Atommodelle und Radioaktivität: Eine Übersicht

Die Atomtheorie nach Dalton

Daltons Atomtheorie besagt, dass die Materie aus Atomen besteht, die extrem kleine, unteilbare und unzerstörbare Teilchen sind. Alle Atome eines chemischen Elements sind gleich, unterscheiden sich aber von denen anderer Elemente. Nach Dalton entstehen chemische Verbindungen durch die Vereinigung von Atomen verschiedener Elemente in einem bestimmten Verhältnis.

Chemische Elemente und Verbindungen

Chemische Elemente

Ein chemisches Element ist eine Substanz, die nicht weiter in einfachere Stoffe zerlegt werden kann, da sie aus Atomen einer einzigen Art besteht (siehe Periodensystem).

Verbindungen

Eine Verbindung ist eine Substanz, die in einfachere Stoffe zerlegt werden kann, da sie aus Atomen von mehr als einer Art von Element besteht (z. B. Wasser, Kohlendioxid, Natriumchlorid).

Elektrolyse und neue Theorien

Diese Experimente führten die Wissenschaftler zu der Annahme, dass Atome eine interne elektrische Struktur haben.

Das "Plumpudding"-Modell von Thomson

Thomson entdeckte ein subatomares Teilchen, das Elektron, das eine elektrische Ladung aufweist. Es gibt drei Arten:

• Es gibt zwei Arten von elektrischen Ladungen, die als (+) und (-) symbolisiert werden.
• Elektrische Ladungen unterschiedlicher Art ziehen sich an, während sich gleichartige Ladungen abstoßen.
• Die elektrische Ladung eines Objekts kann auf ein anderes übergehen.

Je geringer der Abstand zwischen den Ladungen ist, desto größer ist die Anziehungs- oder Abstoßungskraft.

Das Atommodell von Thomson

Elektronen sind sehr kleine Teilchen mit negativer Ladung. Thomson schlug ein Atommodell vor, das auf dieser neuen Entdeckung basiert: Atome bestehen aus negativ geladenen Elektronen, die in einer Kugel aus positiv geladener Materie verteilt sind, so dass das gesamte Atom elektrisch neutral ist.

Das Atommodell von Rutherford

Rutherford entdeckte zwei weitere subatomare Teilchen: Protonen und Neutronen. Protonen haben die gleiche elektrische Ladung wie Elektronen, aber mit positivem Vorzeichen (+) und einer viel größeren Masse. Neutronen haben keine elektrische Ladung und ihre Masse ist fast identisch mit der von Protonen. Rutherford stellte fest:

• Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen.
• In jedem Atom ist die Anzahl der Protonen und Elektronen gleich, so dass das Atom elektrisch neutral ist.
• Die Protonen und Neutronen befinden sich zusammen in einem sehr kleinen Kern, während die Elektronen in einem viel größeren Raum in der Elektronenhülle um den Kern kreisen.

Atomzahl und Massenzahl

Atomzahl

Die Atomzahl (Z) ist die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms. Sie ist für jedes Element gleich. Kohlenstoff hat z. B. die Atomzahl 6.

Massenzahl

Die Massenzahl (A) ist die Gesamtzahl der Teilchen im Kern eines Atoms, d. h. die Summe der Protonen und Neutronen. N = A - Z.

Isotope

Isotope sind Atome mit der gleichen Atomzahl, aber unterschiedlicher Massenzahl.

Radioaktivität

Das Phänomen der Radioaktivität hat gezeigt, dass einige Atomkerne instabil sind und zerfallen. Es gibt folgende Arten von Strahlung:

• Alpha-Strahlung: Heliumkerne, bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen.
• Beta-Strahlung: Elektronen, die mit hoher Geschwindigkeit emittiert werden.
• Gamma-Strahlung: Strahlung ähnlich wie Licht oder Röntgenstrahlen, aber mit größerer Energie.

Halbwertszeit

Jedes Radioisotop zerfällt mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Die Halbwertszeit ist die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte der ursprünglichen Kerne eines Radioisotops zerfallen ist. Je größer die Halbwertszeit, desto stabiler ist das Radioisotop.

Anwendungen von Radioisotopen

• Diagnostik: Röntgenaufnahmen.
• Behandlung von Krebs: Hochenergetische Strahlung wird zu therapeutischen Zwecken eingesetzt, um Krebszellen zu zerstören.

Kernspaltung

Bei der Kernspaltung werden Atomkerne mit Neutronen beschossen und dadurch gespalten. Bei der Spaltung wird viel Energie und weitere Neutronen freigesetzt.

Kernfusion

Bei der Kernfusion verbinden sich kleine Kerne zu größeren Kernen, wobei eine große Menge an Energie freigesetzt wird (z. B. die Verbindung von Wasserstoffatomen zu Heliumatomen).