Categorie: Scheikunde Gepubliceerd: 13 maart 2014
Nee. Twee atomen van hetzelfde chemische element zijn doorgaans niet identiek. Ten eerste is er een reeks van mogelijke toestanden die de elektronen van een atoom kunnen innemen. Twee atomen van hetzelfde element kunnen verschillend zijn als hun elektronen in verschillende toestanden zijn. Als een koperatoom een elektron in een aangeslagen toestand heeft en een ander koperatoom heeft al zijn elektronen in de grondtoestand, dan zijn de twee atomen verschillend. Het aangeslagen koperatoom zal een beetje licht uitstralen als het elektron zich weer ontspant tot de grondtoestand, en het koperatoom dat al in de grondtoestand is, zal dat niet doen. Aangezien de toestand van de elektronen in een atoom bepalend is voor de aard van de chemische binding die het atoom ondergaat, kunnen twee atomen van hetzelfde element verschillend reageren als ze zich in verschillende toestanden bevinden. Zo reageert een neutraal natriumatoom (bijvoorbeeld uit een brok natriummetaal) veel heftiger met water dan een geïoniseerd natriumatoom (bijvoorbeeld uit een beetje zout). Chemici weten dit heel goed. Als je een reactie volledig wilt beschrijven en voorspellen, is het niet voldoende om te zeggen welke atomen erbij betrokken zijn. Je moet ook de ionisatie/excitatie toestanden van de elektronen in de atomen specificeren. Zelfs als je een atoom met rust laat, komt het vaak niet met een gelijk aantal protonen en elektronen.
Maar wat als twee atomen van hetzelfde element allebei hun elektronen in dezelfde toestanden hebben. Zijn ze dan identiek? Nee, ze zijn nog steeds niet identiek. Twee atomen van hetzelfde element en in dezelfde elektronische toestand kunnen met verschillende snelheden bewegen of roteren, wat hun vermogen om zich chemisch te binden beïnvloedt. Langzamer bewegende atomen (zoals de atomen in vast ijzer) hebben tijd om stabiele bindingen te vormen, terwijl sneller bewegende atomen (zoals de atomen in vloeibaar ijzer) dergelijke stabiele bindingen niet kunnen vormen. Een langzaam bewegend tinatoom gedraagt zich anders dan een snel bewegend tinatoom.
Maar wat als twee atomen van hetzelfde element allebei hun elektronen in dezelfde toestand hebben, en de atomen allebei met dezelfde snelheid reizen en draaien. Zijn ze dan identiek? Nee. Hoewel twee zulke atomen in wezen chemisch identiek zijn (ze zullen chemisch op dezelfde manier reageren), zijn ze niet volledig identiek. Er is meer in het atoom dan de elektronen. Er is ook nog de kern. De kern van een atoom bevat neutronen en protonen die nauw met elkaar verbonden zijn. Hetzelfde chemische element kan een verschillend aantal neutronen hebben en toch hetzelfde element zijn. Atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen noemen we “isotopen”. Hoewel de specifieke isotoop geen invloed heeft op hoe een atoom chemisch zal reageren, bepaalt het wel hoe het atoom zich zal gedragen in kernreacties. De meest voorkomende kernreactie op aarde is radioactief verval. Sommige isotopen vervallen zeer snel tot andere elementen en zenden straling uit, terwijl andere isotopen dat niet doen. Als je aan koolstofdatering doet, is het feit dat een koolstof-12 atoom niet identiek is aan een koolstof-14 atoom essentieel voor het dateringsproces. Het simpelweg tellen van het aantal koolstofatomen in een monster zal je geen informatie geven over de leeftijd van een monster. In plaats daarvan moet je het aantal verschillende isotopen van koolstof tellen.
Maar wat als twee atomen hetzelfde element zijn, elektronen in dezelfde staat hebben, met dezelfde snelheid reizen en ronddraaien, en hetzelfde aantal neutronen hebben; zijn ze dan identiek? Nee. Net als de elektronen kunnen de neutronen en protonen in de atoomkern zich in verschillende aangeslagen toestanden bevinden. Bovendien kan de kern als geheel met verschillende snelheden draaien en trillen. Daarom kunnen twee goudatomen, zelfs als al het andere identiek is, hun atoomkernen in verschillende aangeslagen toestanden hebben en zich verschillend gedragen in kernreacties.
Om het kort te zeggen, het is heel moeilijk om twee atomen van hetzelfde element precies identiek te laten zijn. Het is zelfs een Nobelprijs waard als men erin slaagt een groep atomen zo ver te krijgen dat ze bijna identiek zijn. Met dat gezegd, denk niet dat atomen individuele identiteiten hebben buiten wat hier is genoemd. Als twee koolstofatomen zich in precies dezelfde moleculaire, atomaire, elektronische en nucleaire toestand bevinden, dan zijn die twee koolstofatomen identiek, ongeacht waar ze vandaan komen of wat er in het verleden met ze gebeurd is.
Onderwerpen: atoom, atomen, koolstof, chemisch, elektron, elektronische toestand, element, isotoop, kern