Was steckt in einem Atom?

Winziger als winzig

Atome sind unglaublich klein. Ein paar Millionen Atome nebeneinander würden gerade so über den Punkt am Ende dieses Satzes reichen.

Das Wort Atom stammt vom griechischen Wort atomos, das „unteilbar“ bedeutet. Lange Zeit dachte man, Atome seien das Kleinste, was es gibt. Dann entdeckten Wissenschaftler ab 1897, dass Atome aus noch kleineren Teilen aufgebaut sind.

Der Kern: Protonen und Neutronen

Im Zentrum jedes Atoms liegt der Kern. Er enthält zwei Arten von Teilchen: Protonen, die eine positive Ladung tragen, und Neutronen, die überhaupt keine Ladung tragen.

Der Kern ist im Vergleich zum ganzen Atom winzig. Wäre ein Atom so groß wie ein Fußballstadion, wäre sein Kern etwa so groß wie eine Erbse in der Mitte. Dennoch enthält der Kern mehr als 99,9 % der Masse des Atoms, weil Protonen und Neutronen viel schwerer sind als Elektronen.

Gleiche Ladungen stoßen sich ab, daher drücken die Protonen in einem Kern gegeneinander. Eine sehr starke Kraft, die nur über winzige Entfernungen wirkt, hält Protonen und Neutronen trotzdem zusammen.

Elektronen: außen

Elektronen sind viel leichter als Protonen. Es braucht etwa 1836 Elektronen, um die Masse eines einzigen Protons zu erreichen. Jedes Elektron trägt eine negative Ladung.

Entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an, daher zieht der positive Kern an den negativen Elektronen. Diese Anziehung hält die Elektronen in der Nähe des Kerns.

Elektronen sind in Schichten angeordnet, die Schalen heißen. Die erste Schale fasst bis zu 2 Elektronen und die zweite bis zu 8. Diagramme zeichnen Elektronen oft als Punkte auf Kreisen, doch echte Elektronen folgen keinen ordentlichen Bahnen wie Planeten. Sie verteilen sich in einer unscharfen Wolke, und jede Schale ist eigentlich ein Energieniveau.

Ladungen und Massen auf einen Blick

Ein Proton hat die Ladung +1 und eine Masse von etwa 1 atomaren Masseneinheit (u), einer sehr kleinen Einheit zum Wiegen von Atomen.

Ein Neutron hat keine Ladung (0) und eine Masse von etwa 1 u, fast genau so viel wie ein Proton.

Ein Elektron hat die Ladung −1 und eine Masse von nur etwa 0,0005 u. Das ist so wenig, dass man es oft als null behandelt.

Warum Atome insgesamt keine Ladung haben

In einem Atom ist die Anzahl der Elektronen gleich der Anzahl der Protonen. Die positiven und negativen Ladungen heben sich auf, daher ist das Atom als Ganzes neutral.

Ein Kohlenstoffatom ist ein gutes Beispiel. Es hat 6 Protonen und 6 Elektronen, daher sind seine Ladungen ausgeglichen. Die meisten Kohlenstoffatome haben außerdem 6 Neutronen. Die 6 Elektronen sitzen in zwei Schalen: 2 in der ersten Schale und 4 in der zweiten.

Gewöhnliche chemische Reaktionen verändern den Kern nie. Atome nehmen nur Elektronen auf, geben sie ab oder teilen sie. Ein Atom, das Elektronen aufnimmt oder abgibt, wird zu einem geladenen Teilchen, einem Ion. Ein Natriumatom, das ein Elektron abgibt, wird zu Na⁺, und ein Chloratom, das eines aufnimmt, wird zu Cl⁻.