Aufbau der Atome

Atome sind die Grundbausteine der Materie und bestehen aus drei verschiedenen Elementarteilchen. Im Kern befinden sich Protonen und Neutronen, in der Hülle sind die Elektronen. Zur Darstellung des Atombaus dient ein erweitertes Schalenmodell.

Arbeitsmittel

Der Atomkern

Die positiv geladenen Protonen (p+) und die ungeladenen Neutronen (n0) bilden den Kern. Diese beiden Elementarteilchen werden auch als Nukleonen bezeichnet. Sie machen die Hauptmasse eines Atoms aus, die sich in der Schale befindenden Elektronen sind vernachlässigbar. Elektronen sind etwa 2 000-mal leichter als Protonen und tragen nur zu 0,1 Prozent zur Masse des Atoms bei.

Schematische Darstellung des Innenlebens eines Atoms mit seinen Protonen, Neutronen, Schalen, Elektronen mit ihren Ladungen
Aufbau eines Atoms (am Beispiel von Kohlenstoff)

Die Masse eines Atoms

Da Atome sehr leicht sind, ist die Gewichtseinheit Kilogramm ziemlich unpraktisch. Daher wurde für die atomare Masse die Einheit Unit [u] eingeführt (1 u = 1,66 x 10-27 kg). Ein u entspricht der Masse eines Protons, beziehungsweise eines Neutrons (da diese fast gleich schwer sind). Die Summe der Protonen und Neutronen in einem Atom wird Massenzahl genannt.

Beispielsweise hat ein Kohlenstoffatom mit 6 Protonen und 6 Neutronen eine atomare Masse von 12 u. Die Anzahl der Protonen bezeichnet man als Ordnungszahl (Kernladungszahl). Alle Atome mit der gleichen Ordnungszahl verhalten sich chemisch gleich und zählen zum gleichen chemischen Element.

Schematische Darstellung des Innenlebens eines Kohlenstoffatoms mit seinen Protonen, Neutronen, Schalen, Elektronen mit ihren Ladungen und seiner atomaren Masse 12u
Kohlenstoffatom mit der atomaren Masse 12 u

Isotope

Die Zahl der Neutronen im Kern kann variieren. Isotope sind Atome mit gleicher Protonenzahl (also Atome des gleichen Elements) aber unterschiedlicher Anzahl an Neutronen. Zur Darstellung eines Isotopes verwenden wir folgende Schreibweise:
MassenzahlOrdnungszahl Elementsymbol, z. B. 146 C (Kohlenstoff-14).

Das Beispiel Wasserstoff zeigt, dass manche Isotope sogar eine eigene Bezeichnung erhalten (Protium, Deuterium, Tritium).

Schematische Darstellung des Innenlebens der Wasserstoffisotope Protium, Deuterium und Tritium mit seinen Protonen, Neutronen, Schalen, Elektronen mit ihren Ladungen
Die Wasserstoffisotope Protium, Deuterium und Tritium

Die Atomhülle

In der Hülle sind die negativ geladenen Elektronen (e-) eines Atoms in Schalen (Sphären) verteilt. Hat ein Atom genau so viele negativ geladene Elektronen in der Hülle wie positiv geladene Protonen im Kern, dann ist es nach außen hin elektrisch neutral (ungeladen).

Elektronen werden vom positiv geladenen Kern angezogen. Daher halten sie sich bevorzugt in dessen Nähe auf. In jeder Schale haben aber nur eine maximale Anzahl an Elektronen Platz:

  • 1. Schale (K-Schale): 2 Elektronen
  • 2. Schale (L-Schale): 8 Elektronen
  • 3. Schale (M-Schale): 8 Elektronen
  • 4. Schale (N-Schale): 32 Elektronen
Detailierte Ansicht eines Natrium-Atoms. Zu sehen sind Protonen, Elektronen und Schalen des Natrium-Atoms.
Aufbau eines Natriumatoms

Änderungen in der Außenschale

Veränderungen in der Außenschale (Valenzschale) werden als chemische Reaktionen bezeichnet. Ein Beispiel dafür ist die Abgabe oder Aufnahme von Außenelektronen (Valenzelektronen). Dadurch entstehen geladene Atome die man Ionen nennt. Bei der Abgabe von Elektronen entstehen positive Ionen (Kationen), bei der Aufnahme entstehen negativ geladene Ionen (Anionen).

Natrium hat im ungeladenen Zustand ein Außenelektron. Wird dieses Elektron abgegeben, liegen in Summe 10 Elektronen und 11 Protonen vor. Dadurch entsteht ein einfach positiv geladenes Natrium-Ion.

Chlor hat im ungeladenen Zustand sieben Außenelektron. Nimmt das Atom ein Elektron auf, liegen in Summe 18 Elektronen und 17 Protonen vor. Dadurch entsteht ein einfach negativ geladenes Chlorid-Ion.

Chemische Reaktionen von Atomen. Ein Natriumatom gibt ein Elektron ab und wird zum Natriumkation. Ein Chloratom nimmt ein Elektron auf und wird zum Chloridanion.
Bildung von Natrium- und Chlorid-Ionen
3. Aufbau der Atome
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