49 27 Aufbau der Atome In der Physik haben wir es oft mit Objekten (Körpern) zu tun, die wir im täglichen Leben nicht sehen oder wahrnehmen können. Trotzdem experimentieren wir mit ihnen und können sie auch beschreiben. Damit wir uns dabei leichter tun, machen wir uns Vorstellungen von diesen Objekten, wir bilden Modelle. Im Bereich der Atome ist es üblich, dass wir ein Modell verwenden, welches den Atomen kugelförmige Gestalt gibt. Wir wissen aber trotzdem nicht, wie Atome wirklich aussehen. Atome sind unvorstellbar klein und daher für uns unsichtbar. Nur mit einem besonderen Gerät (Rastertunnelmikroskop) kann man Atome lokalisieren. In das Innere eines Atoms können wir trotzdem nicht „schauen“. Lange Zeit hindurch galten Atome als unteilbar. Heute wissen wir, dass sie selbst aus Teilchen (Protonen, Neutronen, Elektronen) bestehen. Protonen und Neutronen bestehen selbst aus Elementarteilchen (Quarks), zu denen auch die Elektronen zählen. Hatte Dalton um 1800 noch angenommen, dass Atome einfache Kugeln sind, erkannte der Physiker Ernest Rutherford1 100 Jahre später, dass Atome aus einem Atomkern (atomic nucleus) und einer Atomhülle (Elektronenhülle) (atomic shell) bestehen (Abb. 27.1). Der winzige Atomkern ist aus positiv (+) geladenen Teilchen, den Protonen (protons), und den ungeladenen Neutronen (neutrons) zusammengesetzt, die Atomhülle aus Elektronen.Rutherfords Schüler Niels Bohr2 entwickelte aus dieser Erkenntnis zum ersten Mal ein brauchbares Modell vom Atomaufbau. Danach bewegen sich die Elektronen auf bestimmten Bahnen um den Kern wie die Planeten um die Sonne. Wesentliche Verbesserungen daran wurden u. a. vom österreichischen Physiker Erwin Schrödinger (1887–1961) vorgenommen. Er hat angenommen, dass sich die Elektronen nicht auf Bahnen bewegen, sondern sie sich in bestimmten räumlichen Bereichen, den sog. „Schalen“ (Abb. 27.2), aufhalten. Inzwischen weiß man, dass nur die Quantenphysik den Aufbau der Atome richtig erklären kann. Ein Atom enthält gleich viele Elektronen in der Hülle wie Protonen im Kern. Die Elektronen haben die kleinstmögliche elektrische Ladung, sie sind die Träger der sog. Elementarladung. Die positiven Ladungen im Atomkern und die negativen Ladungen in der Atomhülle heben einander auf. Das Atom ist nach außen hin elektrisch neutral. In den Abbildungen werden die wahren Größenverhältnisse in einem Atom nicht maßstabgetreu wiedergegeben. Wäre der Atomkern so groß wie eine Erbse in der Mitte eines Fußballstadions, dann würde die Hülle bis zum Rand des Stadions reichen. Du bist dran – zeige deine Kompetenz: 27.1 Was würde nach dem Bohr’schen Atommodell geschehen, wenn die Elektronen in der Hülle zum Stillstand kämen? 27.2 Wieso muss bereits das Heliumatom auch Neutronen enthalten? 1 Sir Ernest Rutherford (1871–1937), engl. Physiker, 1908 Nobelpreis für Chemie 2 Niels Bohr (1855–1962), dänischer Physiker, 1922 Nobelpreis für Physik 27.2 Schematische Darstellung der „Schalen“ eines Natrium-Atoms Atomhülle: 11 Elektronen in Schalen angeordnet Kern: 11 Protonen 12 Neutronen 1 8 2 27.1 Darstellung eines Wasserstoffatoms: Der Atomkern besteht aus einem Proton, die Atomhülle enthält ein Elektron. Kann man Atome sehen? Atome haben einen Atomkern und eine Atomhülle. Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. In der Atomhülle befinden sich die Elektronen. Sie sind Träger der kleinsten elektrischen Ladung, der Elementarladung. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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