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Atomaufbau – Wie ist ein Atom aufgebaut?

Atome sind die kleinsten Einheiten, aus denen die Materie aufgebaut ist. Sie bestehen aus verschiedenen Kernbausteinen. Ein Atom (z.B. Helium) ist rund 10 hoch minus 7 mm groß. Damit würden 10 Millionen Atome nebeneinander eine Ausdehnung von 1 mm erreichen. Dies dient nur der Anschaulichkeit bzgl. der Größe, da unter normalen Bedingungen diese Situation nicht auftreten würde.

Kernmodell

Jedes Atom enthält einen Atomkern. Er besteht aus elektrisch positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen und enthält 99,9% der gesamten Masse des Atoms. Den größten Volumenanteil des Atoms nimmt die Atomhülle ein. In diesem Raum befinden sich die negativ geladenen, fast masselosen Elektronen. Ihre Zahl entspricht der Anzahl der Protonen im Atomkern, deshalb ist das Atom nach außen hin elektrisch neutral. Die genaue Position eines Elektrons in der Atomhülle kann man prinzipiell nicht bestimmen, da es sich sehr schnell innerhalb der Hülle bewegt. Die Atomhülle ist lediglich der Gesamtraum, in dem sich die Elektronen theoretisch befinden.

Sie bewegen sich in unterschiedlichen Entfernungen um den Atomkern. Die äußersten Elektronen besitzen die geringste Energie. Dies sind die Bindungselektronen, mittels derer ein chemisches Element chemische Verbindungen mit anderen Elementen eingehen und Moleküle bilden kann. Gemeinsam mit den Bindungselektronen des chemischen Reaktionspartners umkreisen die Bindungselektronen dann das Gesamtmolekül. Beim Aufbrechen von solchen chemischen Verbindungen, beispielsweise durch die Zuführung von Wärmeenergie oder durch Elektrolyse, verbleiben die gesamten Bindungselektronen oft bei einem der beiden Elemente.
Es bilden sich Ionen, elektrisch geladene Atomkerne. Der Atomkern, der die Elektronen an sich reißt, ist dann elektrisch negativ geladen, der Atomkern, der die Elektronen abgibt, ist dann elektrisch positiv geladen.

Nuklidschreibweise

Atome werden auch als Nuklide bezeichnet. Es hat sich eine Schreibweise durchgesetzt, die jedes der rund 2000 vorkommenden Nuklide genau beschreiben kann. Er besteht aus der Gesamtzahl der Kernbausteine (Massenzahl), der Anzahl der Protonen (Kernladungszahl) sowie dem Symbol des Elements.

Isotope

Ein chemisches Element wird durch seine Kernladungszahl definiert. Die Neutronenzahl und damit die Massenzahl insgesamt kann jedoch schwanken. Man spricht bei Atomen gleicher Kernladungszahl aber verschiedener Massenzahl von Isotopen. Viele sind nicht stabil und wandeln sich unter Energieabgabe in andere Isotope oder sogar andere Elemente um. Man schreibt zur Kennzeichnung des Isotops oft die Massenzahl hinter das Symbol, so gibt es beispielsweise neben U238 auch das instabile radioaktive U235.

Kernkräfte

Der Zusammenhalt des Atomkerns ist außerordentlich fest. Die Kernkräfte, die dies bewirken, gehören zu den stärksten überhaupt bekannten Kräften. Bei den allermeisten Atomen ist es nicht möglich, Kernbestandteile aus diesem herauszulösen. Einige sehr große Atomkerne hingegen sind relativ instabil, sodass sie durch Beschuss mit bestimmten Teilchen gespalten werden können. Dabei werden ungeheure Energien frei, die einen Eindruck von der Größe der Kernkräfte geben. Die Elektronen sind jedoch vergleichsweise leicht vom Kern zu trennen. Darauf beruht die chemische Reaktionsfähigkeit der Elemente.

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