Atommodellering

Atommodellering avser de olika konceptuella och matematiska modeller som används för att beskriva atomernas struktur och beteende. Modellerna används inom kemi, fysik och materialvetenskap för att förklara reaktioner, spektra och materiella egenskaper på atomnivå.

Historiskt utvecklades modellerna i en följd av steg. Den tidiga atomen antogs vara en helt igenom sammanhängande partikel (Daltons modell). Thomson introducerade plumpudding-modellen där elektronerna var inbäddade i en positiv klump. Rutherford visade genom spridningsexperiment att en liten kärna finns och att mest av atomen består av tomrum. Bohr föreslog en kvantiserad bana för elektroner runt kärnan. Den moderna bilden är den kvantmekaniska modellen där elektroner beskrivs av vågfunktioner och sannolikhetsdensiteter i atomorbitaler.

I dagens atommodell betraktas kärnan som sammansatt av protoner och neutroner, omgiven av elektronmoln som representeras av elektronernas vågfunktioner. Elektronernas position och energi beskrivs med kvanttal (n, l, m, s) och av Pauli-principen. Elektronernas täta sannolikhetsdensitet anger var det är sannolikt att hitta en elektron. Denna modell används inom kemi för att förklara bindningar och kemiska reaktioner samt i fysik och materialvetenskap för att beskriva spektra.

Modellerna används i teoretisk och beräkningsbaserad kemi, exempelvis med Hartree-Fock-metoden och densitetsfunktionalteori (DFT). Det finns inga enkla modeller som fungerar i alla sammanhang; kvantmekaniska modeller är grundläggande men beräkningsintensiva och ofta ersätts av approximationer i praktiken.