4.8 • +11k Ratings
Speichern
Drucken
Bearbeiten
Das Atom ist der Grundbaustein aller festen, flüssigen und gasförmigen Stoffe. In diesem Artikel erklären wir dir den Atomaufbau und welche Eigenschaften für ein Atom daraus resultieren. Der Atomaufbau ist ein Teilgebiet der Kernphysik und wird im Fach Physik unterrichtet.
Ein Atom ist die kleinste Einheit eines chemischen Elementes und jedes Atom lässt sich einem chemischen Element zuweisen. Diese Atome unterscheiden sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Zur Zeit der Namensgebung ging man davon aus, dass ein Atom nicht teilbar ist. Heutzutage unterteilt man ein Atom in den Atomkern und die Atomhülle.
Der Atomkern lässt sich in noch kleinere Teilchen unterteilen: in die positiv geladenen Protonen und die elektrisch neutrale Neutronen. Wie du siehst, ist der Atomkern positiv geladen.
Die Protonen und Neutronen in einem Atomkern nennt man Nukleonen. Diese Nukleonen sind durch starke Wechselwirkungen aneinander gebunden.
Der Durchmesser des Atomkerns ist im Vergleich zur Atomhülle ein Zehn- bis Hunderttausendstel kleiner. Trotzdem enthält der Atomkern über 99,9 % der Atommasse.
Die Anzahl der Protonen eines Atoms bleibt immer gleich. Sie bestimmt die Anzahl der Schalen der Atomhülle und das chemische Verhalten des Atoms. Die Anzahl der Protonen wird als Ordnungszahl Z im Periodensystem festgelegt. Alle Atome desselben Elements haben die gleiche Ordnungszahl.
Es gibt 118 bekannte chemische Elemente. Das Element mit der kleinsten Ordnungszahl besitzt nur ein Proton im Atomkern und ist dir als Wasserstoff bekannt (Z = 1). Das Atom mit den meisten Protonen ist Oganesson (Z = 118). Im Periodensystem werden die Elemente mit aufsteigender Ordnungszahl in einer Tabelle angeordnet.
Es ist möglich, dass sich die Neutronenzahl N der Atomen des gleichen Elements voneinander unterscheidet. Man spricht dann von einem Isotop des Elementes.
Aus der Ordnungszahl Z und der Neutronenzahl N ergibt sich die Massenzahl A.
In der Abbildung siehst du das Wasserstoffatom (H) und seine zwei Isotope Deuterium und Tritium.
Bei der Schreibweise 13H ist die obere Zahl die Massenzahl A und die untere Zahl die Ordnungszahl Z (Anzahl der Protonen). Diese Schreibweise ist universal und gilt für alle anderen Elemente und Isotope auch.
In der Natur liegen die meisten Elemente als Mischung verschiedener Isotope vor.
Abbildung 1: Wasserstoffatom mit seinen zwei IsotopenQuelle: link.springer.com
Bei der Schreibweise 13H ist die obere Zahl die Massenzahl A und die untere Zahl die Ordnungszahl Z (Anzahl der Protonen). Diese Schreibweise ist universal und gilt für alle anderen Elemente und Isotope auch.
In der Natur liegen die meisten Elemente als Mischung verschiedener Isotope vor.
In der Atomhülle befinden sich die negativ geladenen Elektronen. Die Atomhülle bestimmt die Größe des Atoms.
Im Laufe der naturwissenschaftlichen Forschung wurden einige sehr unterschiedliche Atommodelle entworfen. Das heutzutage populärste und einfachste Atommodell ist das Bohrsche Atommodell. Bei diesem bewegen sich die Elektronen in Kreisbahnen um den Atomkern.
Oft wird auch von der „Elektronenwolke“ oder „Elektronenhülle“ gesprochen, wenn die Atomhülle gemeint ist.
Da die Atomhülle negativ und der Atomkern positiv geladen ist, ziehen sie sich gegenseitig elektrostatisch an.
In der Grundform gilt:
Anzahl Protonen = Anzahl Elektronen
Das Atom ist also neutral und hat keine Ladung.
Es ist möglich, dass zusätzliche Elektronen vorhanden sind, dann ist das Atom negativ geladen. Fehlen hingegen Elektronen, ist das Atom positiv geladen. Ein positiv oder negativ geladenes Atom nennt man Ion.
Nehmen wir wieder unser Wasserstoffatom (H) zur Hilfe. Im neutralen Zustand hat es 1 Proton und 1 Elektron. Wird dem Wasserstoffatom ein Elektron zugeführt, spricht man von Hydration. Und man schreibt 
. Wird dem Wasserstoffatom aber das Elektron entzogen, erhält man ein Proton und man schreibt 
.
Abbildung 3: Elektrische Landungen
Quelle: studimup-physik.de
Wie vorhin schon kurz erwähnt, gibt es verschiedene Atommodelle. Wir wollen dir hier die zwei wichtigsten Atommodelle – das Bohrsche Schalenmodell und das Orbitalmodell – kurz und einfach erklären.
Das Bohrsche Atommodell ist die Grundlage des Periodensystems und erklärt den Aufbau der Elektronenhülle.
Du kannst dir das Ganze wie ein kleines Planetensystem vorstellen: Die Elektronen sind unsere Planeten, welche in festgelegten Kreisbahnen um den Atomkern – unsere Sonne – kreisen (die Größenverhältnisse stimmen hier natürlich nicht!). Es ist also nicht möglich, dass die Elektronen mit dem Atomkern in Berührung kommen.
Diese Kreisbahnen nennt man im Bohrschen Atommodell Schalen. Es gibt vier Schalen, welche unterschiedlich viele Elektronen aufnehmen können.
K-Schale: 2 Elektronen
L-Schale: 8 Elektronen
M-Schale: 18 Elektronen
N-Schale: 32 Elektronen
Die K-Schale ist die dem Atomkern nächste Schale, die N-Schale die dem Atomkern entfernteste Schale. Die K-Schale besitzt das niedrigste Energieniveau. Je weiter man sich vom Atomkern entfernt, desto höher wird das Energieniveau. Elektronen bevorzugen immer den energieärmsten Zustand. Das heißt, sie versuchen immer, zuerst die K-Schale zu besetzen. Erst wenn die K-Schale voll ist, wird die L-Schale besetzt (und so weiter).
In der Abbildung siehst du das Chlor-Atom. Dieses hat 17 Protonen im Atomkern und 17 Elektronen in der Atomhülle.
K-Schale: 2 Elektronen (voll besetzt)
L-Schale: 8 Elektronen (voll besetzt)
M-Schale: 7 Elektronen (11 Plätze noch übrig)
Die Elektronen in der äußersten Schale nennt man Valenzelektronen.
Das Orbitalmodell ist ein quantenmechanischer Ansatz und ersetzt in größten Teilen das klassische Bohrsche Modell.
Im Orbitalmodell bewegen sich die Elektronen nicht auf einem festgelegten Radius um den Atomkern, sondern befinden sich in Orbitalen. Ein Orbital ist die räumliche Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons in der Nähe des Atomkerns.
Das ist schwer vorzustellen. Veranschaulichen lassen sich die Orbitale durch die Oberfläche des kleinstmöglichen Volumens, in dem sich das Elektron mit großer Wahrscheinlichkeit aufhält. Diese Körper entsprechen dann der ungefähren Größe und Form des Atoms.
Die obere Reihe gibt die Wahrscheinlichkeitsdichte der Orbitale an.
In der unteren Reihe siehst du die Isofläche. Diese umfasst das Volumen, in dem sich das Elektron mit 90 % Wahrscheinlichkeit aufhält.
Abbildung 5: SEQ AbbildungQuelle: de.wikipedia.org
In der Abbildung sind die ersten beiden Schalen des Bohrschen Modells im Orbitalmodell dargestellt.Die K-Schale entspricht dem Energieniveau n=1 (das Orbital ganz links) und die L-Schale n=2 (Kasten). Die Anzahl der Orbitale pro Energieniveau (= Schale) ergibt sich aus 
. Für das zweite Energieniveau gibt es also 
Orbitale. n wird auch Hauptquantenzahl genannt.
Wenn zwei oder mehrere Atome eine chemische, kovalente Verbindung miteinander eingehen, entsteht ein Molekül. Dieses kann aus gleichen Atomen oder Atomen unterschiedlicher Elemente bestehen.
Bekannte Moleküle aus gleichen Atomen sind zum Beispiel Sauerstoff (
) oder Ozon (
). Wasser (
) hingegen besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.
Abbildung 6: MoleküleQuelle: blutwert.net
Die räumliche Anordnung der Atome entscheidet über die Materialeigenschaften eines Stoffes und auch darüber, wie er sich in einer chemischen Reaktion verhält.
Ein Atom besteht aus einer Atomhülle und einem Atomkern.
Der Atomkern bestimmt die Masse eines Atoms und enthält positive Protonen und neutrale Neutronen.
Die Atomhülle ist keine starre Schale, sondern lässt sich am ehesten mit einer Wolke vergleichen, in der die negativen Elektronen sich bewegen.
Ein Atom ist im Grundzustand nicht elektrisch geladen.
Werden Elektronen hinzugeführt oder entfernt, spricht man von Ionen. Diese können entweder positiv oder negativ geladen sein.
Atome eines Elementes können eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen besitzen. Diese Atome fasst man unter Isotopen zusammen.
Es gibt verschiedene Modelle, um den Atomaufbau zu beschreiben. Die zwei gängigsten sind das Bohrsche Atommodell und das Orbitalmodell.
Wenn zwei oder mehrere Atome eine kovalente Bindung eingehen, entsteht ein Molekül.
Frage
Was versteht man unter der Hauptquantenzahl und wie wird sie berechnet?
Antwort
Die Hauptquantenzahl etspricht der Anzahl der Orbitale pro Energieniveau n (= Schale). Sie wird berechnet aus .
Für das zweite Energieniveau gibt es also = 4 Orbitale.
Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.
Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.
Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.
Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.
Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.
Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.
Kenne deine Schwächen und Stärken.
Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.
Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.
Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.
Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.
Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.
Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.
