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Atombau und Bausteine des Atoms

Schlagwörter: Atomkern, Kern, Kernbausteine, Nukleonen, Isotope, Protonen, Elektronen, Neutronen 

Aufbau

01 Bild Atom

Ein Atom besteht aus einem positiv geladenen Atomkern und einer Atomhülle. In der Atomhülle befinden sich die Elektronen. Die Elektronen sind negativ geladen.

Im Atomkern befinden sich Protonen (positiv geladen) und Neutronen (neutral).

Größe des Atoms

02 Größenordnungen im Atom

Es sind z.Zt. 118 verschiedene chemische Elemente bekannt. Diese sind im PSE dargestellt.

Das kleinste Atom ist Wasserstoff (Ordnungszahl 1), das zurzeit größte Atom ist Oganesson (Ordnungszahl 118). Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen an, die sich im Kern des Atoms befinden. Je größer die Ordnungszahl, desto größer das Atom.

Atomradius

Atomradien liegen in der Größenordnung von 10-10 pm. Das entspricht der Einheit von 1Å (Ångström)    Atome haben Durchmesser von ca. 64 pm=6,4*10-11 m  (Wasserstoff)  bis 300 pm=3,0*10-10 m (Gold).

Protonen

Protonen sind deutlich kleiner als die Atome. Sie haben einen Durchmesser von

1,7 fm = 1,7 ·10-15 m und eine Masse von mp= 1,673 ·10-27 kg. Protonen sind positiv geladen. Sie tragen die Ladung von 1,66 ·10-19 C (Elementarladung e). Ihre Ladung hat den gleichen Betrag, wie die der Elektronen, hat aber ein anderes Vorzeichen.

Neutronen

Neutronen sind etwa gleich groß wie die Protonen. Ihre Masse ist etwas größer als die der Protonen.

mn= 1,675 · 10-27 kg

Elektronen

Elektronen sind deutlich kleiner als Protonen und Neutronen.  Sie haben eine Masse von  me= 9,1 ·10-31 kg.

Der Durchmesser der Elektronen kann nicht genau bestimmt werden. Die Angabe eines Durchmessers würde voraussetzen, dass die Elektronen als klassische Teilchen betrachtet werden. Das ist nicht so. Experimente haben aber gezeigt, dass der Durchmesser der Elektronen (wenn es ihn gibt) kleiner als 1 am (atto-Meter  10-18m) ist.

Elektronen sind negativ geladen. Sie tragen die Ladung von 1,602·10-19 C. Ihre Ladung hat den gleichen Betrag, wie die der Protonen, hat aber ein anderes Vorzeichen.

Zusammenfassung

03 Übersicht - Atombausteine

Woher kennen wir die Größe der Atome?

Das Bild und die Vorstellung über Atome haben sich in den vergangenen Epochen geändert. Das wird auch sicher für die Zukunft gelten. (vgl. Was kann / was weiß die Wissenschaft?)

Mit einem optischen Mikroskop können wir Atome nicht sichtbar machen. Auch wenn das Mikroskop noch so gut und groß ist, es wird nicht gelingen. Atome sind kleiner, als die Wellenlänge des Lichtes. Wenn wir versuchen etwas zu detektieren (untersuchen), dann muss der Detektor zu dem Objekt passen, dass wir untersuchen wollen. Wenn du den Innenraum deiner Nase untersuchen möchtest, dann muss der Detektor (z.B. Finger) in die Nase passen. Mit einem Boxhandschuh kommst du nicht mehr in die Nase. So ist es mit dem Licht. Das Licht im sichtbaren Bereich hat Wellenlängen zwischen 380 nm und 800 nm (vgl. Wasserstoffatom 64 pm). Damit ist die kleinste Wellenlänge des Lichtes ca. 10.000 mal größer, als der Atomradius und 200-Millionen mal größer, als der Durchmesser eines Protons (dProton=1,7 fm). Das passt nicht!

Neben dem RUTHERFORDschen Streuversuch, der neue Erkenntnisse zum Aufbau der Atome lieferte, ist der Ölfleck-Versuch eine ebenso einfache wie geniale Möglichkeit, auf die Größe der Atome zu schließen.

Der Öl-Fleck-Versuch brachte Erkenntnisse über die Größe der Atome.