Atomaufbau: Teilchen, Modelle, Ionen und Isotope

Das Atom: Der kleinste unteilbare Baustein

Das Atom ist der kleinste unteilbare Baustein, aus dem die Materie aufgebaut ist. Jedes Atom unterscheidet sich je nach Element. Aber auch das Atom besteht aus mehreren Teilen und Teilchen im Inneren.

Atommodelle

Einige Modelle versuchen, die Atomstruktur zu erklären, wie z.B. das Thomson-Modell und das Rutherford-Modell. Das aktuelle Modell ist das Bohr-Modell.

Der Atomkern

Der Atomkern besteht aus zwei Arten von Teilchen: Protonen und Neutronen.

• Masse Neutron = Masse Proton = 1u
• Elektrische Ladung des Neutrons = 0
• Elektrische Ladung des Protons = 1

Im Kern ist die Masse des Atoms konzentriert. Der Kern ist 10.000 Mal kleiner als die Größe des Atoms. Der größte Teil des Atoms ist ein Vakuum.

Die Atomhülle

In der Atomhülle befinden sich Elektronen, die in Kreisbahnen um den Kern kreisen. Es gibt verschiedene Bahnen (Schalen) mit den Nummern 1, 2, 3 usw. Die Masse des Elektrons ist nahezu 0 und seine elektrische Ladung = -1.

Elektronenverteilung

Nach dem Bohr-Modell verteilen sich die Elektronen auf verschiedenen Schalen:

• Schale 1 (n=1): 2 Elektronen
• Schale 2 (n=2): 8 Elektronen
• Schale 3 (n=3): 18 Elektronen
• Schale 4 (n=4): 32 Elektronen

Diese Verteilung der Elektronen auf den Schalen wird als Elektronenkonfiguration bezeichnet. Die letzte besetzte Schale wird als Valenzschale bezeichnet. Die Elektronen in dieser Schale werden als Valenzelektronen bezeichnet und sind für die chemischen Eigenschaften der Stoffe verantwortlich.

Ionen

Neutrale Atome haben die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen, und ihre elektrische Ladung ist 0. Wenn ein neutrales Atom ein oder mehrere Elektronen verliert, erhält es eine positive Ladung und wird zu einem Kation. Umgekehrt, wenn es ein oder mehrere Elektronen aufnimmt, erhält es eine negative Ladung und wird zu einem Anion. Beide werden als Ionen bezeichnet.

Ordnungszahl und Massenzahl

Die Anzahl der Protonen in einem Atom wird als Ordnungszahl bezeichnet und mit dem Buchstaben Z dargestellt. Da das Atom elektrisch neutral ist, entspricht die Anzahl der Elektronen der Anzahl der Protonen.

Da die Masse des Elektrons nahezu 0 ist, ist die gesamte Masse des Atoms die Summe der Massen der Protonen und Neutronen. Sie wird als Massenzahl A bezeichnet: A = Anzahl der Protonen (Z) + Anzahl der Neutronen (N) = Masse des Atoms.

Isotope

Ein Element ist durch seine Ordnungszahl Z eindeutig bestimmt. Aber das gleiche Element kann eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben. Zum Beispiel:

Atome mit unterschiedlichen Massenzahlen und dem gleichen chemischen Element sind Isotope. Atome des Elements haben die gleiche Anzahl von Protonen, aber unterschiedliche Massenzahlen. Im obigen Beispiel haben wir 3 Isotope von Wasserstoff.

Relative Atommasse

Um die Masse eines Atoms auszudrücken, muss eine neue Einheit gesucht werden, da kg oder g eine zu große Einheit für die Masse des Atoms sind. Die atomare Masseneinheit (amu) wird als ein Zwölftel der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms definiert.