memiliki
momentum sudut orbital, manakala inti atom memiliki momentum sudut pula oleh karena spin nuklirnya sendiri.
[69]
Medan magnet yang dihasilkan oleh suatu atom (disebut
momen magnetik)
ditentukan oleh kombinasi berbagai macam momentum sudut ini. Namun,
kontribusi yang terbesar tetap berasal dari spin. Oleh karena elektron
mematuhi
asas pengecualian Pauli, yakni tiada dua elektron yang dapat ditemukan pada
keadaan kuantum
yang sama, pasangan elektron yang terikat satu sama lainnya memiliki
spin yang berlawanan, dengan satu berspin naik, dan yang satunya lagi
berspin turun. Kedua spin yang berlawanan ini akan saling menetralkan,
sehingga momen dipol magnetik totalnya menjadi nol pada beberapa atom
berjumlah elektron genap.
[70]
Pada atom berelektron ganjil seperti
besi, adanya keberadaan elektron yang tak berpasangan menyebabkan atom tersebut bersifat
feromagnetik.
Orbital-orbital atom di sekeliling atom tersebut saling bertumpang
tindih dan penurunan keadaan energi dicapai ketika spin elektron yang
tak berpasangan tersusun saling berjajar. Proses ini disebut sebagai
interaksi pertukaran.
Ketika momen magnetik atom feromagnetik tersusun berjajaran, bahan yang
tersusun oleh atom ini dapat menghasilkan medan makroskopis yang dapat
dideteksi. Bahan-bahan yang bersifat
paramagnetik
memiliki atom dengan momen magnetik yang tersusun acak, sehingga tiada
medan magnet yang dihasilkan. Namun, momen magnetik tiap-tiap atom
individu tersebut akan tersusun berjajar ketika diberikan medan magnet.
[70][71]
Inti atom juga dapat memiliki spin. Biasanya spin inti tersusun secara acak oleh karena
kesetimbangan termal. Namun, untuk unsur-unsur tertentu (seperti
xenon-129),
adalah mungkin untuk memolarisasi keadaan spin nuklir secara signifikan
sehingga spin-spin tersebut tersusun berjajar dengan arah yang sama.
Kondisi ini disebut sebagai hiperpolarisasi. Fenomena ini memiliki
aplikasi yang penting dalam
pencitraan resonansi magnetik.
[72][73]
Aras-aras energi
Ketika suatu elektron terikat pada sebuah atom, ia memiliki
energi potensial
yang berbanding terbalik terhadap jarak elektron terhadap inti. Hal ini
diukur oleh besarnya energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron
dari atom dan biasanya diekspresikan dengan satuan
elektronvolt
(eV). Dalam model mekanika kuantum, elektron-elektron yang terikat
hanya dapat menduduki satu set keadaan yang berpusat pada inti, dan
tiap-tiap keadaan berkorespondensi terhadap aras energi tertentu.
Keadaan energi terendah suatu elektron yang terikat disebut sebagai
keadaan dasar, manakala keadaan energi yang lebih tinggi disebut sebagai
keadaan tereksitasi.
[74]
Agar suatu elektron dapat meloncat dari satu keadaan ke keadaan lainnya, ia haruslah menyerap ataupun memancarkan
foton
pada energi yang sesuai dengan perbedaan energi potensial antar dua
aras tersebut. Energi foton yang dipancarkan adalah sebanding dengan
frekuensinya.
[75]
Tiap-tiap unsur memiliki spektrum karakteristiknya masing-masing. Hal
ini bergantung pada muatan inti, subkelopak yang terisi dengan elektron,
interaksi elektromagnetik antar elektron, dan faktor-faktor lainnya.
[76]
Contoh garis absorpsi spektrum.
Ketika suatu spektrum energi yang berkelanjutan dipancarkan melalui
suatu gas ataupun plasma, beberapa foton diserap oleh atom, menyebabkan
elektron berpindah aras energi. Elektron yang tereksitasi akan secara
spontan memancarkan energi ini sebagai foton dan jatuh kembali ke aras
energi yang lebih rendah. Oleh karena itu, atom berperilaku seperti
bahan penyaring yang akan membentuk sederetan
pita absorpsi. Pengukuran
spektroskopi terhadap kekuatan dan lebar
pita spektrum mengijinkan penentuan komposisi dan sifat-sifat fisika suatu zat.
[77]
Pemantauan cermat pada garis-garis spektrum menunjukkan bahwa
beberapa memperlihatkan adanya pemisahan halus. Hal ini terjadi karena
kopling spin-orbit yang merupakan interaksi antara spin dengan gerak elektron terluar.
[78]
Ketika suatu atom berada dalam medan magnet eksternal, garis-garis
spektrum terpisah menjadi tiga atau lebih komponen. Hal ini disebut
sebagai
efek Zeeman.
Efek Zeeman disebabkan oleh interaksi medan magnet dengan momen
magnetik atom dan elektronnya. Beberapa atom dapat memiliki banyak
konfigurasi elektron
dengan aras energi yang sama, sehingga akan tampak sebagai satu garis
spektrum. Interaksi medan magnet dengan atom akan menggeser
konfigurasi-konfigurasi elektron menuju aras energi yang sedikit
berbeda, menyebabkan garis spektrum berganda.
[79] Keberadaan
medan listrik
eksternal dapat menyebabkan pemisahan dan pergeseran garis spektrum
dengan mengubah aras energi elektron. Fenomena ini disebut sebagai
efek Stark.
[80]
Valensi dan perilaku ikatan
Kelopak atau kulit elektron terluar suatu atom dalam keadaan yang tak
terkombinasi disebut sebagai kelopak valensi dan elektron dalam kelopak
tersebut disebut
elektron valensi. Jumlah elektron valensi menentukan perilaku
ikatan
atom tersebut dengan atom lainnya. Atom cenderung bereaksi dengan satu
sama lainnya melalui pengisian (ataupun pengosongan) elektron valensi
terluar atom.
[81] Ikatan kimia dapat dilihat sebagai transfer elektron dari satu atom ke atom lainnya, seperti yang terpantau pada
natrium klorida
dan garam-garam ionik lainnya. Namun, banyak pula unsur yang
menunjukkan perilaku valensi berganda, atau kecenderungan membagi
elektron dengan jumlah yang berbeda pada senyawa yang berbeda. Sehingga,
ikatan kimia antara unsur-unsur ini cenderung berupa pembagian elektron daripada transfer elektron. Contohnya meliputi unsur karbon dalam
senyawa organik.
[82]
Unsur-unsur kimia sering ditampilkan dalam
tabel periodik
yang menampilkan sifat-sifat kimia suatu unsur yang berpola.
Unsur-unsur dengan jumlah elektron valensi yang sama dikelompokkan
secara vertikel (disebut golongan). Unsur-unsur pada bagian terkanan
tabel memiliki kelopak terluarnya terisi penuh, menyebabkan unsur-unsur
tersebut cenderung bersifat inert (
gas mulia).
[83][84]
Keadaan
Sejumlah atom ditemukan dalam keadaan materi yang berbeda-beda tergantung pada kondisi fisik benda, yakni
suhu dan
tekanan. Dengan mengubah kondisi tersebut, materi dapat berubah-ubah menjadi bentuk
padat,
cair,
gas, dan
plasma.
[85]
Dalam tiap-tiap keadaan tersebut pula materi dapat memiliki berbagai
fase. Sebagai contohnya pada karbon padat, ia dapat berupa
grafit maupun
intan.
[86]
Pada suhu mendekati
nol mutlak, atom dapat membentuk
kondensat Bose-Einstein, di mana efek-efek mekanika kuantum yang biasanya hanya terpantau pada skala atom terpantau secara makroskopis.
[87][88] Kumpulan atom-atom yang di
lewat-dinginkan ini berperilaku seperti satu
atom super.
[89]
Identifikasi
Mikroskop penerowongan payaran (
scanning tunneling microscope) adalah suatu mikroskop yang digunakan untuk melihat permukaan suatu benda pada tingkat atom. Alat ini menggunakan fenomena
penerowongan kuantum yang mengijinkan partikel-partikel menembus sawar yang biasanya tidak dapat dilewati.
Sebuah atom dapat di
ionisasi dengan melepaskan satu elektronnya.
Muatan yang ada menyebabkan trayektori atom melengkung ketika ia melalui sebuah
medan magnet. Jari-jari trayektori ion tersebut ditentukan oleh massa atom.
Spektrometer massa
menggunakan prinsip ini untuk menghitung rasio massa terhadap muatan
ion. Apabila sampel tersebut mengandung sejumlah isotop, spektrometer
massa dapat menentukan proporsi tiap-tiap isotop dengan mengukur
intensitas berkas ion yang berbeda. Teknik untuk menguapkan atom
meliputi
spektroskopi emisi atomik plasma gandeng induktif (
inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy) dan
spektrometri massa plasma gandeng induktif (
inductively coupled plasma mass spectrometry), keduanya menggunakan plasma untuk menguapkan sampel analisis.
[90]
Metode lainnya yang lebih selektif adalah
spektroskopi pelepasan energi elektron (
electron energy loss spectroscopy), yang mengukur pelepasan energi
berkas elektron dalam suatu
mikroskop elektron transmisi
ketika ia berinteraksi dengan sampel. Tomografi kuar atom memiliki
resolusi sub-nanometer dalam 3-D dan dapat secara kimiawi
mengidentifikasi atom-atom individu menggunakan
spektrometri massa waktu lintas.
[91]
Spektrum
keadaan tereksitasi dapat digunakan untuk menganalisa komposisi atom
bintang
yang jauh. Panjang gelombang cahaya tertentu yang dipancarkan oleh
bintang dapat dipisahkan dan dicocokkan dengan transisi terkuantisasi
atom gas bebas. Warna bintang kemudian dapat direplikasi menggunakan
lampu lucutan gas yang mengandung unsur yang sama.
[92] Helium pada Matahari ditemukan dengan menggunakan cara ini 23 tahun sebelum ia ditemukan di Bumi.
[93]
Asal usul dan kondisi sekarang
Atom menduduki sekitar 4% densitas energi total yang ada dalam
alam semesta terpantau, dengan densitas rata-rata sekitar 0,25 atom/m
3.
[94] Dalam galaksi
Bima Sakti, atom memiliki konsentrasi yang lebih tinggi, dengan densitas materi dalam
medium antarbintang berkisar antara 10
5 sampai dengan 10
9 atom/m
3.
[95] Matahari sendiri dipercayai berada dalam
Gelembung Lokal, yaitu suatu daerah yang mengandung banyak gas ion, sehingga densitas di sekelilingnya adalah sekitar 10
3 atom/m
3.
[96]
Bintang membentuk awan-awan padat dalam medium antarbintang, dan proses
evolusioner bintang akan menyebabkan peningkatan kandungan unsur yang
lebih berat daripada hidrogen dan helium dalam medium antarbintang.
Sampai dengan 95% atom Bima Sakti terkonsentrasi dalam bintang-bintang,
dan massa total atom ini membentuk sekitar 10% massa galaksi.
[97] Massa sisanya adalah
materi gelap yang tidak diketahui dengan jelas.
[98]
Nukleosintesis
Proton dan elektron yang stabil muncul satu detik setelah kejadian
Dentuman Besar. Dalam masa waktu tiga menit sesudahnya,
nukleosintesis Dentuman Besar kebanyakan menghasilkan
helium,
litium, dan
deuterium, dan mungkin juga beberapa
berilium dan
boron.
[99][100][101]
Atom pertama (dengan elektron yang terikat dengannya) secara teoritis
tercipta 380.000 tahun sesudah Dentuman Besar, yaitu ketika alam semesta
yang mengembang cukup dingin untuk mengijinkan elektron-elektron
terikat pada inti atom.
[102] Sejak saat itulah, inti atom mulai bergabung dalam
bintang-bintang melalui proses
fusi nuklir dan menghasilkan unsur-unsur yang lebih berat sampai dengan besi.
[103]
Isotop seperti litium-6 dihasilkan di ruang angkasa melalui
spalasi sinar kosmis.
[104]
Hal ini terjadi ketika sebuah proton berenergi tinggi menumbuk inti
atom, menyebabkan sejumlah besar nukleon berhamburan. Unsur yang lebih
berat daripada besi dihasilkan di
supernova melalui
proses r dan di
bintang-bintang AGB melalui
proses s. Kedua-duanya melibatkan penangkapan neutron oleh inti atom.
[105] Unsur-unsur seperti
timbal kebanyakan dibentuk melalui peluruhan radioaktif unsur-unsur lain yang lebih berat.
[106]
Bumi
Kebanyakan atom yang menyusun
Bumi dan termasuk pula seluruh makhluk hidupnya pernah berada dalam bentuk yang sekarang di
nebula yang runtuh dari
awan molekul dan membentuk
Tata Surya. Sisanya merupakan akibat dari peluruhan radioaktif dan proporsinya dapat digunakan untuk menentukan
usia Bumi melalui
penanggalan radiometrik.
[107][108] Kebanyakan
helium dalam kerak Bumi merupakan produk
peluruhan alfa.
[109]
Terdapat sekelumit atom di Bumi yang pada awal pembentukannya tidak
ada dan juga bukan merupakan akibat dari peluruhan radioaktif.
Karbon-14 secara berkesinambungan dihasilkan oleh sinar kosmik di atmosfer.
[110] Beberapa atom di Bumi secara buatan dihasilkan oleh reaktor ataupun senjata nuklir.
[111][112] Dari semua
Unsur-unsur transuranium yang bernomor atom lebih besar daripada 92, hanya
plutonium dan
neptunium sajalah yang terdapat di Bumi secara alami.
[113][114] Unsur-unsur transuranium memiliki waktu paruh radioaktif yang lebih pendek daripada umur Bumi
[115], sehingga unsur-unsur ini telah lama meluruh. Pengecualian terdapat pada
plutonium-244 yang kemungkinan tersimpan dalam debu kosmik.
[107] Kandungan alami plutonium dan neptunium dihasilkan dari penangkapan neutron dalam bijih uranium.
[116]
Bumi mengandung sekitar 1,33 × 10
50 atom.
[117] Pada atmosfer planet, terdapat sejumlah kecil atom
gas mulia seperti
argon dan
neon. Sisa 99% atom pada atmosfer bumi terikat dalam bentuk molekul, misalnya
karbon dioksida,
oksigen diatomik, dan
nitrogen diatomik. Pada permukaan Bumi, atom-atom saling berikatan membentuk berbagai macam senyawa, meliputi
air,
garam,
silikat, dan
oksida. Atom juga dapat bergabung membentuk bahan-bahan yang tidak terdiri dari molekul, contohnya
kristal dan
logam padat ataupun cair.
[118][119]
Bentuk teoritis dan bentuk langka
Manakala isotop dengan nomor atom yang lebih tinggi daripada
timbal (62) bersifat radioaktif, terdapat suatu "
pulau stabilitas"
yang diajukan untuk beberapa unsur dengan nomor atom di atas 103.
Unsur-unsur super berat ini kemungkinan memiliki inti yang secara
relatif stabil terhadap peluruhan radioaktif.
[120] Atom super berat yang stabil ini kemungkinan besar adalah
unbiheksium, dengan 126 proton 184 neutron.
[121]
Tiap-tiap partikel materi memiliki partikel
antimaterinya masing-masing dengan muatan listrik yang berlawanan. Sehingga,
positron
adalah antielektron yang bermuatan positif, dan antiproton adalah
proton yang bermuatan negatif, Ketika materi dan antimateri bertemu,
keduanya akan saling memusnahkan. Terdapat ketidakseimbangan antara
jumlah partikel materi dan antimateri. Ketidakseimbangan ini masih belum
dipahami secara menyeluruh, walaupun terdapat teori
bariogenesis yang memberikan penjelasan yang memungkinkan. Antimateri tidak pernah ditemukan secara alami.
[122][123] Namun, pada tahun 1996,
antihidrogen berhasil disintesis di laboratorium
CERN di
Jenewa.
[124][125]
Terdapat pula atom-atom langka lainnya yang dibuat dengan
menggantikan satu proton, neutron, ataupun elektron dengan partikel lain
yang bermuatan sama. Sebagai contoh, elektron dapat digantikan dengan
muon yang lebih berat, membentuk
atom muon. Jenis atom ini dapat digunakan untuk menguji prediksi fisika.
[126][127][128]
Lihat pula
Catatan
- ^ Kebanyakan
isotop mempunyai jumlah nukleon lebih banyak dari jumlah elektron.
Dalam kasus hydrogen-1, yang mempunyai satu elektron and satu nukleon,
protonnya
, atau 99,95% dari total massa atom.
- ^ Satu karat sama dengan 200 miligram. Berdasarkan definisi, karbon-12 memiliki 0,012 kg per mol. Tetapan Avogadro sekitar 6 × 1023 atom per mol.
Referensi
- ^ a b Haubold, Hans (1998). "Microcosmos: From Leucippus to Yukawa". Structure of the Universe. Common Sense Science. Diakses pada 17 Januari 2008.
- ^ Staff (2007-08-01). "Radioactive Decays". Stanford Linear Accelerator Center, Stanford University. Diakses pada 2 Januari 2007.
- ^ a b Ponomarev (1993:14-15).
- ^ a b (Inggris)A. Pablo Iannone. Dictionary of World Philosophy. hlm. 62. ISBN 0-415-17995-5. Diakses pada 9 Juni 2010.
- ^ (Inggris)Hajime Nakamura (1992). A comparative history of ideas. Shri Jainendra Press. hlm. 145. ISBN 81-208-1004-x. Diakses pada 9 Juni 2010.
- ^ (Inggris)Ben-Ami Scharfstein (1998). A comparative history of world philosophy: from the Upanishads to Kant. State University of New York Press. hlm. 189. ISBN 0-7914-3683-7. Diakses pada 9 Juni 2010.
- ^ Siegfried (2002:42–55).
- ^ "Lavoisier's Elements of Chemistry". Elements and Atoms. Le Moyne College, Department of Chemistry. Diakses pada 18 Desember 2007.
- ^ Wurtz (1881:1–2).
- ^ Dalton (1808).
- ^ Einstein, Albert (May 1905). "Über
die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung
von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen" (dalam bahasa German) (PDF). Annalen der Physik 322 (8): 549–560. doi:10.1002/andp.19053220806. Diakses pada 4 Februari 2007.
- ^ Mazo (2002:1–7).
- ^ Lee, Y. K. (1995). "Brownian Motion". Imperial College, London. Diakses pada 18 Desember 2007.
- ^ Patterson, Gary (2007). "Jean Perrin and the triumph of the atomic doctrine". Endeavour 31 (2): 50–53. doi:10.1016/j.endeavour.2007.05.003. Diakses pada 7 November 2008.
- ^ The Nobel Foundation (1906). "J.J. Thomson". Nobelprize.org. Diakses pada 20 Desember 2007.
- ^ "Frederick Soddy, The Nobel Prize in Chemistry 1921". Nobel Foundation. Diakses pada 18 Januari 2008.
- ^ Thomson, Joseph John (1913). "Rays of positive electricity". Proceedings of the Royal Society A 89: 1–20. Diakses pada 18 Januari 2007.
- ^ Stern, David P. (May 16, 2005). "The Atomic Nucleus and Bohr's Early Model of the Atom". NASA Goddard Space Flight Center. Diakses pada 20 Desember 2007.
- ^ Bohr, Niels (December 11, 1922). "Niels Bohr, The Nobel Prize in Physics 1922, Nobel Lecture". The Nobel Foundation. Diakses pada 16 Februari 2008.
- ^ Lewis, Gilbert N. (April 1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society 38 (4): 762–786. doi:10.1021/ja02261a002.
- ^ Scerri, Eric R. (2007). The Periodic Table. Oxford University Press US. hlm. 205–226. ISBN 0195305736.
- ^ Scully, Marlan O. (June 1987). "On the theory of the Stern-Gerlach apparatus". Foundations of Physics 17 (6): 575–583. doi:10.1007/BF01882788.
- ^ Brown, Kevin (2007). "The Hydrogen Atom". MathPages. Diakses pada 21 Desember 2007.
- ^ Harrison, David M. (March 2000). "The Development of Quantum Mechanics". University of Toronto. Diakses pada 21 Desember 2007.
- ^ Aston, Francis W. (1920). "The constitution of atmospheric neon". Philosophical Magazine 39 (6): 449–55.
- ^ Chadwick, James (December 12, 1935). "Nobel Lecture: The Neutron and Its Properties". Nobel Foundation. Diakses pada 21 Desember 2007.
- ^ Kullander, Sven (August 28, 2001). "Accelerators and Nobel Laureates". The Nobel Foundation. Diakses pada 31 Januari 2008.
- ^ Staff (October 17, 1990). "The Nobel Prize in Physics 1990". The Nobel Foundation. Diakses pada 31 Januari 2008.
- ^ Staff (October 15, 1997). "The Nobel Prize in Physics 1997". Nobel Foundation. Diakses pada 10 Februari 2008.
- ^ Park, Jiwoong et al (2002). "Coulomb blockade and the Kondo effect in single-atom transistors". Nature 417 (6890): 722–25. doi:10.1038/nature00791. Diakses pada 3 Januari 2008.
- ^ Domokos, P. (1994). "Single-atom interference method for generating Fock states". Physical Review a 50: 3340–44. doi:10.1103/PhysRevA.50.3340. Diakses pada 3 Januari 2008.
- ^ Demtröder (2002:39–42).
- ^ Woan (2000:8).
- ^ Particle Data Group (2002). "The Particle Adventure". Lawrence Berkeley Laboratory. Diakses pada 3 Januari 2007.
- ^ Schombert, James (April 18, 2006). "Elementary Particles". University of Oregon. Diakses pada 3 Januari 2007.
- ^ (Inggris) Basic Knowledge of Radiation and Radioisotopes (Scientific Basis, Safe Handling of Radioisotopes and Radiation Protection). Japan Radioisotope Association. 5 November 2005. ISBN 4-89073-170-9 C2040.
- ^ Jevremovic (2005:63).
- ^ Pfeffer (2000:330–336).
- ^ Wenner, Jennifer M. (October 10, 2007). "How Does Radioactive Decay Work?". Carleton College. Diakses pada 9 Januari 2008.
- ^ a b c Raymond, David (April 7, 2006). "Nuclear Binding Energies". New Mexico Tech. Diakses pada 3 Januari 2007.
- ^ Mihos, Chris (July 23, 2002). "Overcoming the Coulomb Barrier". Case Western Reserve University. Diakses pada 13 Februari 2008.
- ^ Staff (March 30, 2007). "ABC's of Nuclear Science". Lawrence Berkeley National Laboratory. Diakses pada 3 Januari 2007.
- ^ Makhijani, Arjun (March 2, 2001). "Basics of Nuclear Physics and Fission". Institute for Energy and Environmental Research. Diakses pada 3 Januari 2007.
- ^ Shultis et al. (2002:72–6).
- ^ Fewell, M. P. (1995). "The atomic nuclide with the highest mean binding energy". American Journal of Physics 63 (7): 653–58. doi:10.1119/1.17828. Diakses pada 1 Februari 2007.
- ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science 157 (3784): 13–24. doi:10.1126/science.157.3784.13. PMID 5338306.
- ^ a b Brucat, Philip J. (2008). "The Quantum Atom". University of Florida. Diakses pada 4 Januari 2007.
- ^ Herter, Terry (2006). "Lecture 8: The Hydrogen Atom". Cornell University. Diakses pada 14 Februari 2008.
- ^ Bell, R. E. (1950). "Gamma-Rays from the Reaction H1(n,γ)D2 and the Binding Energy of the Deuteron". Physical Review 79 (2): 282–285. doi:10.1103/PhysRev.79.282.
- ^ Smirnov (2003:249–72).
- ^ Matis, Howard S. (August 9, 2000). "The Isotopes of Hydrogen". Guide to the Nuclear Wall Chart. Lawrence Berkeley National Lab. Diakses pada 21 Desember 2007.
- ^ a b Sills (2003:131–134).
- ^ Dumé, Belle, "Bismuth breaks half-life record for alpha decay ", (Physics World), 23 April 2003. Diakses pada 21 Desember 2007.
- ^ Lindsay, Don (July 30, 2000). "Radioactives Missing From The Earth". Don Lindsay Archive. Diakses pada 23 Mei 2007.
- ^ CRC Handbook (2002).
- ^ a b Mills et al. (1993).
- ^ Chieh, Chung (January 22, 2001). "Nuclide Stability". University of Waterloo. Diakses pada 4 Januari 2007.
- ^ "Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements". National Institute of Standards and Technology. Diakses pada 4 Januari 2007.
- ^ Audi, G. (2003). "The Ame2003 atomic mass evaluation (II)". Nuclear Physics A 729: 337–676. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Diakses pada 7 Februari 2008.
- ^ Shannon, R. D. (1976). "Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides". Acta Crystallographica, Section a 32: 751. doi:10.1107/S0567739476001551. Diakses pada 3 Januari 2007.
- ^ Dong, Judy (1998). "Diameter of an Atom". The Physics Factbook. Diakses pada 19 November 2007.
- ^ Zumdahl (2002).
- ^ Staff (2007). "Small Miracles: Harnessing nanotechnology". Oregon State University. Diakses pada 7 Januari 2007.—describes the width of a human hair as 105 nm and 10 carbon atoms as spanning 1 nm.
- ^ Padilla et al.
(2002:32)—"There are 2,000,000,000,000,000,000,000 (that's
2 sextillion) atoms of oxygen in one drop of water—and twice as many
atoms of hydrogen."
- ^ Feynman (1995).
- ^ a b "Radioactivity". Splung.com. Diakses pada 19 Desember 2007.
- ^ L'Annunziata (2003:3–56).
- ^ Firestone, Richard B. (May 22, 2000). "Radioactive Decay Modes". Berkeley Laboratory. Diakses pada 7 Januari 2007.
- ^ Hornak, J. P. (2006). "Chapter 3: Spin Physics". The Basics of NMR. Rochester Institute of Technology. Diakses pada 7 Januari 2007.
- ^ a b Schroeder, Paul A. (February 25, 2000). "Magnetic Properties". University of Georgia. Diakses pada 7 Januari 2007.
- ^ Goebel, Greg (September 1, 2007). "[4.3] Magnetic Properties of the Atom". Elementary Quantum Physics. In The Public Domain website. Diakses pada 7 Januari 2007.
- ^ Yarris, Lynn (Spring 1997). "Talking Pictures". Berkeley Lab Research Review. Diakses pada 9 Januari 2008.
- ^ Liang and Haacke (1999:412–26).
- ^ Zeghbroeck, Bart J. Van (1998). "Energy levels". Shippensburg University. Diakses pada 23 Desember 2007.
- ^ Fowles (1989:227–233).
- ^ Martin, W. C. (May 2007). "Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas". National Institute of Standards and Technology. Diakses pada 8 Januari 2007.
- ^ "Atomic Emission Spectra — Origin of Spectral Lines". Avogadro Web Site. Diakses pada 10 Agustus 2006.
- ^ Fitzpatrick, Richard (February 16, 2007). "Fine structure". University of Texas at Austin. Diakses pada 14 Februari 2008.
- ^ Weiss, Michael (2001). "The Zeeman Effect". University of California-Riverside. Diakses pada 6 Februari 2008.
- ^ Beyer (2003:232–236).
- ^ Reusch, William (July 16, 2007). "Virtual Textbook of Organic Chemistry". Michigan State University. Diakses pada 11 Januari 2008.
- ^ "Covalent bonding - Single bonds". chemguide. 5 November 2000.
- ^ Husted, Robert et al. (December 11, 2003). "Periodic Table of the Elements". Los Alamos National Laboratory. Diakses pada 11 Januari 2008.
- ^ Baum, Rudy (2003). "It's Elemental: The Periodic Table". Chemical & Engineering News. Diakses pada 11 Januari 2008.
- ^ Goodstein (2002:436–438).
- ^ Brazhkin, Vadim V. (2006). "Metastable phases, phase transformations, and phase diagrams in physics and chemistry". Physics-Uspekhi 49: 719–24. doi:10.1070/PU2006v049n07ABEH006013.
- ^ Myers (2003:85).
- ^ Staff. "Bose-Einstein Condensate: A New Form of Matter ", (National Institute of Standards and Technology), 9 Oktober 2001. Diakses pada 16 Januari 2008.
- ^ Colton, Imogen (February 3, 1999). "Super Atoms from Bose-Einstein Condensation". The University of Melbourne. Diakses pada 6 Februari 2008.
- ^ Jakubowski, N. (1998). "Sector field mass spectrometers in ICP-MS". Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 53 (13): 1739–63. doi:10.1016/S0584-8547(98)00222-5.
- ^ Müller, Erwin W.; Panitz, John A.; McLane, S. Brooks (1968). "The Atom-Probe Field Ion Microscope". Review of Scientific Instruments 39 (1): 83–86. doi:10.1063/1.1683116. ISSN 0034-6748.
- ^ Lochner, Jim (April 30, 2007). "What Do Spectra Tell Us?". NASA/Goddard Space Flight Center. Diakses pada 3 Januari 2008.
- ^ Winter, Mark (2007). "Helium". WebElements. Diakses pada 3 Januari 2008.
- ^ Hinshaw, Gary (February 10, 2006). "What is the Universe Made Of?". NASA/WMAP. Diakses pada 7 Januari 2008.
- ^ Choppin et al. (2001).
- ^ Davidsen, Arthur F. (1993). "Far-Ultraviolet Astronomy on the Astro-1 Space Shuttle Mission". Science 259 (5093): 327–34. doi:10.1126/science.259.5093.327. PMID 17832344. Diakses pada 7 Januari 2008.
- ^ Lequeux (2005:4).
- ^ Smith, Nigel (January 6, 2000). "The search for dark matter". Physics World. Diakses pada 14 Februari 2008.
- ^ Croswell, Ken (1991). "Boron,
bumps and the Big Bang: Was matter spread evenly when the Universe
began? Perhaps not; the clues lie in the creation of the lighter
elements such as boron and beryllium". New Scientist (1794): 42. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Copi, Craig J. (1995). "Big-Bang Nucleosynthesis and the Baryon Density of the Universe" (PDF). Science 267: 192–99. doi:10.1126/science.7809624. PMID 7809624. Diakses pada 13 Januari 2008.
- ^ Hinshaw, Gary (December 15, 2005). "Tests of the Big Bang: The Light Elements". NASA/WMAP. Diakses pada 13 Januari 2008.
- ^ Abbott, Brian (May 30, 2007). "Microwave (WMAP) All-Sky Survey". Hayden Planetarium. Diakses pada 13 Januari 2008.
- ^ F. Hoyle (1946). "The synthesis of the elements from hydrogen". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 106: 343–83. Diakses pada 13 Januari 2008.
- ^ Knauth, D. C. (2000). "Newly synthesized lithium in the interstellar medium". Nature 405: 656–58. doi:10.1038/35015028.
- ^ Mashnik, Stepan G. (August 2000). "On Solar System and Cosmic Rays Nucleosynthesis and Spallation Processes". Cornell University. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Kansas Geological Survey (May 4, 2005). "Age of the Earth". University of Kansas. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ a b Manuel (2001:407–430,511–519).
- ^ Dalrymple, G. Brent (2001). "The age of the Earth in the twentieth century: a problem (mostly) solved". Geological Society, London, Special Publications 190: 205–21. doi:10.1144/GSL.SP.2001.190.01.14. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Anderson, Don L. (September 2, 2006). "Helium: Fundamental models". MantlePlumes.org. Diakses pada 14 Januari 2007.
- ^ Pennicott, Katie, "Carbon clock could show the wrong time ", (PhysicsWeb), 10 Mei 2001. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Yarris, Lynn, "New Superheavy Elements 118 and 116 Discovered at Berkeley Lab ", (Berkeley Lab), 27 Juli 2001. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Diamond, H. et al. (1960). "Heavy Isotope Abundances in Mike Thermonuclear Device" (subscription required). Physical Review 119: 2000–04. doi:10.1103/PhysRev.119.2000. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Poston Sr., John W. (March 23, 1998). "Do transuranic elements such as plutonium ever occur naturally?". Scientific American. Diakses pada 15 Januari 2008.
- ^ Keller, C. (1973). "Natural occurrence of lanthanides, actinides, and superheavy elements". Chemiker Zeitung 97 (10): 522–30. Diakses pada 15 Januari 2008.
- ^ Marco (2001:17).
- ^ "Oklo Fossil Reactors". Curtin University of Technology. Diakses pada 15 Januari 2008.
- ^ Weisenberger, Drew. "How many atoms are there in the world?". Jefferson Lab. Diakses pada 16 Januari 2008.
- ^ Pidwirny, Michael. "Fundamentals of Physical Geography". University of British Columbia Okanagan. Diakses pada 16 Januari 2008.
- ^ Anderson, Don L. (2002). "The inner inner core of Earth". Proceedings of the National Academy of Sciences 99 (22): 13966–68. doi:10.1073/pnas.232565899. PMID 12391308. Diakses pada 16 Januari 2008.
- ^ Anonymous (October 2, 2001). "Second postcard from the island of stability". CERN Courier. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Jacoby, Mitch (2006). "As-yet-unsynthesized superheavy atom should form a stable diatomic molecule with fluorine". Chemical & Engineering News 84 (10): 19. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Koppes, Steve, "Fermilab Physicists Find New Matter-Antimatter Asymmetry ", (University of Chicago), 1 Maret 1999. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Cromie, William J., "A lifetime of trillionths of a second: Scientists explore antimatter ", (Harvard University Gazette), 16 Agustus 2001. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Hijmans, Tom W. (2002). "Particle physics: Cold antihydrogen". Nature 419: 439–40. doi:10.1038/419439a.
- ^ Staff. "Researchers 'look inside' antimatter ", (BBC News), 30 Oktober 2002. Diakses pada 14 Januari 2008.
- ^ Barrett, Roger (1990). "The Strange World of the Exotic Atom". New Scientist (1728): 77–115. Diakses pada 4 Januari 2008.
- ^ Indelicato, Paul (2004). "Exotic Atoms". Physica Scripta T112: 20–26. doi:10.1238/Physica.Topical.112a00020.
- ^ Ripin, Barrett H. (July 1998). "Recent Experiments on Exotic Atoms". American Physical Society. Diakses pada 15 Februari 2008.
Referensi buku
- L'Annunziata, Michael F. (2003). Handbook of Radioactivity Analysis. Academic Press. ISBN 0124366031. OCLC 162129551.
- Beyer, H. F. (2003). Introduction to the Physics of Highly Charged Ions. CRC Press. ISBN 0750304812. OCLC 47150433.
- Choppin, Gregory R. (2001). Radiochemistry and Nuclear Chemistry. Elsevier. ISBN 0750674636. OCLC 162592180.
- Dalton, J. (1808). A New System of Chemical Philosophy, Part 1. London and Manchester: S. Russell.
- Demtröder, Wolfgang (2002). Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic- Molecular- and Quantum Physics (edisi ke-1st). Springer. ISBN 3540206310. OCLC 181435713.
- Feynman, Richard (1995). Six Easy Pieces. The Penguin Group. ISBN 978-0-140-27666-4. OCLC 40499574.
- Fowles, Grant R. (1989). Introduction to Modern Optics. Courier Dover Publications. ISBN 0486659577. OCLC 18834711.
- Gangopadhyaya, Mrinalkanti (1981). Indian Atomism: History and Sources. Atlantic Highlands, New Jersey: Humanities Press. ISBN 0-391-02177-X. OCLC 10916778.
- Goodstein, David L. (2002). States of Matter. Courier Dover Publications. ISBN 0-486-49506-X.
- Harrison, Edward Robert (2003). Masks of the Universe: Changing Ideas on the Nature of the Cosmos. Cambridge University Press. ISBN 0521773512. OCLC 50441595.
- Iannone, A. Pablo (2001). Dictionary of World Philosophy. Routledge. ISBN 0415179955. OCLC 44541769.
- Jevremovic, Tatjana (2005). Nuclear Principles in Engineering. Springer. ISBN 0387232842. OCLC 228384008.
- Lequeux, James (2005). The Interstellar Medium. Springer. ISBN 3540213260. OCLC 133157789.
- Levere, Trevor, H. (2001). Transforming Matter – A History of Chemistry for Alchemy to the Buckyball. The Johns Hopkins University Press. ISBN 0-8018-6610-3.
- Liang, Z.-P. (1999). Webster, J. G.. ed (PDF). Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering: Magnetic Resonance Imaging. vol. 2. John Wiley & Sons. hlm. 412–26. ISBN 0471139467. Diakses pada 9 Januari 2008.
- MacGregor, Malcolm H. (1992). The Enigmatic Electron. Oxford University Press. ISBN 0195218337. OCLC 223372888.
- Manuel, Oliver (2001). Origin of Elements in the Solar System: Implications of Post-1957 Observations. Springer. ISBN 0306465620. OCLC 228374906.
- Mazo, Robert M. (2002). Brownian Motion: Fluctuations, Dynamics, and Applications. Oxford University Press. ISBN 0198515677. OCLC 48753074.
- Mills, Ian (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (edisi ke-2nd). Oxford: International Union of Pure and Applied Chemistry, Commission on Physiochemical Symbols Terminology and Units, Blackwell Scientific Publications. ISBN 0-632-03583-8. OCLC 27011505.
- Moran, Bruce T. (2005). Distilling Knowledge: Alchemy, Chemistry, and the Scientific Revolution. Harvard University Press. ISBN 0674014952.
- Myers, Richard (2003). The Basics of Chemistry. Greenwood Press. ISBN 0313316643. OCLC 50164580.
- Padilla, Michael J. (2002). Prentice Hall Science Explorer: Chemical Building Blocks. Upper Saddle River, New Jersey USA: Prentice-Hall, Inc.. ISBN 0-13-054091-9. OCLC 47925884.
- Pauling, Linus (1960). The Nature of the Chemical Bond. Cornell University Press. ISBN 0801403332. OCLC 17518275.
- Pfeffer, Jeremy I. (2000). Modern Physics: An Introductory Text. Imperial College Press. ISBN 1860942504. OCLC 45900880.
- Ponomarev, Leonid Ivanovich (1993). The Quantum Dice. CRC Press. ISBN 0750302518. OCLC 26853108.
- Scerri, Eric R. (2007). The Periodic Table. Oxford University Press. ISBN 0195305736.
- Shultis, J. Kenneth (2002). Fundamentals of Nuclear Science and Engineering. CRC Press. ISBN 0824708342. OCLC 123346507.
- Siegfried, Robert (2002). From Elements to Atoms: A History of Chemical Composition. DIANE. ISBN 0871699249. OCLC 186607849.
- Sills, Alan D. (2003). Earth Science the Easy Way. Barron's Educational Series. ISBN 0764121464. OCLC 51543743.
- Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. ISBN 0-387-95550-X.
- Teresi, Dick (2003). Lost Discoveries: The Ancient Roots of Modern Science. Simon & Schuster. hlm. 213–214. ISBN 074324379X.
- Various (2002). Lide, David R.. ed. Handbook of Chemistry & Physics (edisi ke-88th). CRC. ISBN 0849304865. OCLC 179976746. Diakses pada 23 Mei 2008.
- Woan, Graham (2000). The Cambridge Handbook of Physics. Cambridge University Press. ISBN 0521575079. OCLC 224032426.
- Wurtz, Charles Adolphe (1881). The Atomic Theory. New York: D. Appleton and company.
- Zaider, Marco (2001). Radiation Science for Physicians and Public Health Workers. Springer. ISBN 0306464039. OCLC 44110319.
- Zumdahl, Steven S. (2002). Introductory Chemistry: A Foundation (edisi ke-5th). Houghton Mifflin. ISBN 0-618-34342-3. OCLC 173081482. Diakses pada 5 Februari 2008.
.
DI PRODUKSIKAN OLEH GUGUN AHMAD
berekor sembilan, Kyubi no Yoko yang cuba membinasakan Konoha dikurung
dalam badan Naruto oleh AYAHNYA HOKAGE KE EMPAT. Ayah Naruto Namikaze
Minato merupakan Hokage generasi keempat manakala ibunya bernama Uzumaki
Kushina. Naruto mempunyai wajah seiras ayahnya manakala sifatnya lebih
serupa dengan ibunya yang merupakan seorang tomboy ketika kecil sebelum
menjadi wanita cantik ketika dewasa.
ketenangan
Konoha. Malah Naruto sendiri tidak mengetahui kewujudan makhluk
tersebut dalam dirinya sehingga dia mencecah usia dua belas tahun.
berekor sembilan, Kyubi no Yoko yang cuba membinasakan Konoha dikurung
dalam badan Naruto oleh AYAHNYA HOKAGE KE EMPAT. Ayah Naruto Namikaze
Minato merupakan Hokage generasi keempat manakala ibunya bernama Uzumaki
Kushina. Naruto mempunyai wajah seiras ayahnya manakala sifatnya lebih
serupa dengan ibunya yang merupakan seorang tomboy ketika kecil sebelum
menjadi wanita cantik ketika dewasa.
ketenangan
Konoha. Malah Naruto sendiri tidak mengetahui kewujudan makhluk
tersebut dalam dirinya sehingga dia mencecah usia dua belas tahun.
Tahap
cakra Naruto adalah sangat tinggi karena Kyubi. Ebisu pernah menyatakan
bahwa daya pengawalan cakra Naruto adalah lemah karena sebagian dari
cakranya digunakan untuk membendung cakra Kyubi yang terlalu kuat (cakra
Kyubi yang luar biasa ini boleh membahayakan Naruto jika dibebaskan
dengan terlalu banyak). Kakashi pula mengatakan bahwa kekuatan kyubi
lebih kuat dari kekuatan Naruto sendiri. Maka, Naruto amat sesuai
mengendalikan jurus yang memerlukan banyak cakra seperti ‘Teknik
Pengagihan Bayang’ (Kage Bunshin no Jutsu). Ninja lain dapat
menghasilkan beberapa klon saja dengan sempurna karena jurus ini
menghendaki penggunanya membagikan cakranya dengan tepat kepada
klon-klon yang dihasilkan, berlainan pula dengan Naruto yang mampu
menghasilkan 2000 klon dan pada masa yang sama, membekalkan sejumlah
cakra yang mencukupi kepada setiap klon.
Cakra
Kyubi adalah jauh lebih kuat dan bahaya daripada chakra manusia biasa.
Apabila Naruto menggunakan cakra Kyubi, tubuh asalnya menjadi kian
lemah. Pada peringkat ‘empat ekor’, cakra Kyubi terlalu hebat sehingga
mampu membakar kulit Naruto menyebabkan darah mengalir dari tiap liang
roma. Sementara itu, cakra Kyubi sentiasa memulihkan semua badan rusak
Naruto. Kita dicederakan-dan-dipulihkan-semula melemahkan Naruto dan
secara alamiah memendekkan jangka hidup Naruto. Wah sedih banget yah,
kasihan banget si Naruto. Ada teman-teman yang minta kisah Naruto dan
inilah dia, semoga kalian puas. Bersumber dari Wikipedia dan pengalaman
saiya sendiri. Tingkiu…!
