How big is Vesiniku aatom?

Vesiniku aatom on kõige lihtsam aatom: üksainus prooton hoiab kinni üksainsat elektroni. Aatomi läbimõõt on umbes 0,11 nanomeetrit ehk 110 pikomeetrit, mõõdetuna Bohri raadiuse kahekordsena. Nanomeeter on meetri miljardik ja pikomeeter on nanomeetri tuhandik.

Suurus

Aatomil ei ole kõva serva. Selle elektron ei liigu kindlal rajal nagu planeet. Kvantfüüsika kirjeldab seda hoopis tõenäosuspilvena: elektron on kõige tõenäolisemalt tuumast ühel kindlal kaugusel ja kaugemal vähem tõenäoliselt. Seetõttu määratlevad keemikud aatomi suuruse mitmel viisil ja igaüks annab erineva arvu.

Siin toodud arv on kahekordne Bohri raadius. Bohri raadius, 52,9 pikomeetrit, on kaugus prootonist, mille juures elektron on kõige tõenäolisemalt leitav. Selle kahekordne väärtus on 106 pikomeetrit, mis ümardub 110-ni. Nimi austab Niels Bohri, kelle 1913. aasta aatomimudelis asus elektron ringorbiidil just sellise raadiusega.

Teised määratlused annavad teisi suurusi. Kaks molekuliks ühinenud vesiniku aatomit asuvad nii, et nende keskpunktid on teineteisest 74 pikomeetri kaugusel. Teine mõõt, van der Waalsi raadius, põhineb sellel, kui lähedale võivad kaks eraldi aatomit jõuda, enne kui nad teineteist eemale tõukavad. Selle mõõdu järgi on vesiniku aatomi läbimõõt umbes 220–240 pikomeetrit.

Suuruste võrdlused

• Vesiniku aatom on umbes 60 000 korda laiem kui selle keskel olev prooton, mille läbimõõt on umbes 1,7 femtomeetrit. Femtomeeter on nanomeetri miljondik.
• Kui vesiniku aatom oleks suurendatud Ameerika jalgpalli väljaku pikkuseks, mis on lõpptsoonid kaasa arvatud 110 meetrit, oleks selle prootoni läbimõõt alla 2 millimeetri.
• Umbes 750 000–950 000 vesiniku aatomit, kõrvuti asetatud, ulatuksid inimese juuksekarva laiuseni.
• Vesiniku aatomi läbimõõt on 1,06 ongströmi, veidi rohkem kui üks. Ongström, 100 pikomeetrit, on ühik, mida kasutatakse aatomite suuruste ja keemiliste sidemete pikkuste jaoks.
• Ükski tavaline valgusmikroskoop ei suuda vesiniku aatomit näidata. Peenim detail, mida selline mikroskoop suudab eristada, on umbes 0,2 mikromeetrit, peaaegu 2 000 korda aatomi laius. Mikromeeter on meetri miljondik.

Kõige levinum element

Vesinik on universumis kõige levinum element. Päike koosneb massi järgi umbes 75% ulatuses vesinikust. Päikese kõrgel temperatuuril sulavad vesiniku tuumad kokku heeliumiks, vabastades tohutul hulgal energiat. Maal leidub suurem osa vesinikust vees.

Vesiniku raskemad vormid

Sama elemendi aatomeid, mille neutronite arv on erinev, nimetatakse isotoopideks. Enam kui 99,97% Maa vesiniku aatomitest on tuumaks üksik prooton ilma neutroniteta. 1931. aastal tuvastasid Harold Urey ja tema kolleegid Columbia ülikoolis harvema vormi, deuteeriumi, mille mass on umbes kaks korda suurem.

Kolmandal vormil, triitiumil, on lisaks prootonile kaks neutronit. Triitium on radioaktiivne ja pool igast proovist laguneb iga 12,3 aasta järel. Triitium tekib looduslikult atmosfääri kõrgetes kihtides, kui kosmilised kiired tabavad õhus lämmastikumolekule.

Allikad

• Bohr Radius. NIST, CODATA 2022.
• Theoretical Calculation of Absolute Radii of Atoms and Ions. Part 1. The Atomic Radii. Ghosh and Biswas, International Journal of Molecular Sciences, 2002.
• The Bohr Model. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• The Hydrogen Atom. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• Hydrogen: Radii of Atoms and Ions. WebElements, University of Sheffield.
• Hydrogen. Royal Society of Chemistry, Periodic Table.
• Helium. Royal Society of Chemistry, Periodic Table.
• Atomic Weight of Hydrogen. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• Radionuclide Basics: Tritium. U.S. Environmental Protection Agency.
• The International System of Units (SI). 9th edition, version 4.01. BIPM, 2026.
• Proton RMS Charge Radius. NIST, CODATA 2022.
• 2026 NFL Rulebook. National Football League, 2026.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• The Nobel Prize in Chemistry 2014: Press Release. Royal Swedish Academy of Sciences, 2014.