Elektronstruktur för en biodlare – om likheten mellan bin och elektroner
av Oksana Travnikova, Uppsala universitet
Atomen består av en atomkärna och elektroner som kretsar kring atomkärnan.
Elektronrörelsen sker under inverkan av naturlagar. På samma sätt har en bikupa också sina
lagar. Alla bin arbetar ihop, och deras arbetsuppgifter är väldigt noggrant fördelade. En viss
sorts bin befinner sig hela tiden inne i bikupan, t.ex. bistädare och bimatare, emdan andra
kretsar runt kupan för att samla näring. I fall det dyker upp en vakans måste andra bin fylla
den tomma platsen så snart som möjligt så att kupan fungerar som en enhet.
Atomer fungerar på samma sätt. De elektroner som befinner sig längst bortifrån kärnan står i
förbindelse med de elektroner som rör sig nära kärnan. Atomkärnan kan jämföras ramarna
för honung i kupan. Ju fler ramar, desto fler bin i bikupan - och ju fler protoner i atomkärnan,
desto fler elektroner atomen. Man kan därför skämtsamt kalla en elektron för ett slags ett
“elektronbi”.
I motsats till riktiga bin sitter elektroner dock på en atomkärna, som förutom protoner (dvs
ramarna) även består av neutroner. I en elektronbikupa har varje ram bara ett “elektronbi”,
dvs för varje proton finns bara en elektron. I en riktig bikupa finns det ungefär 2500 bin för
varje ram.
Om man tar bort ett elektronbi från en elektronbikupan, vad händer då? De andra
elektronbina förstår inte om ett elektronbi har försvunnit eller om antalet ramar (dvs
protoner) har ökat. De reagerar omedelbart i båda fallen.
I mitt arbete studerar jag elektroner som befinner sig nära atomkärnan. Man använder då
röntgenstrålning för att få elektronerna att lossna. Vi tvingar dem att lämna “elektronbikupan”
(atomen) eller att bara åka iväg till bigården tillsammans med de “elektronbin” som åker runt
kuporna. Vad händer då med “elektronbigården” (molekylen)? Kommer
“elektronbisamhällena” att delas upp? Vem tar det utflugna biets plats? Hur det ska gå till?
Och hur snabbt går det? Alla sådana frågor är av intresse.
Olika bin har olika beteende beroende på vilken bigård de befinner sig i. Några av dem stjäl
honung från andras bikupor, medan andra är mycket aggressiva och skyddar sin bikupa från
alla sorters intrång. Det finns också bin som är alltför svaga för att skydda sin bikupa från
intrång. Det är samma sak med atomer och atomgrupper. Det finns atomer som drar
grannelektroner till sig, och andra atomer som tenderar att aldrig ge ifrån sig elektroner.
Dessutom finns det atomer som helst delar elektroner. Vilken effekt får ett “elektronbi” som
stannar “hemma”? Detta är en fråga som, överförd till molekylernas värld, har sysselsatt mig
mycket i denna avhandling.
Det krävs kunskaper för att förstå grundprinciperna för biodling och för att få fram
kvalitetshonung. Även inom forskning i atom- och molekylfysik måste man använda
vetenskapliga kunskaper för att tillverka molekyler med vissa egenskaper, modellera nya
material med bättre egenskaper, utveckla nya och effektivare läkemedel utan biverkningar,
eller – som förra årets nobelpristagare – ta fram material med en gigantisk magnetoresistivitet.
Det senare har gett oss möjlighet att kraftigt minska storleken på hårddiskar, samtidigt som
man har kunna öka datalagringsförmågan.
