Wikijunior Die Elemente/ Atom
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[Bearbeiten] Atome = Basisbausteine
Atome sind die Grundbausteine der Chemie. Sie sind im Universum für alles die Basis. Du solltest dich zurückerinnnern, dass Materie aus Atomen zusammengesetzt ist. Atome und das Studium der Atome sind eine Welt für sich. Wir gehen nun dazu über, die Grundlagen wie atomare Strukturen und Bindungen zwischen Atomen zu betrachten. Wenn du mehr gelernt hast, kannst du zu den Tutorials der Biochemie wechseln und nachvollziehen, wie Atome Verbindungen bilden, die der biologischen Welt zu überleben helfen.
[Bearbeiten] Aufbau
Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Darum werden diese auch subatomare Teilchen genannt. Atome unterscheiden sich voneinander durch die Anzahl der Protonen, Neutronen und Elektronen.
Nach dem heutigen Verständnis besteht das Atom aus zwei Teilen, dem Nukleus (oder Kern) und einer Elektronenwolke. Der Nukleus besteht aus Protonen und Neutronen (auch Nukleonen genannt), die wiederum aus Kombinationen von je drei noch kleineren Teilchen bestehen, die man Quarks nennt. Mit den Quarks beschäftigen sich Teilchen-Physiker, für die Chemie spielen sie keine Rolle. Die Chemie eines Elementes, also ob es bei Zimmertemperatur fest, flüssig oder gasförmig ist, und was passiert, wenn verschiedene Atome zusammentreffen, hängt nur von der Anzahl der Protonen und Elektronen ab. Der Kern ist in der Mitte der Elektronenwolke und sehr klein: wenn du den Rand der Elektronenwolke mit den obersten Plätzen eines Fußballstadions vergleichst, wäre der Kern nur so groß wie ein Reiskorn am Anstoßpunkt. Um den Kern herum ist also viel leerer Raum!
Der 'Kern' ist im Zentrum des Atoms und hält die Protonen und Neutronen am Platz. Der Kern ist sehr klein im Vergleich zu der Größe der Elektronenwolke. Dies bedeutet, dort ist luftleerer Raum, der den Atomkern umgibt. Die Protonen und Neutronen des Atoms sind in spezieller Lage, eben den besagten Orbitalen.
Protonen sind positiv geladen. Die Anzahl an Protonen bestimmt, welches Element du vor dir hast. Zum Beispiel: Atome mit einem Proton sind Wasserstoffatome; nur Wasserstoff hat ein Proton. Im Periodensystem ist die Atomzahl des Elements die gleiche wie seine Protonen-Anzahl.
Neutronen haben keine Ladung, aber sie helfen, den Kern zu stabilisieren. Die positiven Ladungen im Kern würden sich alleine voneinander abstoßen (wie Magneten), und der Kern könnte auseinanderfallen. Elemente mit gleichen Protonenzahlen und unterschiedlicher Anzahl von Neutronen nennt man Isotope. Wasserstoff zum Beispiel hat 3 Isotope, eines mit einem Neutron, eines mit zwei und eines mit drei Neutronen. Sie haben alle nur ein Proton und sind deshalb alle Wasserstoff-Isotope. Manche Isotope sind radioaktiv, das heißt, sie zerfallen mit der Zeit und verlieren ihre zusätzlichen Neutronen. Ein radioaktives Kohlenstoff-Isotop, Kohlenstoff-14, benutzen Paläontologen, um herauszufinden, wie alt ein Fossil (eine Versteinerung) ist. Das geht, weil wir wissen, wie schnell Kohlenstoff-14 zerfällt.
Die Elektronenwolke umgibt den Kern. Früher glaubten manche Wissenschaftler, dass die Elektronen den Kern umkreisen wie die Planeten die Sonne, auf ganz bestimmten, festgelegten Bahnen. Heute wissen wir, dass das nicht stimmt. Die Elektronen bewegen sich zufällig um den Kern und werden von ihm angezogen, weil sie negativ geladen sind. Laut der Theorie der Quantenmechanik können wir nie genau feststellen, wo ein Elektron ist oder wie schnell es sich bewegt. Wir können nur berechnen, mit welcher Wahrscheinlichkeit es an einem bestimmten Ort sein wird. Das nennt man Unschärfe-Relation. Die Elektronen binden Atome zusammen, um Moleküle aufzubauen.
[Bearbeiten] Elektronenanordnung
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Was hält alle Elektronen an ihrem Platz? Die Antwort lautet Energieniveaus. Diese Energieniveaus haben kleine Abteilungen, welche die Elektronen aufnehmen. Diese werden Orbitale genannt. Jedes Orbital kann zwei Elektronen aufnehmen.
- Im ersten Energieniveau gibt es maximal ein Orbital, so dass hier zwei Elektronen aufgenommen werden können.
- Im zweiten Energieniveau gibt es maximal vier Orbitale, so dass acht Elektronen in diesem Niveau Platz finden.
- Eine Verdopplung des Orbitals und seiner Elektronen je Energieniveau gilt als gesichert.
Jedes Orbital kann zwei Elektronen mit gegenläufiger Drehung - Fachwort:Spin - (positiv geladene Ionen = Kationen bzw. negativ geladene Ionen = Anionen) aufnehmen. Das Bohrsche Atommodell stellt sich als falsch heraus und wurde durch das Pauli-Prinzip[1] ersetzt.
