Grundlagen der Atomtheorie und Radioaktivität

Atomtheorie

Die Atomtheorie basiert auf folgenden grundlegenden Prinzipien:

• Alle Materie besteht aus Atomen.
• Atome desselben Elements sind identisch und unterscheiden sich von Atomen anderer Elemente.
• Atome verschiedener Elemente können sich verbinden, um chemische Verbindungen zu bilden.

Atommodelle

1. Daltons Atommodell

Dalton postulierte, dass Atome unteilbar sind und spezifische Eigenschaften besitzen.

2. Thomsons "Plumpudding"-Modell

Thomson entdeckte ein Teilchen, das Teil des Atoms war und eine elektrische Ladung besaß: das Elektron. Thomson postulierte, dass Atome aus negativ geladenen Elektronen bestehen, die in einer positiv geladenen Kugel verteilt sind, wodurch das Atom elektrisch neutral ist.

3. Rutherfords Atommodell

Nach der Entdeckung, dass Atome aus subatomaren Teilchen bestehen, postulierte Rutherford, dass Atome aus Protonen, Neutronen und Elektronen aufgebaut sind. Die Anzahl der Protonen und Elektronen ist gleich, sodass jedes Atom elektrisch neutral ist. Die Masse der Protonen ist ungefähr gleich der der Neutronen, während die Elektronen eine sehr geringe Masse haben. Atome bestehen aus einem Kern aus Protonen und Neutronen, um den die Elektronen kreisen. Die Größe des Atomkerns ist im Vergleich zum gesamten Atom sehr klein.

4. Bohrs Atommodell

Bohr postulierte, dass Elektronen in bestimmten Schalen oder Energieniveaus um den Atomkern kreisen und jede Schale eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen kann.

Elemente

Elemente sind Stoffe, die sich chemisch nicht in einfachere Substanzen zerlegen lassen, da sie aus nur einer Art von Atomen bestehen.

• Die Ordnungszahl (Z) ist die Anzahl der Protonen im Atomkern und ist für ein Element immer konstant.
• Die Massenzahl (A) kann variieren.
• Isotope: Atome desselben Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl (und somit unterschiedlicher Massenzahl).
• Ionen: Elektrisch geladene Atome, die Elektronen gewonnen oder verloren haben.

Kationen und Anionen

• Kation: Ein positiv geladenes Atom, das Elektronen verloren hat.
• Anion: Ein negativ geladenes Atom, das Elektronen gewonnen hat.

Radioaktivität

Im Jahr 1896 entdeckte der französische Physiker Henri Becquerel, dass eine Uranverbindung Strahlung emittierte, die in der Lage war, eine fotografische Platte zu schwärzen. Weitere Untersuchungen dieses Phänomens zeigten, dass nicht alle Atome stabil sind, sondern einige sich in andere Elemente umwandeln können. Jahre später entdeckten Pierre und Marie Curie bei der Erforschung der Radioaktivität weitere radioaktive chemische Elemente.

Radioaktive Stoffe senden auf natürliche Weise Strahlung aus. Diese Substanzen besitzen einen instabilen Atomkern, der spontan zerfällt und dabei Energie in Form von Teilchen freisetzt:

• Alpha-Teilchen (α): Bestehen aus Heliumkernen und haben eine geringe Durchdringungsfähigkeit; sie können bereits durch ein Blatt Papier abgeschirmt werden.
• Beta-Teilchen (β): Sind schnelle Elektronen, die eine höhere Durchdringungsfähigkeit als Alpha-Teilchen besitzen, aber durch eine dünne Aluminiumplatte gestoppt werden können.
• Gamma-Strahlung (γ): Sind elektromagnetische Wellen (keine Teilchen), die eine sehr hohe Durchdringungsfähigkeit besitzen und nur durch dicke Blei- oder Betonschichten effektiv abgeschirmt werden können.

Radioaktive Strahlung enthält eine enorme Energie, die aus dem Atomkern freigesetzt wird.