How big is Süsiniku aatom?

Süsiniku aatomi tuuma ümber on kuus elektroni ning tuumas on kuus prootonit ja tavaliselt ka kuus neutronit. Kui mõõta süsiniku aatomit sama moodi nagu selle saidi vesiniku aatomit, see tähendab kahekordse kaugusena, kus välimisi elektrone kõige tõenäolisemalt leidub, on aatomi läbimõõt umbes 0,13 nanomeetrit ehk 130 pikomeetrit. Nanomeeter on meetri miljardik ja pikomeeter on nanomeetri tuhandik.

Suurus

Aatomil ei ole jäika kuju ega kindlat suurust, mistõttu saab seda määratleda mitmel viisil ja iga viis annab erineva arvu. Siinne arv tuleneb arvutustest, mis näitavad, kus elektronid kõige tõenäolisemalt asuvad. Süsiniku kuuest elektronist kaks püsivad tuuma lähedal ja ülejäänud neli asuvad kaugemal, nagu näitab ka selle saidi pilt. Välimised neli elektroni asuvad kõige tõenäolisemalt umbes 65 pikomeetri kaugusel tuumast, mistõttu on aatomi läbimõõt umbes 130 pikomeetrit.

Molekulides olevate aatomite puhul kasutavad keemikud sageli teist mõõtu. Kovalentne raadius on pool kahe seotud aatomi keskpunktide vahelisest kaugusest. Kaks lihtsidemega seotud süsiniku aatomit asuvad keskmiselt 154 pikomeetri kaugusel teineteisest, seega on selle mõõdu järgi süsiniku aatomi läbimõõt umbes 150 pikomeetrit.

Van der Waalsi raadius mõõdab hoopis seda, kui lähedale võivad kaks eraldi aatomit jõuda, enne kui nad teineteist eemale tõukavad. Selle mõõdu järgi on süsiniku aatomi läbimõõt umbes 340 pikomeetrit.

Suuruste võrdlused

• Süsiniku aatom on umbes 1,2 korda laiem kui vesiniku aatom, mille läbimõõt on sama mõõdu järgi 106 pikomeetrit.
• DNA kaksikspiraal, mis on umbes 2 nanomeetrit lai, on umbes 15 süsiniku aatomi laiune.
• Umbes 600 000–800 000 süsiniku aatomit, kõrvuti asetatud, ulatuksid inimese juuksekarva laiuseni.
• Kui süsiniku aatom oleks suurendatud korvpalli suuruseks, mille läbimõõt on umbes 24 sentimeetrit, oleks inimese juuksekarv umbes 150–185 kilomeetrit lai.

Kuidas süsiniku aatomid omavahel ühenduvad

Süsiniku aatomid moodustavad tavaliselt neli sidet ja saavad omavahel ühenduda mitmesuguse pikkusega ahelateks. Just see võime moodustada eri pikkusega ahelaid teebki süsiniku elu jaoks hädavajalikuks. Kaksikside tõmbab kaks süsiniku aatomit lihtsidemest lähemale, 134 pikomeetri kaugusele, ja kolmikside 120 pikomeetri kaugusele.

Puhas süsinik esineb mitmes vormis, näiteks teemandina, grafiidina ja grafeenina. Teemant on piisavalt kõva, et lõigata kivi, grafiit aga on pehme. Grafeen on süsiniku aatomite kiht, mis on vaid ühe aatomi paksune ja milles aatomid on seotud kuusnurkade mustrisse nagu kanavõrk.

Üksikute süsiniku aatomite nägemine

Üksikud süsiniku aatomid on valgusmikroskoobi jaoks liiga väikesed, kuid elektronmikroskoopidega on neid nähtud. 2008. aastal tegid Lawrence Berkeley riikliku labori teadlased TEAM 0.5 mikroskoobiga pilte, millel on näha iga süsiniku aatom grafeenikihis. Grafeen on õrn, seepärast kasutasid nad leebemat, väiksema energiaga elektronkiirt, mis eristas siiski detaile, mis asusid üksteisest 1 ångströmi (100 pikomeetri) kaugusel.

Aatomite kaalumine

Süsinik annab mõõdu ka aatomite kaalumisele. Alates 1960. aastast on süsinik-12, kuue neutroniga süsiniku vorm, olnud aatommasside võrdlusalus. Kasutatav ühik dalton on määratletud kui üks kaheteistkümnendik süsinik-12 aatomi massist. Maal leiduvast süsinikust on umbes 99% süsinik-12.

Allikad

• Theoretical Calculation of Absolute Radii of Atoms and Ions. Part 1. The Atomic Radii. Ghosh and Biswas, International Journal of Molecular Sciences, 2002.
• Carbon: Radii of Atoms and Ions. WebElements, University of Sheffield.
• Carbon. Royal Society of Chemistry, Periodic Table.
• Electronic Structure of Atoms (Electron Configurations). In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• Strengths of Ionic and Covalent Bonds. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• Hydrocarbons. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• DNA Structure and Sequencing. In Biology 2e. OpenStax, 2018.
• Closest Look Ever at Graphene: Stunning Images of Individual Carbon Atoms From TEAM 0.5 Microscope. Lawrence Berkeley National Laboratory, 2008.
• The Nobel Prize in Chemistry 2014: Press Release. Royal Swedish Academy of Sciences, 2014.
• Atomic Weight of Carbon. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• The International System of Units (SI). 9th edition, version 4.01. BIPM, 2026.
• Bohr Radius. NIST, CODATA 2022.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.