Molekülstruktur.
Atome, Elektronen, Neutronen und Protonen

Atom

Atom

Das Atom ist eine Struktur, in der Materie in der physischen Welt oder in der Natur organisiert ist. Die Atome bilden die Moleküle, während die Atome wiederum aus subatomaren Bestandteilen wie Protonen (mit positiver Ladung), Neutronen (ohne Ladung) und Elektronen bestehen. (mit negativer Ladung).

Was ist ein Atom? Stellen wir uns vor, wir hätten ein Stück Eisen. Wir teilen es auf. Wir haben immer noch zwei Eisenstücke, aber kleinere. Wir werden sie wieder von vorne beginnen ... Jedes Mal, wenn wir mehr kleinere Stücke haben, wird es einen Moment geben, in dem, wenn wir zurückkehren wollen, das, was wir noch übrig hätten, kein Eisen wäre, wäre es ein weiteres Element des Periodensystems. In diesem Moment können wir sagen, dass wir ein Atom, ein Eisenatom, übrig haben.

Definition von Atom

Formal definieren wir Atom als kleinstes Teilchen, in das ein Element unterteilt werden kann, ohne seine chemischen Eigenschaften zu verlieren.

Der Ursprung des Wortes Atom stammt aus dem Griechischen, was unteilbar bedeutet. Zum Zeitpunkt der Taufe dieser Teilchen glaubte man, dass sie nicht wirklich geteilt werden könnten, obwohl heute bekannt ist, dass Atome aus noch kleineren Teilchen bestehen, die in den beiden Atomteilen verteilt sind und als subatomare Teilchen bezeichnet werden.

Teile eines Atoms

Definition von Atom

Die Struktur eines Atoms ist sehr einfach. Wir unterscheiden zwei Teile eines Atoms: Kern und Kortex.

Der Kern ist der zentrale Teil der Atomstruktur. Im Kernteil befinden sich Protonen (Teilchen mit positiver Ladung) und Neutronen (Teilchen ohne elektrische Ladung).

Im Cortex besteht der äußere Teil des Atoms aus Elektronen (Teilchen mit negativer elektrischer Ladung).

Protonen, Neutronen und Elektronen sind die subatomaren Teilchen, aus denen die Struktur des Atoms besteht. Was ein Atom von einem anderen unterscheidet, ist die Beziehung zwischen ihnen.

Die negativ geladenen Elektronen sind die leichtesten subatomaren Teilchen. Die positiv geladenen Protonen wiegen etwa 1.836 Mal mehr als Elektronen. Neutronen, die einzigen, die keine elektrische Ladung haben, wiegen ungefähr so ​​viel wie Protonen.

Die Protonen und Neutronen sind im zentralen Teil des Atoms des Atomkerns angeordnet. Aus diesem Grund werden sie auch als Nukleonen bezeichnet.

Auf diese Weise hat der zentrale Teil des Atoms, der Atomkern, eine positive Ladung, in der sich fast seine gesamte Masse konzentriert, während sich in der Verkürzung um den Atomkern eine bestimmte Anzahl von Elektronen befindet, die negativ geladen sind. Die Gesamtladung des Atomkerns (positiv) ist gleich der negativen Ladung der Elektronen, so dass die elektrische Gesamtladung des Atoms neutral ist.

Bohr-Modell

Diese Beschreibung der Elektronen, die den Atomkern umkreisen, entspricht dem einfachen Bohr-Modell. Gemäß der Quantenmechanik hat jedes Teilchen eine Wellenfunktion, die den gesamten Raum einnimmt, und die Elektronen befinden sich nicht in Umlaufbahnen, obwohl die Wahrscheinlichkeit der Anwesenheit in einer bestimmten Entfernung vom Kern höher ist.

Eigenschaften von Atomen

Die grundlegenden Einheiten der Chemie sind Atome. Während chemischer Reaktionen werden die Atome als solche konserviert, sie werden nicht erzeugt oder zerstört, aber sie sind unterschiedlich organisiert, wodurch unterschiedliche Bindungen zwischen den Atomen entstehen.

Die Atome sind gruppiert und bilden Moleküle und andere Arten von Materialien. Jede Art von Molekül ist die Kombination einer bestimmten Anzahl von Atomen, die auf bestimmte Weise miteinander verbunden sind.

Entsprechend der Zusammensetzung jedes Atoms werden die verschiedenen chemischen Elemente unterschieden, die im Periodensystem der chemischen Elemente dargestellt sind. In dieser Tabelle finden wir die Ordnungszahl und die Massennummer jedes Elements:

  • Die Atomzahl, dargestellt durch den Buchstaben Z, gibt die Anzahl der Protonen an, die in einem Atom vorhanden sind, was der Anzahl der Elektronen entspricht. Alle Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen gehören zu demselben Element und haben dieselben chemischen Eigenschaften. Zum Beispiel bestehen alle Atome mit einem Proton aus Wasserstoff (Z = 1), alle Atome mit zwei Protonen aus Helium (Z = 2).
  • Die Massennummer wird durch den Buchstaben A dargestellt und bezieht sich auf die Summe der Protonen und Neutronen, die im Element enthalten sind. Isotope sind zwei Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen, aber unterschiedlichen Anzahlen von Neutronen. Die Isotope desselben Elements haben chemische und physikalische Eigenschaften, die einander sehr ähnlich sind.

Periodensystem der Elemente.  Eigenschaften von Atomen.

Atome und ihre Isotope

Es kommt vor, dass die Atome eines Elements nicht alle die gleiche Anzahl von Neutronen im Kern haben. Dies wird als Isotop bezeichnet. Isotope haben (fast) die gleichen chemischen Eigenschaften, aber andere physikalische Eigenschaften. Es ist mehr als ein Isotop von praktisch allen Elementen bekannt. Darüber hinaus ist es möglich, neue Atome mit Kernreaktionen zu erzeugen, diese sind jedoch oft instabil und leiden unter radioaktivem Zerfall.

Isotope sind in der Kernenergiebranche sehr wichtig, da durch deren Manipulation instabile Varianten (Isotope) erzeugt werden können, die die Kernspaltungsreaktionen begünstigen. Die Anreicherung von Uran ist genau die Umwandlung eines Uransisotops in ein anderes Isotop von instabilem Uran.

Geschichte der Atomtheorie

Der Begriff Atom ist sehr alt. Sogar Demokritos meinte, dass alles aus Atomen und Leere besteht, und weil es kein Vakuum in den Atomen gibt, sind sie untrennbar, da nur die Leere die Lieder voneinander trennen kann.

Das Konzept des Atoms in der Chemie wurde Anfang des 19. Jahrhunderts von John Dalton eingeführt. Damit erläuterte er insbesondere das Gesetz mehrerer Gewichtungskoeffizienten. Dieses Gesetz besagt, dass, wenn zwei Elemente mehr als eine Verbindung bilden, die Mengen eines Elements, die mit der gleichen Menge eines anderen Elements zusammenfallen können, in einem einfachen, meist kleinen Verhältnis liegen.

Im frühen neunzehnten Jahrhundert erlaubten uns diese Theorie und chemischen Reaktionen, die Beziehung zwischen den Massen der Atome verschiedener Elemente sehr genau zu bestimmen. Es war jedoch noch nicht bekannt, wie groß ihre Massen in einem Bruchteil eines Gramms waren, nur ihre relativen Massen waren bekannt. Daher war es notwendig, eine spezielle Einheit der Atommasse einzuführen, die ursprünglich als Masse des Wasserstoffatoms definiert wurde. (Heute ist es als 1/12 der Masse des Kohlenstoff-12-Atoms definiert).

Zur gleichen Zeit entwickelten sich auch die Thermo-Theorie und die Theorie des nahe verwandten kinetischen Gases, das auch aus Molekülen bestehendes Gas erforderte, rasch. Avogadro-Gesetz, basierend auf der Theorie des kinetischen Gases. Es war auch nützlich, die Atommassen gasförmiger Elemente zu bestimmen.

Im 19. Jahrhundert war jedoch die Atomtheorie in der organischen Chemie von besonderer Bedeutung. Durch verschiedene chemische Reaktionen wurden weitreichende Rückschlüsse auf die Struktur organischer Moleküle und die Reihenfolge der Atome untereinander gezogen. Wenn die Strukturen der organischen Moleküle viel später auch mit Röntgenstrahlen untersucht werden konnten, erwiesen sich die Schlussfolgerungen der Chemiker in den meisten Fällen als richtig.

Die Atomtheorie wurde von den Wissenschaftlern schnell akzeptiert, obwohl Ende des 19. Jahrhunderts noch Zweifel bestanden, wie zum Beispiel Ernst Mach. Erst die Ergebnisse der Radioaktivität und die Erklärung der Bewegung von Albert durch Albert Einstein im Jahre 1905 lösten den Streit schließlich und erlaubten es, die Beziehung zwischen der Einheit der Atommasse und dem Gramm zu bestimmen.

Wie die Demokratie haben Dalton und die wissenschaftliche Gemeinschaft das Atom lange nach ihm unteilbar gehalten. Die Untersuchung der Elektrolyse zu dem Schluss, dass das Atom eine elektrische Ladung erhalten kann, dh ionisiert, führte allmählich zu der Annahme, dass es auch kleinere elektrisch geladene Teilchen gibt.

Atommodelle

Vor etwas mehr als 2000 Jahren führte der Philosoph Platon die Atome in verschiedene Elemente des Timios ein. Er kombinierte ein regelmäßiges Polygon, das sogenannte platonische Stück, in jedes klassische Element: Erde, Luft, Feuer und Wasser, so dass die Erde einem Würfel, einem Oktaeder Luft, einem Ikosaeder Wasser und einem Tetraeder Feuer entsprach. Platon glaubte, dass jedes Element von seinen eigenen Atomen gebildet wurde, wie aktuelle Theorien vermuten.

Von den aktuellen Atommodellen, die auf wissenschaftlichen Erkenntnissen beruhen, ist das erste das Birnenmuster des Elektronenfinders Joseph Thomson. Es wurde gefunden, dass das Atom elektrisch neutral ist, aber aus geladenen Teilchen unterschiedlicher Markierungen besteht. Nach der klassischen Theorie war das einzig mögliche permanente Atommodell eines, bei dem positive und negative Teilchen gleichmäßig auf das Atom verteilt wurden.

Ernest Rutherford führte jedoch ein Experiment durch, bei dem er eine dünne Goldplatte mit Alphateilchen beschoss. Zu seiner großen Überraschung entdeckte er, dass ein kleiner Teil der Teilchen durch die anderen prallte, als ob der größte Teil des Atoms leer wäre und nur ein kleiner Kern die gesamte Masse enthielt. Rutherford endete in einem Sonnensystemmodell, in dem Elektronen einen positiven Kern wie die Planeten der Sonne zirkulieren lassen. Rutherfords Atommodell wäre jedoch der klassischen Physik zufolge nicht stabil, da Elektronen in der Kreisbewegung ihre Energie bald ausstrahlen würden.

Niels Bohr löste das Problem, indem er argumentierte, dass Elektronen den Kern nur in bestimmten permanenten stationären Wegen zirkulieren. In Bohrs Modell werden Elektronen nur dann emittiert, wenn sie sich beim Absorbieren oder Emittieren eines Photons von einer Spur zur anderen bewegen. Die Schwächen des Modells hängen damit zusammen, dass dieses Quantum in keiner Weise erklärt wird.

Schließlich erhielten Physiker wie Erwin Schrödinger entwickelte Quantenmechanik. Das Atommodell, in dem Elektronen Wahrscheinlichkeitswahrscheinlichkeit bilden, umgibt den Kern: Man weiß nie genau, wo sich das Elektron befindet, aber es ist, als würde es sich durch den Raum erstrecken. Aufgrund der Komplexität und Rationalität der Quantenmechanik werden in der Lehre immer noch die einfachen Modelle von Rutherford und Bohr verwendet, und die meisten Menschen betrachten Atome immer noch als kleine Sonnensysteme. Das quantenmechanische Atommodell hat sich jedoch in vielen extremen Experimenten als gültig erwiesen.

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Geändert am: 28. Oktober 2016

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