Das Atom (Atom description)

Das Atom. Die wichtigsten Teile des Atoms sind Protonen, Neutronen und Elektronen.

Das Atom ist die grundlegende Einheit einer Substanz, die auch die Charakteristika der chemischen Elemente besitzt. Es besteht aus drei Teilen: das Proton, Elektron und Neutron. Protonen sind positiv geladene Partikeln im Kern, wo sich auch Neutronen ( Partikeln ohne Ladung ) befinden. Protonen und Neutronen haben den gemeinsamen Name Nukleonen. Um den Kern kreisen die negativ geladenen Elektronen, die den elektronischen Umschlag bilden. Im normalen Zustand hat das Atom die gleiche Zahl der Protonen und Elektronen. Das Gewicht des Elektrons ist ungefähr 1836 Mal kleiner als das Gewicht des Protons oder Neutrons und wird deswegen bei den Rechnungen ausgelassen.

Alle Atome haben ungefähr den gleichen Durchmesser ( 10^-10 M), rücksichtslos auf die Zahl der Protonen und Elektronen. Kerne der Atome haben den Durchmesser von 1 - 10 x 10^-15 M. Daraus kann man schließen, dass der größte Teil des Atoms leerer Raum ist.

Zwischen allen elektrisch geladenen Partikeln wirkt die Coulomb-Kraft. Sie wurde nach dem französischen Physiker Charles Augustin Coulomb (1736-1806) genannt. Er hat entdeckt, dass die Ladungen sich an- und abziehen mit der Kraft, die gegenüber ihre Größe proportional ist. Diese Kraft ist gegenüber dem Quadrat der Entfernung zwischen den Ladungen umgekehrt proportional (F=k*q₁*q₂/r²; q₁ und q₂ = die Ladungen, r = die Entfernung, k = Konstante, die im Vakuum 1 zählt). Dem Coulomb nach wurde auch die Einheit der elektrischen Ladung genannt ( das Zeichen ist C ). Man definiert sie als die Quantität der elektrischen Ladung, die in einer Sekunde durch den Abschnitt des Leiters mit der konstanten Elektrizität von 1 Ampere passiert (C=As).

Coulombskraft ist die wichtigste Kraft bei der Beschreibung der Interaktion zwischen dem Atomkern und elektronischen Umschlag. Jedes Elektron hat negative Ladung von 1.6x10^-19 C und jedes Proton hat positive Ladung auch von 1.6x10^-19 C. Deswegen ziehen sich der Kern und der elektronische Umschlag an (das Coulomb-Gesetz). Das Atom hat im stabilen Zustand die gleiche Zahl der Protonen und Elektronen. Nimmt es an sich oder verliert es ein Elektron, wird das Atom elektrisch geladen ( man nennt es Ion ). Atom, das mehr Protonen als Elektronen hat, ist positiv geladen und hat den Name das Kation (z. ß. Na+). Ein Anion ist das Atom mit mehr Elektronen als Protonen und ist negativ geladen (z. ß. Cl-).

Elektronen können im Atom nur in bestimmten energetischen Zustanden sein und werden mit Hilfe von der Ansammlung der Quantum-Zahlen beschrieben. Diese Zahlen bestimmen die durchschnittliche Entfernung der Elektronen vom Kern. Das passiert mit Hilfe von der Intensität und der Richtung und Rotation des Elektrons um seine eigene Achse (Spin). Durch die Veränderung des Zustands des Elektrons wird das Licht der bestimmten Farbe geschaffen, das auch absorbiert werden kann. Elektronen sind im Atom in sieben Schalen um den Kern platziert und ihre maximale Zahl ist auf 2n² beschränkt (n = die Ordnungszahl der Schale). Die äußerliche Schale ist nicht ganz voll: das Natrium hat zwei Elektronen in der ersten Schale, Acht in der zweiten und nur ein Elektron in der dritten Schale. Das Heisenbergs Prinzip der Unbestimmtheit verhindert, im selben Augenblick die Position und die Geschwindigkeit des Elektrons zu bestimmen. Deswegen kann der elektronische Umschlag nur statistisch beschrieben werden. Demnach sind Bahnen des Elektrons nur mögliche Divisionen solcher zufälligen Bewegung.

Bei der Beschreibung des Kerns sind drei von vier grundlegenden Kräften im Weltall wichtig: starke nukleare Kraft, schwache nukleare Kraft und die Coulomb-Kraft. Die Schwerkraft kann bei der Beaschreibung des Atoms ausgelassen werden. Starke nukleare Kraft wirkt zwischen zwei Nukleonen. Trotz der abwehrenden Kraft der positiv geladenen Protonen, hält diese Kraft den Kern zusammen. Schwache nukleare Kraft unterstützt einige Formen der Radioaktivität und die Interaktion zwischen den Partikeln im Atom. Nukleare Kräfte wurden so genannt, weil sie auf dem Niveau des Atomkerns ( Nucleus ) wirken. Die Reichweite dieser Kräfte ist sehr klein. Auf sehr kleinen Entfernungen übertrifft starke nukleare Kraft die Coulomb-Kraft, aber auf der Entfernung größer als 2.5 Km überwiegt die Coulomb-Kraft. Wegen dieser Wirkung hält starke nukleare Kraft den Atomkern zusammen, währen die Coulomb - Kraft die gleiche mit den Bahnen um den Kern macht.

Die zwei am wichtigsten Zahlen bei der Beschreibung des Atoms sind die Atomzahl und die relative Masse des Atoms. Die Atomzahl oder Protonzahl ist die Zahl der Protonen im Kern und wird mit dem Buchstaben Z markiert. Die Ordnungszahl der Elemente in dem periodischen System ist die Atomzahl. Diese Zahl wird als der linke Index geschrieben (₂He). Die relative Masse des Elementes ist die Proportion der durchschnittlichen Masse des Atoms (dieses Elementes) und der 1/12 der Masse des Nuklids ¹²C (dessen Atomgewicht 12 beträgt). Es wird als der linke Index geschrieben (¹²C) und mit der Buchstabe A markiert. Die Zahl der Neutronen wird mit N markiert und oft die Neutronszahl des Atoms genannt. Falls man das relative Atomgewicht als das Integral präsentiert, ist das das Summe der Protonen und Neutronen im Kern (A = Z + N).

Atome mit der gleichen Zahl der Protonen (Atomzahl) und der unterschiedlichen Zahl der Neutronen (Atomgewicht) werden Isotope genannt. Isotope des gleichen Elementes haben die gleichen chemischen, aber unterschiedlichen physischen Eigenschaften. Im periodischen System der Elemente bestimmt das meist stabilste Isotop die Masse des Atoms.