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Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Was ist ein Atom?

Das Atom ist eine Struktur, in der Materie in der physischen Welt oder in der Natur organisiert ist. Atome bilden die Moleküle, während Atome wiederum aus subatomaren Bestandteilen wie Protonen (positiv geladen), Neutronen (ungeladen) und Elektronen gebildet werden. (mit negativer Ladung).

Was ist ein Atom?

Stellen wir uns zum Beispiel vor, wir haben ein Stück Eisen. Wir haben es aufgeteilt. Wir haben noch zwei Eisenstücke, aber kleiner. Wir werden sie wieder verlassen, wieder ... Jedes Mal, wenn wir mehr kleinere Stücke haben, bis es eine Zeit geben wird, dass es kein Eisen mehr wäre, wenn wir es von dem zurückgeben würden, was wir übrig hätten, wäre es ein weiteres Element des Periodensystems. Zu diesem Zeitpunkt können wir sagen, dass das, was wir übrig haben, ein Atom ist, ein Eisenatom.

Atomdefinition

Formal definieren wir das Atom als das kleinste 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. Zu der Zeit, als diese Teilchen getauft wurden, glaubte man, dass sie nicht geteilt werden konnten, obwohl wir heute wissen, dass Atome aus noch kleineren Teilchen bestehen, die in den beiden Teilen des Atoms, den sogenannten subatomaren Teilchen, verteilt sind.

Was sind die Teile eines Atoms?

Das Atom ist in zwei Teile geteilt: den Kern und den Kortex. Der Kern besteht wiederum aus Neutronen (mit neutraler Ladung) und Protonen (mit positiver Ladung). Die Kruste wird jedoch ausschließlich von Elektronen (mit negativer Ladung) gebildet.

Was sind die Teile eines Atoms?

Protonen, Neutronen und Elektronen sind die subatomaren Teilchen, die die Struktur des Atoms bilden. 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 das gleiche wie Protonen.

Protonen und Neutronen sind im zentralen Teil des vom Atomkern gebildeten Atoms gruppiert. Aus diesem Grund werden sie auch Nukleonen genannt. Die Energie, die Neutronen und Neutronen zusammenhält, ist Kernenergie;

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

Bohr-Modell

Diese Beschreibung der den Atomkern umlaufenden Elektronen 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 einem bestimmten Abstand vom Kern höher ist.

Was sind die nuklearen Eigenschaften des Atoms?

Die Grundeinheiten der Chemie sind Atome. Während chemischer Reaktionen werden Atome als solche konserviert, sie werden nicht erzeugt oder zerstört, sondern sie sind unterschiedlich organisiert, wodurch unterschiedliche Bindungen zwischen einem Atom und einem anderen entstehen.

Was sind die nuklearen Eigenschaften des Atoms?Atome gruppieren sich zu Molekülen und anderen Arten von Materialien. Jeder Molekültyp ist die Kombination einer bestimmten Anzahl von Atomen, die auf bestimmte Weise miteinander verbunden sind.

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

  • Die Atomzahl, dargestellt durch den Buchstaben Z, gibt die Menge an Protonen an, die ein Atom hat, was der Menge der Elektronen entspricht. Alle Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen gehören zum gleichen Element und haben die gleichen chemischen Eigenschaften. Zum Beispiel sind alle Atome mit einem Proton Wasserstoff (Z = 1), alle Atome mit zwei Protonen sind Helium (Z = 2).
  • Die Massenzahl wird durch den Buchstaben A dargestellt und bezieht sich auf die Summe der Protonen und Neutronen, die das Element enthält. Isotope sind zwei Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen, aber einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen. Isotope desselben Elements haben chemische und physikalische Eigenschaften, die einander sehr ähnlich sind.

Was bedeutet es, dass ein Atom Isotope hat?

Es kommt vor, dass die Atome eines Elements nicht alle die gleiche Anzahl von Neutronen im Kern haben. Dies nennt man Isotop. Isotope haben (fast) die gleichen chemischen Eigenschaften, aber andere physikalische Eigenschaften. Es ist mehr als ein Isotop praktisch aller Elemente bekannt. Darüber hinaus ist es möglich, neue Atome mit Kernreaktionen zu erzeugen, diese sind jedoch häufig instabil und leiden unter einer radioaktiven Verschlechterung.

Isotope sind in der Kernenergiebranche sehr wichtig, da ihre Manipulation instabilere Varianten ( Isotope) erzeugen kann, die Kernspaltungsreaktionen begünstigen. Bei der Urananreicherung geht es darum, ein Uranisotop in ein anderes instabileres Uranisotop umzuwandeln.

Geschichte der Atomtheorie

Das Konzept des Atoms ist sehr alt. Sogar Demokritos schlug vor, dass alles aus Atomen und Leere besteht, und weil es keine Leere in Atomen gibt, sind sie unteilbar, weil nur Leere die Lieder voneinander trennen kann.

Das Konzept des Atoms in der Chemie wurde von John Dalton im frühen 19. Jahrhundert eingeführt. Damit erklärte er insbesondere das Gesetz der multiplen Gewichtskoeffizienten. Dieses Gesetz besagt, dass, wenn zwei Elemente mehr als eine Verbindung bilden, die Mengen eines Elements, die mit der gleichen Menge eines anderen Elements übereinstimmen können, in einem einfachen, im Allgemeinen kleinen ganzen Verhältnis vorliegen.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts konnten wir mit dieser Theorie und den chemischen Reaktionen die Beziehung zwischen den Massen der Atome verschiedener Elemente sehr genau 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).

Gleichzeitig entwickelten sich auch die Thermo-Theorie und die eng verwandte kinetische Gastheorie, für die ebenfalls Gas aus Molekülen erforderlich war, rasch. Avogadrosches Gesetz, basierend auf der Theorie des kinetischen Gases. Es war auch nützlich zur Bestimmung der Atommassen gasförmiger Elemente.

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

Die Atomtheorie wurde von Wissenschaftlern schnell akzeptiert, obwohl es im späten neunzehnten Jahrhundert noch Zweifel gab, zum Beispiel Ernst Mach. Nur die Ergebnisse der Radioaktivität und die Erklärung von Alberts Bewegung durch Albert Einstein im Jahr 1905 lösten schließlich den Streit und erlaubten es, die Beziehung zwischen der Einheit der Atommasse und dem Gramm zu bestimmen.

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

Atommodelle

Vor etwas mehr als 2.000 Jahren führte der Philosoph Platon Atome in verschiedene Elemente der Timios ein. Er kombinierte ein reguläres Polygon, das sogenannte platonische Stück, in jedem klassischen Element: Erde, Luft, Feuer und Wasser, so dass die Erde einem Würfel, einem Luftoktaeder, einem Wasserikosaeder und einem Feuertetraeder entsprach. Platon glaubte, dass jedes Element von seinen eigenen Atomen gebildet wurde, wie aktuelle Theorien annehmen.

Von den aktuellen Atommodellen, die auf wissenschaftlichen Erkenntnissen beruhen, ist das erste das Glühbirnenmuster des Elektronenfängers Joseph Thomson. Es wurde festgestellt, dass das Atom elektrisch neutral war, aber aus geladenen Teilchen verschiedener Marken bestand. Nach der klassischen Theorie war das einzig mögliche permanente Atommodell eines, bei dem die positiven und negativen Teilchen gleichmäßig auf das Atom verteilt sind.

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

Niels Bohr löste das Problem, indem er argumentierte, dass Elektronen den Kern nur auf bestimmten permanenten stationären Pfaden zirkulieren lassen. Im Bohr-Modell werden Elektronen nur emittiert, wenn sie sich von einer Spur zur anderen bewegen, wenn sie ein Photon absorbieren oder emittieren. Die Schwächen des Modells hängen damit zusammen, dass dies in keiner Weise erklärt wird.

Schließlich erhielten Physiker wie Erwin Schrödinger die entwickelte Quantenmechanik. Das Atommodell, in dem Elektronen Wahrscheinlichkeitswolken um den Kern bilden: 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 die einfachen Modelle von Rutherford und Bohr immer noch in der Lehre 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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Erscheinungsdatum: 7. Mai 2019
Geändert am: 19. April 2019