Was ist ein Atom?

Was ist ein Atom?#

Nimm ein Stück Gold und schneide es in der Mitte durch, dann wieder durch und immer wieder. Irgendwann hättest du ein Stück, das du nicht mehr teilen könntest, ohne dass es kein Gold mehr wäre. Das ist ein Atom. Das Wort kommt aus dem Griechischen und bedeutet „unteilbar“. Heute weiß man, dass Atome doch aus noch kleineren Teilchen bestehen, aber der Name ist geblieben.

Atome sind unglaublich klein. Ein Atom ist etwa ein zehnmillionstel Millimeter groß. Hunderttausende davon nebeneinander würden quer über ein menschliches Haar passen. In einem einzigen Wassertropfen stecken mehr Atome, als es Sterne in unserer Milchstraße gibt.

Woraus besteht ein Atom?#

Jedes Atom hat zwei Teile:

• Einen winzigen Kern in der Mitte, der aus Protonen (positiv geladen) und Neutronen (ohne Ladung) besteht.
• Die Atomhülle mit den Elektronen (negativ geladen), die viel leichter sind und sich in Bereichen, den Schalen, um den Kern bewegen.

Das u ist die atomare Masseneinheit. Fast die ganze Masse eines Atoms steckt also im Kern.

Wäre ein Atom so groß wie ein Fußballstadion, wäre der Kern etwa so groß wie eine Erbse auf dem Anstoßpunkt. Der Rest ist größtenteils leerer Raum, in dem die Elektronen umherflitzen.

Ordnungszahl und Massenzahl#

Die Zahl der Protonen macht jedes Element anders. Wasserstoff hat 1, Kohlenstoff 6, Sauerstoff 8 und Gold 79. Diese Zahl heißt Ordnungszahl, und danach sind die Elemente im Periodensystem sortiert. In einem ungeladenen Atom gibt es genauso viele Elektronen wie Protonen, deshalb gleichen sich die Ladungen aus.

Zählt man Protonen und Neutronen zusammen, erhält man die Massenzahl.

Atome desselben Elements können verschieden viele Neutronen haben. Solche Atomsorten heißen Isotope. Die meisten Kohlenstoffatome haben 6 Neutronen (Kohlenstoff-12), manche 8 (Kohlenstoff-14). Mit Kohlenstoff-14 bestimmen Forschende das Alter alter Knochen und Holzreste.

Das Schalenmodell#

Im Schalenmodell stellt man sich vor, dass die Elektronen auf Schalen um den Kern verteilt sind. Die erste Schale fasst höchstens 2 Elektronen, die zweite höchstens 8. Sauerstoff mit 8 Elektronen hat also 2 auf der ersten und 6 auf der zweiten Schale. Die Elektronen auf der äußersten Schale entscheiden, wie ein Atom mit anderen reagiert.

Gibt ein Atom Elektronen ab oder nimmt es welche auf, wird es zu einem geladenen Teilchen, einem Ion. Natrium gibt gern ein Elektron ab und wird zu Na⁺, Chlor nimmt gern eins auf und wird zu Cl⁻. Zusammen bilden sie Kochsalz.

Moleküle#

Atome verbinden sich zu Molekülen. Zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom bilden ein Wassermolekül (H₂O). Der Sauerstoff in der Luft besteht meist aus Paaren von Sauerstoffatomen (O₂). Durch verschiedene Verbindungen bilden etwa hundert Atomsorten jeden Stoff im Universum. Bei einer chemischen Reaktion lösen sich solche Verbindungen und neue entstehen, aber die Atome selbst bleiben erhalten.

Bewegte Elektronen sind auch das, was Strom ausmacht.

Wie man die Atome entdeckte#

Teste dich selbst. Die Lösungen stehen darunter.

1. Welche Ladung hat ein Proton?
2. Welches Element hat 8 Protonen?
3. Ein Atom hat 11 Protonen und 12 Neutronen. Wie groß ist seine Massenzahl, und wie viele Elektronen hat es, wenn es ungeladen ist?
4. Aus welchen Atomen besteht ein Molekül Kohlenstoffdioxid (CO₂)?
5. Wie verteilen sich die 8 Elektronen eines Sauerstoffatoms im Schalenmodell?

Lösungen: 1) Positiv. 2) Sauerstoff. 3) Massenzahl 23, und es hat 11 Elektronen (es ist Natrium). 4) Aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen. 5) 2 auf der ersten Schale, 6 auf der zweiten.

Baue danach Molekülmodelle aus Gummibärchen und Zahnstochern oder aus Knete und probiere eine Übung zum Periodensystem aus.