Atomaufbau für Physik + Chemie

Der Atomaufbau wie man ihn in der Physik und Chemie behandelt wird in diesem Artikel vorgestellt. Wir sehen uns dabei verschieden Beschreibungen für den Aufbau von einem Atom an. Denn es gibt zahlreiche Modelle. Dieser Artikel wurde unserer Chemie-Sektion beigefügt.

Kommt man in der Schule auf den Atomaufbau zu sprechen, so fallen sehr schnell Begriffe wie Elektronen, Protonen und Neutronen. Auch sehr beliebt ist es, von Schalen oder dem Schalenmodell zu sprechen. Aber was bedeutet ist? Nun, man verwendet in der Physik und in der Chemie Modelle um sich etwas vorzustellen und zu beschreiben. Diese Modelle wurden in der Geschichte der Menschheit immer komplexer. Wir sehen uns hier nun gängige Modelle zum Atomaufbau an. Dabei fangen wir mit den älteren Modellen an, die dann Stück für Stück erweitert und verbessert wurden.

Atomaufbau nach Demokrit

Beginnen wir mit einem ganz alten Modell zum Atomaufbau: Der griechische Philosoph Demokrit war Schüler des Leukipp und lebte und lehrte in der Stadt Abdera. Er kam vor sehr langer Zeit zu der Auffassung, dass Stoffe aus kleinsten, unteilbaren Einheiten bestehen würden. Diese Einheiten wurden als Atome bezeichnet. Die Atome sollen sich seiner Meinung nach in Form und Gewicht unterscheiden. Heute wissen wir, dass Demokrit mit seinem Atommodell weit daneben lag. Aber dies sehen wir in den folgenden Modellen. Mehr zu diesem Modell des Atomaufbau im Artikel Demokrit Atommodell.

Atomaufbau nach Dalton

Nach Demokrit hat auch Dalton sich um den Atomaufbau bemüht. Der Dalton Atomaufbau wurde 1808 von John Dalton veröffentlicht und entspricht natürlich nicht mehr dem aktuellen Stand der Wissenschaft. Sein Atomaufbau stellt man sich so vor: Die Atome sind Kugeln. Nach Ansicht von Dalton besteht jedes Element aus gleichen kleinsten Teilchen, welche auch er als Atome bezeichnet. Details zum Atomaubau nach Dalton findet ihr in unserem Artikel Dalton Atommodell.

Rutherford Atomaufbau

Bis Ende des 19. Jahrhunderts wusste man zwar von positiver und negativer Ladung, kannte deren Ursachen jedoch nicht. Erst der Engländer Thomson fand heraus, dass die negativ (-) geladenen Elektronen Bestandteil von Materie sind. Es wurde auch bekannt, dass Elektronen von einem Stoff zum anderen "übergehen" können. Hat ein Stoff nun einen Überschuss an Elektronen, so wirkt er nach außen hin negativ. Der andere Stoff hingegen wirkt anschließend positiv.

Von Natur aus sind Stoffe nach außen hin nicht geladen, man spricht dann von elektrisch neutral. Da man jedoch herausgefunden hatte, dass Atome negativ geladene Elektronen enthalten, stellt sich nun die Frage: Wie kann das Atom mit einem negativen Ladungsteil insgesamt neutral sein. Die Antwort ist denkbar simpel: Es muss auch einen positiven Teil bei einem Atom geben.

Dem Franzosen Becquerel gelang es zudem im Jahre 1896 drei verschiedene Arten von Teilchen festzustellen. Er war Mitentdecker der natürlichen Radioaktivität und stellte fest, dass diese aus drei verschiedenen Teilchentypen bestehen.Der erste Teil wurde dabei von einer negativen Elektrode angezogen, musste also elektrisch positiv geladen sein. Der zweite Teil wurde von der positiven Elektrode angezogen, musste also negativ sein. Bleibt noch der Teil, der gar nicht angezogen wurde und somit elektrisch neutral war. Die drei Teilchenarten wurden dann mit α-Teilchen (gesprochen: Alpha-Teilchen), β-Teilchen (gesprochen: Beta-Teilchen) und γ-Teilchen (gesprochen: Gamma-Teilchen) bezeichnet.

Mit diesem Wissen führte nun Ernest Rutherford eines der berühmtesten Experimente der Physik bzw. Chemie durch. Er hatte eine extrem dünne Folie aus Gold zur Hand, etwa 1000 Atomlagen dick. Mehr zum Atomaufbau nach Rutherford in unserem Artikel Ernest Rutherford Atommodell.

Bohrscher Atomaufbau

Bohr entwickelte die bisherigen Atommodelle weiter. Er erkannte als erster, dass die Elektronen nur ganz bestimmte Energiezustände einnehmen können. Elektronen können allerdings nur ganz bestimmte - also nicht beliebige - Abstände vom Kern einnehmen. Diese jeweiligen stabilen Kreisbahnen verhindern den Sturz der Elektronen auf den Atomkern.

Befindet sich eine Atom im Grundzustand, so nimmt jedes seiner Elektronen ein möglichst niedriges Energieniveau ein. Dies muss man sich wie folgt vorstellen: Es gibt verschiedene Abstände, in denen die Elektronen um den Atomkern kreisen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Schalen. Die innerste Schale hat das niedrigste Energieniveau und wird als K-Schale bezeichnet. Entfernt man sich vom Kern weiter, gibt es nach der K-Schale, die L-Schale, M-Schale bis hin zur Q-Schale. Mehr dazu im Artikel Bohrsches Atommodell.

Atomaufbau nach Orbitalmodell

Im Orbitalmodell stellt man sich den Aufenthaltsbereich aller Elektronen als Kugeln vor. Und auch wenn es seltsam klingt: Man weiß nicht genau, wo sich die Elektronen in dieser Kugel befinden. Dieses Phänomen wird als Heisenbergsche Unschärferelation bezeichnet und wurde vom Nobelpreisträger Werner Karl Heisenberg aufgestellt. Es besagt, dass bestimmte Messgrößen eines Teilchens nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmt werden können.

Man kann sich das allerdings auch etwas einfacher erklären: Stellt euch eine nervende Mücke vor, die sich nachts um eure Lampe bewegt. Das Licht der Lampe zieht die Mücke in ihren Bann und lässt sie näher kommen. Durch die Hitze der Lampe hingegen, wird die Mücke jedoch etwas auf Abstand gehalten. Der kleine Plagegeist fliegt also in einigen Zentimeter Abstand um die Lampe umher. Wo genau, wisst ihr nicht. Nur halt, dass sie in der Nähe der Lampe ist. So ist es auch mit dem Elektron: Man weißt recht gut in welchem Bereich es sein muss, jedoch die wirklich genaue Position ist nicht zu erkennen. Details im Artikel Orbitalmodell.

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