Atome - Allgemein

Bestandteile der Atome

Atome sind die Bausteine, aus denen alle unsere bekannten Stoffe bestehen. Sie sind also die kleinsten Teilchen, die noch einem Element entsprechen.
Der Begriff Atom leitet sich von dem griechischen Wort átomos  her. Dass bedeutet so viel wie unteilbar (siehe auch Teilchenmodell von Demokrit). Heute wissen wir aber, dass Atome nicht unteilbar sind.
Sie bestehen wiederum aus den sogenannten Elementarteilchen.
© Text von serlo.org, Atome, Angepasst von A.Spielhoff, CC BY-SA-4.0

Die Elementarteilchen

Elementarteilchen

Vorkommen

Symbol

Ladung

Masse in Unit

Masse in Unit gerundet

 Protonen (Nukleon)

Atomkern

p+

Positiv

1,0072764 u

1,0 u

 Neutron (Nukleon)

Atomkern

n

Ungeladen / Neutral

1,0086649 u

1,0 u

 Elektronen

Atomhülle

e

Negativ

0,0005485 u

0,0 u

  • Die Anzahl der Protonen unterscheidet sich von Element zu Element.
    (Ist die Anzahl der Protonen in zwei Atomen gleich, gehören sie zum selben Element.)
  • Unterscheidet sich die Anzahl an Neutronen in einem Element spricht man von Isotopen.
  • Unterscheidet sich die Anzahl der Elektronen spricht man von Ionen.
In dem Bild kannst du erkennen, dass das Atom zwei Protonen, zwei Neutronen und zwei Elektronen besitzt. Es ist somit eindeutig dem Element Helium zuzuordnen.
Welches Element wie viele Elementarteilchen besitzt,
kannst du im  Periodensystem der Elemente nachlesen.
© Text von serlo.org, Atome, Angepasst von A.Spielhoff, CC BY-SA-4.0

Aufbau der Atome

Atome bestehen aus einem Atomkern und einer Atomhülle.
Während sich die Nukleonen (Protonen und Neutronen) im Kern des Atoms befinden, sind die Elektronen in ständiger Bewegung und bilden eine Hülle um den Atomkern.
Von der Hülle mit ihren Elektronen gibt es verschiedenen Atommodelle.
Wie genau die Atome aussehen, hat bis heute noch niemand herausgefunden. Denn die Atome sind so klein, dass man sie selbst unter dem besten Mikroskop nur schemenhaft erkennen kann. Selbst das größte Atom ist nur 0,0000005 Millimetern.
Allerdings können die Atome modellhaft beschrieben werden.
© Text von serlo.org, Atome, Angepasst von A.Spielhoff, CC BY-SA-4.0


Je nach Komplexität benutzt man hierfür verschiedene Atommodelle.

Atommodelle und deren aufeinander aufbauenden Erkenntnisse.

  • Jeder Stoff besteht aus kleinsten, unteilbaren Teilchen, den Atomen.
  • Alle Atome eines Elements haben das gleiche Volumen und die gleiche Masse.
    Die Atome unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich in ihrem Volumen und in ihrer Masse.
     © Wikipedia, Demokrit, 28.01.2020, Angepasst von A.Spielhoff,  CC BY SA 3.0

  • Atome sind unzerstörbar. Sie können durch chemische Reaktionen weder vernichtet noch erzeugt werden.
  • Bei chemischen Reaktionen werden die Atome der Ausgangsstoffe nur neu angeordnet und in bestimmten Anzahlverhältnissen miteinander verbunden.
     © Wikipedia, John Dalton, 27.01.2020, CC BY SA 3.0

Möglichkeiten von Atomen:

  • Atome können Elektronen abgeben und werden dann zu elektrisch positiv geladenen Ionen (Kationen).
  • Atome können Elektronen aufnehmen und werden dann zu elektrisch negativ geladenen Ionen (Anionen).

  • Atome besitzen einen winzigen Atomkern, der aus positiven Protonen aufgebaut ist. Die Elektronen befinden sich in der Atomhülle.
  • Atome enthalten eine gleiche Anzahl von positiv geladenen Protonen und negativ geladenen Elektronen, daher sind Atome nach außen hin elektrisch neutral.

  • Die Atomhülle mit Elektronen besteht aus mehreren Schalen.
    Jede Schale fasst eine bestimmte maximale Anzahl von Elektronen:
    • K-Schale=2
    • L- Schale=8
    • M-Schale=18
    • etc. (maximale Elektronen = 2Schalen 2)

  • Die Elektronen befinden sich in sogenannten Orbitalen.
    (Ein Orbital beschreibt einen bestimmten Bereich / Raum um einen Atomkerne, in dem sich ein Elektron mit einer Wahrscheinlichkeit von ungefähr 90 % aufhält.
    Die genaue Position des Elektrons kann nicht ermittelt werden.)
  • Jede Schale enthält eine bestimmte Anzahl von Orbitalen, die jeweils zwei Elektronen fassen.
    • K-Schale= 1 • s-Orbital,
    • L- Schale= 1 • s-Orbital, 3 • p-Orbitale,
    • M-Schale= 1 • s-Orbital, 3 • p-Orbitale, 5 • d-Orbitale.
    • (Anzahl Orbital = Schalen 2)
  • Die s-Orbitale sind kugelförmig, die p-Orbitale hantelförmig, die d & f -Orbitale recht komplex
  • Die Orbitale einer Schale werden zunächst alle einfach und dann doppelt besetzt (Pauli-Prinzip / Verbot).
  • Bindungen entstehen durch Überlappung einfach besetzter Orbitale.

Das Kugelwolkenmodell ist eine Vereinfachung des Orbitalmodells.

  • Die Elektronen befinden sich in „kugelförmigen Ladungswolken“ (kurz: Kugelwolken).
  • Jede Schale enthält eine bestimmte Anzahl von Kugelwolken, die jeweils maximal zwei Elektronen fassen.
    • K-Schale=1 Kugelwolke,
    • L- Schale=4 Kugelwolke,
    • M-Schale=9 etc. Kugelwolke etc.
    • (Anzahl Kugelwolken = Schalen 2)
  • In der äußersten Schale können sich nie mehr als 4 Kugelwolken (also maximal 8 Elektronen) befinden, wobei die Kugelwolken den größtmöglichen Abstand zueinander einnehmen.
  • Die Kugelwolken einer Schale werden zunächst alle einfach und dann doppelt besetzt.
  • Bindungen entstehen durch Überlappung einfach besetzter Kugelwolken.

Die Größe vom Atomkern

Die Größe vom Atomkern
Genauere Messungen ergaben, dass der Atomkern mit einem Durchmesser von 10-14 m (0,00000000000001 m)  10.000 mal kleiner ist als das gesamte Atom, dessen Durchmesser 10-10 m (0,0000000001 m) beträgt.
In dem links dargestellten Bild von dem Atom müsste der Atomkern wenn er denn richtig gezeichnet wäre ca. 0,002 mm groß sein und die Elektronen noch erheblich keiner.  Ein gezeichnetes Atom würde dann aussehen wie das Bild auf der rechten Seite und wäre nicht mehr sehr anschaulich. Deshalb zeichnet man die Atome immer mit stark vergrößerten Atomkern und Elektronen.

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