Atomaufbau & Atommodelle: Grundlagen der Chemie & Physik

Grundlagen des Atomaufbaus

Atome: Die Bausteine der Materie

Atome sind die grundlegenden Bausteine der Materie. Sie galten lange als unteilbar, bestehen aber aus noch kleineren Teilchen.

Elemente: Reine Substanzen

Ein Element ist eine Substanz, die aus Atomen besteht, die alle die gleiche Ordnungszahl (Anzahl der Protonen) besitzen.

Verbindungen: Chemische Bindungen

Eine Verbindung besteht aus Atomen verschiedener Elemente, die in einem festen Verhältnis chemisch miteinander verbunden sind.

Elektronen: Negative Ladungsträger

Elektronen sind Elementarteilchen mit einer negativen elektrischen Ladung und einer sehr geringen Masse. Sie umkreisen den Atomkern.

Protonen: Positive Kernbausteine

Protonen sind Elementarteilchen mit einer positiven elektrischen Ladung. Ihre Masse ist etwa 1837-mal größer als die eines Elektrons.

Neutronen: Neutrale Kernbausteine

Neutronen (n) sind Elementarteilchen, deren Masse der eines Protons ähnelt, die aber keine elektrische Ladung besitzen.

Ordnungszahl (Z): Identität eines Elements

Die Ordnungszahl (Z) gibt die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms an und definiert somit das chemische Element. In einem neutralen Atom entspricht die Ordnungszahl auch der Anzahl der Elektronen.

Massenzahl (A): Gesamtmasse des Atomkerns

Die Massenzahl (A) ist die Summe der Anzahl der Protonen und Neutronen, die den Kern eines Atoms bilden.

Atomorbital: Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen

Ein Atomorbital ist ein Raumbereich um den Atomkern, in dem die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron mit einer bestimmten Energie anzutreffen, am größten ist.

Historische Atommodelle

Das Rosinenkuchen-Modell (Thomson)

Das Rosinenkuchen-Modell (Thomson-Modell) stellte das Atom als eine Kugel aus positiv geladener Materie dar, in die Elektronen (die 'Rosinen') eingebettet sind. Die Anzahl der Elektronen war ausreichend, um die positive Ladung zu neutralisieren. Dieses Modell beschrieb ein statisches und nicht-nukleares Atom.

Das Rutherford-Modell

Das Rutherford-Modell entstand aus Experimenten, bei denen Alpha-Teilchen durch eine dünne Goldfolie geschickt wurden. Rutherford beobachtete, dass einige Teilchen eine deutliche Ablenkung ihrer Flugbahn erfuhren. Daraus schloss er:

• Die meiste Masse des Atoms und all seine positive Ladung sind in einem winzigen, zentralen Kern konzentriert, den er Kern nannte.
• Außerhalb des Kerns kreisen Elektronen in Kreisbahnen um den Kern. Die Anzahl der Elektronen entspricht der positiven Ladung des Kerns.

Dieses Modell präsentierte eine dynamische und nukleare Sichtweise des Atoms.

Das Bohr-Modell

Das Bohr-Modell erweiterte das Rutherford-Modell, um die Stabilität von Atomen und die Spektrallinien zu erklären. Es postulierte:

• Elektronen bewegen sich auf bestimmten, stabilen Kreisbahnen (Energieniveaus) um den Atomkern.
• Die Energie eines Elektrons ist abhängig von der Bahn, auf der es sich befindet.
• Jede Bahn kann nur eine maximale Anzahl von Elektronen aufnehmen.
• Die Radien dieser Bahnen sind genau definiert und quantisiert.

Dieses Modell präsentierte eine dynamische, nukleare und quantifizierte Sichtweise des Atoms.

Das Quantenmechanische Atommodell

Das Quantenmechanische Atommodell ist das heute akzeptierte Modell und basiert auf den Prinzipien der Quantenmechanik:

• Das Elektron verhält sich in seiner Bewegung um den Kern sowohl als Teilchen als auch als Welle (Welle-Teilchen-Dualismus).
• Es ist nicht möglich, die genaue Bahn eines Elektrons vorherzusagen; stattdessen wird seine Aufenthaltswahrscheinlichkeit in Atomorbitalen beschrieben.