Molekülstruktur.
Atome, Elektronen, Neutronen und Protonen

Atomkern

Atomkern

Der Atomkern ist der kleine zentrale Teil des Atoms mit positiver elektrischer Ladung, in dem der größte Teil der Atommasse konzentriert ist. Es wurde 1911 von Ernest Ruthenford entdeckt. Nach der Entdeckung des Neutrons im Jahr 1932 wurde das Atomkernmodell schnell von Dmitri Ivanenko und Werner Heisenberg entwickelt.

Die subatomaren Hauptteilchen der Atomkerne sind Protonen und Neutronen oder Nukleonen (mit Ausnahme desjenigen von gewöhnlichem oder eigenem Wasserstoff, der nur ein Proton enthält). Das gleiche chemische Element wird durch die Anzahl der Protonen im Kern charakterisiert, die die positive Gesamtladung bestimmen. Diese Nummer wird als Ordnungszahl bezeichnet. Die Massenzahl ist die Summe aus Protonen und Neutronen.

Die Kernphysik ist der wissenschaftliche Zweig, der für das Studium und das Verständnis des Atomkerns verantwortlich ist, einschließlich der Kräfte, die ihn verbinden, und seiner Zusammensetzung.

Eigenschaften des Atomkerns

Nahezu die gesamte Masse eines Atoms befindet sich im Atomkern, wobei die Elektronenwolke einen sehr geringen Beitrag leistet, da Elektronen im Vergleich zu Neutronen und Protonen sehr wenig wiegen. Protonen und Neutronen bilden zusammen den Atomkern durch die Kernkraft.

Die Kraft, die die Subpartikel im Kern der Atome zusammenhält, ist die Energie, die bei den Reaktionen der Kernfusion und der Kernfusion erhalten wird. Wenn diese Bindungen der Kraft gebrochen werden, wird ein Massenverlust erlebt, der nach Albert Einsteins Theorie zu Energie wird. E = mc 2

Der Durchmesser des Kerns liegt für Wasserstoff im Bereich von 1,75 fm, was dem Durchmesser eines einzelnen Protons bis etwa 15 fm für die schwereren Atome, wie Uran, entspricht.

Strukturmodelle des Atomkerns

Der erste Vorschlag zur inneren Struktur des Atomkerns wurde 1808 vom englischen Chemiker John ausgearbeitet. Nach Daltons Vorschlag besteht die Materie aus unteilbaren und unsichtbaren Atomen. Zu dieser Zeit gab es keine kleineren Teilchen; Für Dalton war die Existenz des Atomkerns unbekannt.

Das erste Modell der inneren Struktur des Atoms erschien 1897 durch Joseph John Thomson. Thomson war der erste, der das Elektron identifizierte. Thompson definierte das Elektron als subatomares Teilchen mit negativer Ladung. Durch diese Entdeckung konnte er folgern, dass, wenn die Atome mit einer neutralen Ladung präsentiert werden und ein negativ geladenes Teilchen vorliegt, sie mindestens eine andere Ladung der positiven Ladung haben müssten (dies wäre Proton).

Daher enthielten weder Daltons Atommodell noch Thomson-Modelle eine Beschreibung des Atomkerns. Die Idee des Atomkerns entstand 1911, als Ernest Rutherford und seine Mitarbeiter Hans Geiger und Ernest Marsden eine Reihe von Experimenten mit einem Strahl aus Alphastrahlung und sehr dünnen Metalllaminaten durchführten.

1913 postuliert Niels Bohr, dass Elektronen sich mit hoher Geschwindigkeit um den Atomkern drehen und mit kinetischer Energie geladen werden. Die Elektronen sind in verschiedenen Kreisbahnen angeordnet, die unterschiedliche Energieniveaus bestimmen. Das Elektron kann auf ein höheres Energieniveau zugreifen, für das es Energie absorbieren muss. Um zu seinem ursprünglichen Energieniveau zurückzukehren, muss das Elektron die absorbierte Energie (zum Beispiel in Form von Strahlung) emittieren.

Üblicherweise gibt es zwei verschiedene Modelle, die die Atomkerne beschreiben:

  • Das Modell des Wassertropfens
  • Das Ebenenmodell

Atommodell des Flüssigkeitstropfens

Das Flüssigkeitstropfenmodell ist eines der ersten Modelle der Atomkernstruktur. In diesem Atommodell ist der Kern als Flüssigkeit aus Neutronen und Protonen mit einer abstoßenden inneren elektrostatischen Kraft proportional zur Anzahl der Protonen. Die quantenmechanische Natur dieser Teilchen erscheint durch das Pauli-Ausschlussprinzip. Das Pauli-Prinzip der Vertreibung besagt, dass es nicht zwei Nukleonen desselben Typs im selben Staat geben kann. Die Flüssigkeit ist also eigentlich eine sogenannte Fermi-Flüssigkeit.

Dieses Modell eines Atomkerns versucht nicht, die komplexe innere Struktur des Kerns zu beschreiben, sondern nur die Energien der Verbindung zwischen Neutronen und Protonen sowie einige Aspekte der angeregten Zustände eines Atomkerns, die in den Kernspektren reflektiert werden.

Atomstrukturmodell der Schichten

Das atomare Kernmodell von Schichten ist ein Modell, das versucht, einen Teil der inneren Struktur einzufangen, die sowohl im Drehimpuls des Kerns als auch im Drehimpuls reflektiert wird. Außerdem soll das Modell erklären, warum Kerne mit mehreren Nukleonen (Neutronen und Protonen) stabiler sind.

Die Erklärung des Modells ist, dass die Nukleonen in Schichten gruppiert sind. Jede Schicht wird durch einen Satz von Quantenzuständen mit ähnlichen Energien gebildet. Der Unterschied der inneren Energie zwischen zwei Schichten ist im Vergleich zu den Änderungen der inneren Energie innerhalb jeder Schicht groß. In Anbetracht der Tatsache, dass die Nukleonen Fermionen sind, wird ein Atomkern also die Schichten mit niedrigerer Energie voll haben, so dass die Nukleonen nicht in die unteren Schichten fallen können, die bereits voll sind.

Die Schichten müssen hier in einem abstrakten Sinn und nicht als physikalische Schichten verstanden werden, da die Schichten einer Zwiebel tatsächlich die geometrische Form des von einem Nukleon in einem gegebenen Zustand einer Schicht eingenommenen Raumes mit dem von Nukleonen anderen eingenommenen Raum durchdringen Schichten, analog wie sich die elektronischen Schichten in einem Atom durchdringen.

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Geändert am: 30. August 2017

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