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Atoom
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Atom
EIN Heliumatom. Das Atomkern (rosa) ist umgeben von a Wolke von zwei Elektronen (schwarz). Der Atomkern besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen, oben rechts vergrößert. In Wirklichkeit ein Atom kugelförmig.
Definition
Kleinster Teil von a Element die unabhängig existieren und alle Eigenschaften dieses Elements besitzen können.
Eigenschaften
Massenbereich1.67×10–27 bis zu 4,52×10–25 kg
Elektrische Ladungnull (neutral) oder a Ionenladung
Durchmesser62 Uhr (Hallo) bis 520 Uhr (cs)
StrukturElektronen und einem kompakten Kern bestehend aus Protonen und Neutronen

Atome (Altgriechisch: ἄτομος, atomos‚ unteilbar) sind die kleinsten Partikel in welchem Angelegenheit mit Chemiker Methoden unterteilt werden können. Ein Atom ist unvorstellbar klein; Ein Glas Wasser enthält mehr Atome als ein Glas Wasser in allen Ozeanen all Boden. Atome sind der kleinste Baustein von allen Chemisches Element.

Alle Atome eines gegebenen Elements haben das gleiche Ordnungszahl: sie enthalten die gleiche Zahl Protonen. Neutrale Atome haben die gleiche Menge Elektronen als Protonen. EIN Ion ist ein geladenes Atom mit Elektronenmangel oder -überschuss Atome desselben Elements können sich unterscheiden in Atommasse, weil die Zahl Neutronen in dem Atomkern variieren. Solche Atome sind Isotope von einander. Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich wesentlich voneinander. Das Materialeigenschaften von Stoffe und Materialien, und ihr Verhalten in chemische Reaktionen, werden durch die Eigenschaften und die gegenseitige Beziehungen der Atome, aus denen die Materie besteht.

Physiker gehen von einem Atommodell aus, in dem Atome aus drei Arten kleinerer, subatomar Teilchen existieren: Protonen, Neutronen, und Elektronen. Diese Teilchen können auch separat außerhalb des Atoms auftreten. Praktisch alle Chemiker und PhysikerEigenschaften der auf der Erde vorkommenden Materie hängen mit den Eigenschaften von Atomen zusammen. Das Atom ist daher ein Schlüsselbegriff in beiden Wissenschaften. Das körperlich Eigenschaften einzelner Atome, wobei chemische Eigenschaften unberücksichtigt bleiben, werden in der Atomphysik.

In zum Beispiel Sterne, Neutronensterne und Schwarze Löcher Materie, die nicht aus Atomen besteht. Das Studium dieser – aus irdischer Sicht besonderen – Formen der Materie ist die Domäne der Plasmaphysik und der Astrophysik.

Bestandteile des Atoms

Struktur der Materie

Ein Atom besteht aus subatomare Partikel: ein extrem kleines, positiv geladenes Atomkern, die sich zusammensetzt aus Protonen, positiv geladene Teilchen und Neutronen (unbeladen), umgeben von einer Wolke aus Elektronen, die negativ geladen sind. Das Elektronen Wolke bleibt um den Kern an Ort und Stelle dank der elektrisch Anziehung zwischen einem positiv geladenen Kern und negativ geladenen Elektronen. Ein stark vereinfachtes Modell eines Atoms ist das Planetenmodell von Hantaro Nagaoka.

Das Studium des Atomkerns ist die Domäne der Kernphysik. Es ist möglich, die Bausteine ​​des Kerns in noch kleinere, subatomare Teilchen aufzuspalten. Dies ist das Territorium der Hochenergiephysik.

Elektronenwolke von Wasserstoffatomen in verschiedenen Energiezuständen. Eine hellere Farbe bedeutet eine größere Chance, dass das Elektron da ist

Die Elektronenwolke

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Das Größe eines Atoms wird bestimmt durch die Volumen der Elektronenwolke, die sich wie a . verhält Kugel um den Atomkern. Das Strahl eines einzelnen Atoms, die Atomstrahl, wird in der Größe von 30 bis 300 . berechnet Uhr. Seit Anfang der 1980er Jahre ist die Technologie weit genug fortgeschritten, um einzelne Atome zu Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Rastertunnelmikroskopie (STM) visualisieren zu können.

Die Elektronenwolke lässt sich am besten beschreiben als a Wellenfunktion, eine Größe, die im nicht direkt beobachtbar ist Quantenmechanik wird eingesetzt. Diese Größe hängt mit der Wahrscheinlichkeit zusammen, ein Elektron in einem endlichen Volumen (Kugelform) zu finden. Dieses Wahrscheinlichkeitsverteilungen von Elektronen wird oft Peeling erwähnt. Ein korrekterer Name für die Umgebung, in der sich das Elektron zu einem bestimmten Zeitpunkt befinden kann, ist orbital, weil die Elektronen mit der höchsten Energie im Allgemeinen weiter vom Kern entfernt sind, in der äußersten Schale.

Die Elektronen in der äußeren Schale bestimmen hauptsächlich die Chemiker Eigenschaften der Atome. Außerdem einige Physiker Eigenschaften, zum Beispiel die Leitung eines Stoffes, bestimmt durch die äußeren Elektronen. Andere physikalische Eigenschaften haben jedoch mehr mit den inneren Elektronen zu tun, wie die Erzeugung von röntgen.

Der Kern

sehen Atomkern für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Ein Atomkern ist sehr klein: der Durchmesser liegt zwischen 1,6 und 15 Femtometer, das etwa 10.000 mal kleiner ist als das gesamte Atom. Die Masse der Elektronenwolke beträgt nur etwa 1/4000 der Masse des Atoms, also ist fast die gesamte Atommasse in diesem sehr kleinen Kern enthalten, auch relativ zu dem schon sehr kleinen Atom. Protonen und Neutronen werden durch die . zusammengehalten starke Kernkraft. Die Anzahl der Protonen bestimmt die Ordnungszahl und ist gleich der Elektronenzahl eines ungeladenen Atoms. Die negative Ladung eines Elektrons und die positive Ladung eines Protons sind gleich groß und heben sich gegenseitig auf. Die Ordnungszahl (die Anzahl der Protonen) bestimmt die chemische Eigenschaften eines Atoms. Die Anzahl der Protonen und Neutronen ist bei den niedrigeren Ordnungszahlen ungefähr gleich; bei Elementen mit höherer Ordnungszahl ist die Neutronenzahl meist höher. Atome mit gleicher Ordnungszahl können sich in . aufgrund unterschiedlicher Neutronenzahl im Atomkern unterscheiden Masse. Diese unterschiedlichen natürlich Varianten von a Staub einbiegen in Isotope erwähnt. Isotope sind chemisch fast identisch, aber ihre körperlich Eigenschaften können sich stark unterscheiden. Ein Beispiel für ein seltenes Isotop von Wasserstoff ist Deuterium, schwerer Wasserstoff, der neben gewöhnlichem Sauerstoff das zweite Element in bildet schweres Wasser. Das bei weitem häufigste Wasserstoffisotop auf der Erde ist jedoch Protium (gewöhnlicher Wasserstoff): 99,985%.

Vereinfachte Darstellung eines Heliumatoms mit einem Atomkern und zwei Elektronen

Ionen

Das elektromagnetische Kraft hält die Elektronen um den Kern. In einem neutralen Atom ist die Anzahl der Protonen gleich der Anzahl der Elektronen. Ein Atom mit einer ungleichen Anzahl von Protonen und Elektronen - also nicht elektrisch neutral - wird Ion erwähnt. Atome mit Elektronenmangel sind Kationen; Atome mit einem Überschuss an Elektronen Anionen.

Ein loses Ion ist grundsätzlich instabil: Ein Kation wird je nach seiner Oxidationszustand, ein oder mehrere Elektronen aus der Umgebung anzuziehen, versucht ein Anion, je nach Oxidationszustand, ein oder mehrere Elektronen abzugeben. Ionen gleicher Ladung stoßen sich ab, bei entgegengesetzter Ladung ziehen sie sich an. Daher befinden sich Kationen und Anionen immer nahe beieinander, so dass Materie im Mittel elektrisch neutral (ungeladen) ist, entsprechend der Ladungserhaltungsgesetz.

Bei hohen Temperaturen können sich Ionen bilden geprägt sein in einem Gas ist dies a Plasma. Bei niedrigeren Temperaturen sind auch Ionen Lösungen gefunden. Gelöste Ionen entgegengesetzter Ladung können reagieren zu einer solide und aus ihrer Lösung ausfällen. Ein solches Ionen gebildet Staub ist ein Salz-.

Elemente

Atome können durch die Anzahl der Protonen im Kern unterschieden werden. Diese Nummer heißt Ordnungszahl. Ein Stoff, der aus Atomen gleicher Ordnungszahl besteht, heißt a Element. Im Jahr 2006 sind mehr als 118 verschiedene Elemente bekannt, von denen einige nicht auf der Erde vorkommen. Die Elemente sind im Periodensystem.

Isotope

Es kommt vor, dass die Atome von a Element nicht alle haben gleich viele Neutronen im Kern, das sind these Isotope. Isotope haben (fast) die gleichen chemischen Eigenschaften, aber unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Für fast alle Elemente sind mehr als ein Isotop bekannt. Darüber hinaus ist es möglich, Kernreaktionen neue Atome zu erzeugen, aber diese sind oft instabil und unterliegen radioaktiver Zerfall.

Moleküle

Es gibt Gase die aus einzelnen Atomen bestehen, das sind hauptsächlich die Edelgase, wie Argon, aber auch zum Beispiel die Dampf von Merkur. Mehrere Atome können sich aber auch in organisieren Moleküle und viele Gase und Dämpfe bestehen nicht aus Atomen, sondern aus Molekülen. Wasserstoffgas besteht zum Beispiel aus 2 Wasserstoffatomen (H (2).

Geschichte

Im alten Griechenland spekuliert Philosophen alles über Atome (die Atomismus). Eine der größten Fragen war, ob Materie unendlich in kleinere Teilchen teilbar ist oder nicht. Berühmte Philosophen wie Plato dachte so. demokrit eindeutig nicht einverstanden. Er argumentierte, dass Atome Eigenschaften wie Größe, Form und Masse haben. Alle anderen Eigenschaften, die der Materie zugeschrieben werden, wie Farbe oder Geschmack, würden durch Wechselwirkungen zwischen Atomen verursacht. Der von Demokrit geprägte Name Atom stammt aus dem griechischa-tomos, was unteilbar bedeutet. Viele weitere Atomtheorien wurden später formuliert; diese waren nicht alle gleich unumstritten.[1]

Im 19. Jahrhundert wurde entdeckt, dass Materie aus Teilchen besteht. In dieser Zeit wurde der Atomismus in wissenschaftlichen Kreisen aufgegriffen und unter der Überschrift Atomtheorie gruppiert.

Schnell stellte sich heraus, dass Atome doch teilbar sind. Sie beinhalten Elektronen, die sich leicht entfernen lassen, und einem Kern, der sich im Kernphysik kann unterteilt werden in Protonen und Neutronen. Diese Kernteilchen gelten nicht mehr als elementar (siehe Quark).

Die Idee der Grenze der Teilbarkeit ist jedoch unangetastet geblieben und es ist fraglich, was jetzt Quanten werden die Atome von Demokrit genannt.[Quelle?]

Hinsichtlich des Begriffs der Unteilbarkeit ist zu bedenken, dass in früheren Zeiten die konzeptionellen Rahmenbedingungen unterschiedlich waren und Wissenschaft und Religion nicht so unterschiedlich waren wie heute. Der Begriff Individuell bedeutet auch nicht teilbar. Wird ein Individuum zerhackt, verliert es die charakteristische Individualität des Individuums.

1714. hat Leibniz eine Art Atomtheorie entstehen lassen: die Monadologie. EIN Monade ist einem Atom ähnlich, aber die Theorie geht weit über die gängigen Vorstellungen von einem physikalisch/energetischen Atom hinaus. Eine Monade ist der Kern, die wesentliche Einheit jeder materiellen Einheit, sei es ein Atom oder ein Mensch oder eine andere organisierte hierarchische Einheit.

System von John Dalton

Im Jahr 1808 veröffentlichte die Englisch Wissenschaftler John Dalton eine neue Theorie:

  1. Elemente bestehen aus kleinen Teilchen, Atomen.
  2. Jedes Element ist durch die Masse des Atoms gekennzeichnet; Atome desselben Elements haben die gleiche Masse und Atome verschiedener Elemente haben unterschiedliche Massen.
  3. Wenn neue Substanzen geschaffen werden, ändert sich nur die Art und Weise, wie Atome verbunden sind; die Atome selbst ändern sich nicht.

Eine wichtige Frage, auf die Dalton keine Antwort finden konnte, war, woraus die Atome selbst bestehen. Ende des 19. Jahrhunderts führten mehrere Wissenschaftler Experimente mit Kathodenstrahlröhren und langsam erkannten sie, dass sie negativ geladene subatomare Teilchen enthielten. Joseph John Thomson war einer der ersten, der 1897 darüber veröffentlichte. Er nannte die negativen Teilchen Korpuskeln. Später würden sie bekannt sein als Elektronen. Im Jahr 1906 wurde Thomson a . verliehen Nobelpreis für seine Entdeckung.

Nach der Einführung von Elektronen stellte sich ein neues Problem: Atome waren neutral und wenn Elektronen negativ waren, sollten Atome auch positiv geladene Teilchen enthalten. 1911 beschrieben Ernest Rutherford wie er experimentiert mit Goldfolie und α-Teilchen durchgeführt hatte (siehe: Rutherfords Atommodell) und kam zu dem Schluss, dass ein Atom aus einem kleinen massiven positiv geladenen Kern besteht, der von den negativ geladenen Elektronen umgeben ist. Spätere Experimente, die von Rutherford und anderen durchgeführt wurden, zeigten, dass der Atomkern zwei verschiedene Teilchen enthielt: positive Protonen und neutrale Neutronen.

Im Jahr 1914 wurde die dänisch Wissenschaftler Niels Bohr dass die Elektronen den Atomkern umkreisen und sich auf bestimmten Bahnen mit ihren eigenen Energieniveaus befinden, siehe Das Atommodell von Bohr. Da mit Bohrs Modell noch einiges nicht erklärt werden konnte, Erwin Schrödinger 1926 mit a quantenmechanische Modell, in dem Elektronen nicht als Teilchen, sondern als Wellenphänomen dargestellt wurden. Ein Jahr später kam Werner Heisenberg mit dem Heisenbergsche Unschärferelation, womit er darauf hinwies, dass es tatsächlich nicht möglich sei, die genaue Position eines Elektrons in einem Atom anzugeben.

Siehe auch die Liste der Teilchen aus der Teilchenphysik für einen vollständigen Überblick über alle Partikel.
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