Sådan fik forskerne øje på det usynlige atom
Atomer er for små til at kunne ses gennem et almindeligt mikroskop, så hvordan undersøger fysikere og kemikere egentlig noget, de ikke kan se?

Det kan være svært at forestille sig, hvor små atomer i virkeligheden er. De er nemlig så små, at blot et enkelt ark papir er en halv million atomer tykt. Hvis et atom var på størrelse med et æble, ville et æble være lige så stort som hele vores jordklode.

Så hvordan gør forskerne egentlig, når de skal studere noget, der er så småt, at de aldrig kommer til at se det med det blotte øje? Se forklaringen i videoen øverst i artiklen, eller læs med her.

Forskerne har nemlig nogle meget præcise redskaber, som de bruger til at iagttage og studere atomernes udseende og gøren og laden. Men de redskaber har ikke altid eksisteret, og derfor har der igennem historien hersket stor tvivl om, hvorvidt atomerne overhovedet eksisterede.

Idéen om atomet er tusinder af år gammel

Helt tilbage i det antikke grækenland for mere end 2000 år siden havde man en idé om, at der fandtes atomer. Filosoffen Demokrit var overbevist om, at alt stof var sammensat af en masse små partikler, og Platon, som dog tog fejl, mente at forskellige substanser havde forskelligt formede atomer, såsom pyramider og kuber.

Langt senere fandt den engelske kemiker John Dalton i 1800-tallet ud af, at molekyler altid var sammensat af hele antal atomer. Vand med den kemiske formel H2O er for eksempel altid H2O og ikke H2,4O. På tidspunktet var det en meget kontroversiel udtalelse, for mange anså atomerne for at være regler til udregninger, men troede ikke at de eksisterede i virkeligheden - for ingen havde set dem.

Selv Dimitrij Mendelejev, opfinderen af det periodiske system, troede ikke på atomets eksistens i mange år.

Røntgen-stråling blev et gennembrud

Men mikroskopet var opfundet - så hvorfor kiggede forskerne ikke bare efter atomerne under det? Under et mikroskop kan man ikke se genstande, der er mindre end den bølgelængde af lys, man bruger. Og almindeligt sollys har en bølgelængde, som er flere tusinde gange større end atomer.

Så forskerne var nødt til at vente på, man opfandt 'lys' med en tilstrækkelig kort bølgelængde - såsom røntgenstråling. Røntgenstrålingen blev opfundet i 1890‘erne af den tyske forsker Wilhelm Röntgen. Da han tog billeder med strålingen, troede han, at han var blevet sindssyg, da han opdagede, at han kunne kigge igennem objekter. Den var dog god nok, og i dag kender vi alle røntgenstrålingens effekt fra besøg hos tandlægen og skadestuen.

Kemikere bruger dog ikke røntgenstråling til at se igennem ting. I stedet bruger de dem til at undersøge, hvordan atomer er placeret i forskellige objekter. Eksempelvis kan de sende røntgentråler igennem en krystal, der er et solidt objekt, hvor atomerne sidder i lag, og ved at måle hvor reflektionerne rammer på en detektor, kan de sammenstykke en model af, hvordan atomerne er placeret. Denne metode kaldes diffraktion.

Diffraktion førte til opdagelsen af det menneskelige DNA

Røntgen-diffraktion har ledt til flere nobelpriser til kemikere siden 1920‘erne. Metoden førte også til en af de største opdagelser inden for videnskabens historie - strukturen af vores DNA.

James Watson og Francis Craig får oftest æren for opdagelsen, men de baserer deres arbejde på Rosalind Franklin - en krystallograf i England. Hun begyndte at tage røntgenbilleder af DNA i  1952 - og Watsons kig på et af billederne, fotografi 51, gav ham den udslagsgivende idé til, at DNA’ets struktur var den snoede dobbelte helix.

Opdagelsen er stadig kontroversiel i dag, fordi Franklin aldrig gav Watson tilladelse til at se hendes fotografi. I 1962 vandt Watson og hans partnere Crick og Wilkins nobelprisen fire år efter Rosalinds død.

Men selvom røntgenstråler giver muligheden for at skabe en model af atomer, så viser den ikke det faktiske billede af et atom. Løsningen kom først i 1980‘erne.

En skanner med nål viste endelig et billede af atomet

Selvom røntgenstråler giver muligheden for at skabe en model af objekters atomare struktur, så viser den ikke det faktiske billede af et atom. Den løsning kom først i 1980‘erne.

Her opfandt man nemlig STM-skanneren (Scanning Tunneling Microscope). Teknikken fungerer ved, at mikroskopet kører en ekstremt lille nål hen over overfladen på objektet.

Skanneren læser objektet som en slags kemisk blindskrift - bortset fra at spidsen af nålen aldrig helt rører ved objektet. Som nålen bevæger sig hen over overfladen, kan forskerne genskabe det atomiske landskab og endelig gøre selve atomerne synlige på et billede.

Her viste det sig endelig, at atomerne ikke var, som Platon ellers forudsagde, pyramider eller kuber - men derimod mere eller mindre runde kugler i forskellige størrelser.

 

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.