Atomfrågor

Hej,

Med risk för att ställa dumma och garanterat sökbara frågor så utmanar jag ändock FB's fysikpedagoger i förhoppningen att få svar på några frågor:

Vad är det som binder protonen, neutronen och elektronen till varandra och på så sätt skapa en atom?

Går det att "ta bort" denna bindning och på så sätt förstöra en atom?

I sådana fall, hur agerar och vad händer med de frisläppta nukleonerna och den frisläppta elektronen?

Fins det "frisläppta" enskilda, isolerade elektroner/ protoner/ neutroner omkring oss som finns som enskilda partiklar utan samhörighet?

Går det att bygga en atom från noll, dvs. samla in neutron, elektron och proton?

Jag ber om överseende om jag ställer nOOb frågor, tro mig detta forum är inte ett av mina mest frekventerade.

Peace

Det är den starka kärnkraften som binder ihop protoner och neutroner till atomkärnor, det är också den som binder ihop upp- och nerkvarkar till protoner och neutroner. Kraftbärande partikel för den starka kärnkraften är gluonen. Elektronen hålls kvar kring atomkärnan på grund av elektromagnetismen, vars kraftbärande partikel är fotonen.

Ja, och då frigör man en sjujäkla massa energi. Det är detta man gör i kärnkraftverk eller när man smäller av en atombomb.

När man klyver en uranatom får man till exempel en krypton- och en bariumatom, den stora atomen delas alltså till ett antal mindre atomer. I det här fallet blir det dock tre neutroner över, och det är detta man utnyttjar för att få igång en kedjereaktion i sitt kraftverk eller sin bomb. Om neutronen träffar en annan uranatom klyvs den också, och släpper då iväg ytterligare neutroner som i sin tur kan klyva ännu fler uranatomer, och så vidare.


Finns det ingen lämplig atom för neutronen att klyva får den susa runt på eget bevåg. Fria neutroner är dock instabila och sönderfaller på grund av den svaga kärnkraften efter ungefär en kvart till en proton, en elektron och en antineutrino. Protonen och elektronen bildar tillsammans en väteatom, och antineutrinon sticker iväg ensam eftersom neutriner är enstöringar som inte är speciellt förtjusta i att växelverka med annan materia.

En ensam proton är detsamma som en positivt laddad vätejon. Elektroner kan också existera som fria elektroner, som inte är bundna till någon atomkärna alltså.


Alldeles efter Big Bang bestod universum av en soppa av elementärpartiklar, det var för varmt för att kvarkar skulle kunna bilda protoner och neutroner. Efter ett par minuter hade dock universum svalnat tillräckligt mycket för att lätta atomer skulle kunna bildas. Tyngre atomer bildades sedan genom fusion, kärnsammanslagning, i stjärnor. Alla atomer har alltså börjat från noll.

Vi människor har också lärt oss att slå ihop lättare atomer till tyngre ämnen, vilket vi vår vana trogen använder för att bygga sjukt stora bomber. Rent teoretiskt kan vi nog också samla in en bunt protoner, neutroner och elektroner och få dem att slå sig ihop. Men att till exempel fånga exakt två protoner, två neutroner och två elektroner, och slå ihop dem till en heliumatom övergår nog vår förmåga.

Hej!

Tack för uttömmande svar. Några följdfrågor då, glad om någon orkar ta sig an dem:

Ok. Tack för info. När jag läser på så verkar det som att en atom har ett "skal". Är det detta som är elektromagnetismen? Vad är skalets syfte?

Ok, det är alltså det man gör när man skapar kärnkraft. Går det/ vad händer om man tar bort "skalet" runt atomen?

Ok, neutronen förvandlas, men vad händer med ursprungprotonen från atomkärnan? Vad händer med ursprungselektronen? Susar de iväg och försöker hitta varandra igen eller vad händer med dessa?

Finns det "frisläppta/ fria" protoner?

Hur skapas netronen? Är det protonen som omvandlar sig till neutron i atomkärnan? Eller är jag helt ute och cyklar?

Varför och vad är/ händer med de fria elektronerna? Vad har de för "syfte"?

Ok, du skriver "rent teoretiskt". Kan människan i dagsläget "fånga in" en proton, en elektron och en (eller ett gäng) elektroner? Bildas det i sådana fall också energi i själva sammanslagningen?

Tack för alla eventuella svar,

Peace

Jag plockar några av frågorna:

Det "skal" du tänker på utgörs av de elektroner som omger atomkärnan. Den s.k. skalmodellen (eng. Shell model) är ett sätt att klassificera hur atomens elektroner är arrangerade runt atomkärnan. Det finns i sjäva verket flera skal, och varje skal motsvarar en energinivå hos atomen. Den lägsta energinivån/skalet rymmer max 2 elektroner. Väte och helium har i sina grundtillstånd således alla sina elektroner i det lägsta skalet. Nästa atom i det periodiska systemet är litium, som har tre elektroner; två i det lägsta skalet och en i det näst lägsta. Detta andra skal rymmer 8 elektroner. Ännu nästa skal rymmer 18 etc... För stora atomer med många elektroner blir bilden mer komplicerad eftersom skalen över det andra skalet kan överlappa varandra. Det bör också påpekas att skalen inte på något sätt är relaterade till hur långt bort från atomkärnan elektronerna befinner sig, utan de definieras enbart av vilken energinivå elektronena befinner sig i. Det bästa är egentligen att inte alls tänka på det som ett skal i den mer vardagliga betydelsen (som t.ex. det som nötter har) eftersom den bilden kan vara missledande. Det är bättre att helt enkelt tala om energinivåer. Det finns även så kallade subskal (eng. subshell) som på liknande sätt definieras av elektronernas rörelsemängdsmoment.
Elektromagnetism är helt enkelt benämningen på den växelverkan som förekommer mellan elektriskt laddade partiklar. Elektromagnetisk växelverkan förmedlas genom fotoner (ljuspartiklar).


Långlivade fria protoner är en sällsynthet på jorden eftersom de tenderar att förvandlas till en väteatom genom att fånga in en fri elektron. Ute i rymden är det dock en annan femma. Solen vräker ut en konstant ström av joniserad materia kallad solvinden i rymden. Denna solvind består till 95% av joniserat väte och är alltså ett plasma av fria protoner och elektroner. En ensam proton är till skillnad från neutronen mycket stabil (man räknar med en livstid på minst 10^35 år) och kan existera extremt länge som fri partikel.

Protoner kan faktiskt omvandlas till neutroner inne i atomkärnan genom en process som kallas omvänt betasönderfall, en typ av radioaktivt sönderfall som sker i bl.a. rubidium-83. Detta är dock en lite speciell situation. Majoriteten av de neutroner som finns inuti atomkärnorna har "hängt med från början", d.v.s. sedan de bildades i kärnsyntesen som inträffade några minuter efter big bang för 13,7 miljarder år sedan. Genom fusion inuti stjärnor har sedan en liten, liten del av de väte- och heliumkärnor som bildades i kärnsyntesen slagits samman till de tyngre grundämnen som nu finns. Det är dock inte energetiskt möjligt att skapa atomkärnor tyngre än järn-56 genom fusion.
Grundämnen tyngre än järn-56 har förmodligen bildats i supernovor genom en process som kallas neutroninfångning. Det innebär kort & gott att fria neutroner under dessa extrema förhållanden trycks in i atomkärnor innan de hinner sönderfalla, varpå stabila atomkärnor bildas.

Då en syra reagerar med ett basiskt ämne övergår vätejoner (protoner) från syran till basen.

Dessa protoner är dock inte "fria" i någon större utsträckning.

Då syra blandas med vatten (vatten fungerar då som bas) tar vattenmolekylerna upp protonerna varpå jonen H3O+ (en positivt laddad molekyl bestående av tre väte bundna till en syreatom) bildas.

En lösnings pH-värde är ett mått på halten av jonen H3O+ (H-et i "pH" syftar på vätejon [proton] fast egentligen finns det inga långlivade fria vätejoner [protoner] i en vattenlösning)


Fria elektroner bildas t.ex. vid den typ av radioaktivt sönderfall som kallas betasönderfall. Betapartiklar är samma sak som fria elektroner, dessa uppkommer då neutroner (i atomkärnan) omvandlas till protoner.

Betastrålning som ju är en joniserande strålning kan t.ex. leda att atomer som träffas av den omvandlas till negativa joner.