Ein Atom besteht aus einer Hülle und einem im Vergleich zu seinem Gesamtvolumen winzigen Kern. Die Atomhülle (Elektronenhülle) hat mit einem Radius von etwa 10-8 cm einen ungefähr zehntausendfach größeren Radius als der Atomkern (r = 10-12 cm).
Zur Veranschaulichung: würde man ein Atom auf die Größe einer Kathedrale aufblähen, so entspräche der Kern der Größe einer Fliege (allerdings wäre eine solche Fliege vieltausendfach schwerer als die Kathedrale selbst). In anderen Worten: der Atomkern nimmt nur etwa ein Millionstel eines Milliardstels des Gesamtvolumens eines Atoms ein!
Im Atomkern konzentriert sich fast die gesamte Masse des Atoms. Die Elektronen tragen eine negative elektrische Ladung und die Protonen eine positive, wodurch sie sich gegenseitig anziehen. Die Neutronen sind elektrisch neutral und haben eine geringfügig größere Masse als die Protonen.
Atome mit der gleichen Anzahl an Protonen werden dem gleichen chemischen Element zugeordnet.
Atome mit der gleichen Protonenzahl aber unterschiedlichen Neutronenzahlen nennt man Isotope, sie gehören dem gleichen chemischen Element an.
Bei den meisten chemischen Reaktionen spielt die Anzahl der Neutronen keine Rolle. Wichtig ist die Anzahl der Neutronen im Bereich der Strahlungslehre.
Natürlich vorkommende Elemente sind meist ein Gemisch aus verschiedenen Isotopen.
In der Kernphysik unterscheidet man Atomsorten nach der Zahl der Protonen und Neutronen, da diese eine unterschiedliche Radioaktivität aufweisen. Meist sind nur ein oder zwei Isotope eines Elements stabil, die anderen zerfallen radioaktiv. Von einigen Elementen gibt es auch überhaupt kein stabiles Isotop. Atom(kerne) mit gleicher Zahl an Protonen und Neutronen bezeichnet man als Nuklide.
Das kleinste Atom ist das Wasserstoffatom mit nur einem Proton im Atomkern. Eines der schwersten Atome ist das Uran-Atom mit 92 Protonen im Atomkern (siehe Periodensystem). Das schwerste Atom, dessen Herstellung in entsprechenden Experimenten bisher gelungen ist, ist das Ununoctium-Atom mit 118 Protonen im Atomkern (Stand Aug.2004). Es ist jedoch extrem kurzlebig.
Kenndaten
Atome sind in erster Näherung kugelförmig und haben eine Größe von 0,1 bis 0,5 nm, also 0,0000001 bis 0,0000005 mm. Innerhalb des Periodensystems nehmen die Atomradien von links nach rechts und von oben nach unten zu. Allerdings besteht kein linearer Zusammenhang zwischen der Protonenzahl (und damit der Ordnungszahl) und dem Atomradius.
Ihre Masse beträgt abhängig von der Massenzahl zwischen 10-24 und 10-22 g.
Die Chemie beschäftigt sich mit den Atomen und ihren Verbindungen, den Molekülen. Dies setzt auch genaue Kenntnisse über die Struktur der Atomhülle voraus.
Die Geschichte des Atoms beginnt im antiken Griechenland um 400 vor Christus. Der griechische Philosoph Demokritos (Demokrit) nahm an, dass alles Stoffliche aus kleinsten, unteilbaren Teilchen besteht => a-tomos - unteilbar.
In seiner Vorstellung gab es aber zum Beispiel Apfelatome und Fleischatome, außerdem hielt er die Poren in Äpfeln oder der Haut für diese Atome.
Sein philosophischer Kontrahent war Empedokles, der die Lehre von den vier Elementen Feuer, Erde, Luft und Wasser begründete.
Demokritos' Lehre gewann kaum Anhänger und wurde erst um 1800 von John Dalton wieder aufgenommen und 1808 mit seiner Atomhypothese ausformuliert.
Bis ins 20. Jahrhundert hielt man dann Atome für massive Kugeln, die unteilbar sind.
Erst 1896 entdeckte Henri Becquerel die Radioaktivität, und stellte fest, dass sich Atome umwandeln können.
Man erkannte auch, dass Atome positive und negative elektrische Ladungen in sich vereinen, und 1897 wurde das Elektron nachgewiesen.
Der Physiker Ernest Rutherford entdeckte 1906 mit dem rutherfordschem Experiment, dass Atome nicht massiv sind, ja sogar im Grunde fast gar keine Substanz besitzen.
Aus dem Experiment leitete er bis 1911 die genaue Größe eines Atoms, also der Atomhülle und der Größe des Atomkerns ab. Ferner konnte er ermitteln, dass der Atomkern die positive Ladung, die Atomhülle eine entsprechende negative Ladung trägt. So entdeckte er das Proton.
Die Bahnen besitzen verschiedene Radien, und jede Bahn besitzt eine maximale Kapazität für Elektronen. Atome streben Bohr zufolge an, dass alle Bahnen komplett besetzt sind.
Da sich das Modell für komplexere Atome als unzureichend erwies, wurde es 1916 von Bohr und dem deutschen Physiker Arnold Sommerfeld dahingehend verbessert, dass man für bestimmte Elektronen exzentrische, elliptische Bahnen annahm.
Inzwischen weiß man, dass sich die Elektronen in so genannten Orbitalen aufhalten. Das bohr-sommerfeldsche Atommodell erklärt viele chemischen und physikalischen Eigenschaften von Atomen.
Die Kernverschmelzung (Kernfusion) gelang erstmals mit Teilchenbeschleunigern. Derzeit laufen Versuche, damit Kernkraftwerke zu realisieren, bislang konnte aber nur für sehr kurze Zeit mehr Energie gewonnen werden, als in den Prozess hineingesteckt wurde.
Literatur
Bernhard Bröcker u.a.: dtv Atlas Atomphysik: Taf. u. Texte. 6. Aufl. 1997. ISBN_3-423-03009-7.
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