LITMIR.BIZ

      Kemi og atomfysik

      Ordet “atom” kommer fra græsk og betyder udeleligt, og stoffets opbygning ved udelelige byggesten var en af flere teorier, som græske naturfilosoffer havde tænkt sig frem til i antikken. Der florerede teorier om, at alt stof var opbygget af ganske få grundelementer, men disse teorier var i højere grad bygget på æstetiske og filosofiske argumenter end på en egentlig undersøgelse af materialers fysiske egenskaber. Senere observationer vedrørende gassers tryk og temperatur pegede på, at de ikke var “bløde skyer”, men bedst kunne forstås som sværme af mikroskopiske enkelte partikler: atomer og molekyler. I 1803 foreslog englænderen John Dalton, at en opfattelse af stof som sammensat af endelige byggestene kunne forklare kemikeres, alkymisters og mange øvrige håndværksfags erfaringer med blandingsforholdene af forskellige stoffer i fysiske og kemiske processer. Den russiske kemiker Mendelejev arrangerede i 1869 alle kendte stoffer i tabelform i sit “periodiske system” ud fra observationer af, hvilke stoffer der reagerer kemisk med hinanden.

      I stedet for at løse Newtons bevægelsesligning for alle atomer og molekyler i en gas kan man benytte statistiske argumenter og forene dagligdagsfænomener som tryk og temperatur med den underliggende opfattelse af et enormt antal mikroskopiske atomer og molekyler, og da man både kan veje en større stofmængde og samtidigt sætte tal på, hvor mange atomer der er til stede, kan man også komme frem til de uhyrligt små dimensioner, der beskriver det enkelte atom, eller de uhyrligt store tal, der beskriver, hvor mange atomer der er i bare et gram stof. Et gram brint består således af 6-10²³ atomer, det såkaldte Avogadros tal.

      Striber i lyset

      Et af 1800-tallets helt store fremskridt, som ville få afgørende betydning for forståelsen af atomernes verden og kvantemekanikken, var opdagelsen af de karakteristiske farvespektre af det lys, som forskellige stoffer absorberer eller udsender. Vi opfatter Solens lys som gult eller hvidt, men det består i virkeligheden af lys af alle farver, ligesom man på teatre og til koncerter kan se forskelligt farvede lamper benyttet til at lave “naturligt” lys. I 1802 havde den engelske fysiker William Hyde Wollaston imidlertid observeret, at der manglede bestemte farver i Solens lys, og i 1814 udviklede den tyske spektroskopiker Joseph von Fraunhofer en ny spektrograf. Med den kunne han helt præcist bestemme bølgelængderne svarende til de mørke striber, der opstod, når man splittede lyset op i regnbuens farver. De mørke striber skulle senere vise sig at skyldes en kombination af absorption i Solens øvre atmosfære, så de farver var svækkede i Solens lys, og absorption af lyset i vanddamp i Jordens egen atmosfære. Der sker ikke bare en generel svækkelse af intensiteten under lysets passage gennem en gas, men en meget selektiv fravælgelse af bestemte frekvenskomponenter.

      I 1868 identificerede man striber ved frekvenser, man ikke hidtil havde set ved noget jordisk materiale, og konkluderede, at Solen måtte indeholde et ukendt stof. Man kaldte dette ukendte stof helium efter Solen, som hedder ἥλιος, Helios, på græsk. Det er en fantastisk tanke, at heliumatomer, som er så bittesmå, at fysikerne ikke ville kunne se dem på nært hold i selv de bedste mikroskoper, for første gang blev observeret på 150 millioner kilometers afstand! Grundstoffet helium blev siden opdaget på Jorden i 1895. Helium er en meget let luftart, som i gasform bevæger sig så hurtigt, at den undslipper Jordens tyngdekraft og forlader atmosfæren, men den forekommer i undergrunden og udvindes blandt andet ved naturgasproduktion.

      ILLUSTRATION 5. SPEKTRE FOR FLERE GASSER