Atome

Der Begriff Atom kommt von dem altgriechischen Wort atomos und bedeutet unteilbar. Atome sind einzelne Bausteine, die sich zu Elementen verbinden können. Diese Elemente können verschiedene Aggregatzustände haben wie zum Beispiel flüssig, gasförmig oder auch fest. Jedes Atom gehört einer bestimmten Gruppe chemischer Elemente an und kann auf Grund ihrer unterschiedlichen Materialeigenschaffen sowie Verhalten unterschiedlich auf andere Elemente oder Stoffe auswirken. Derzeit sind 118 Elemente bekannt, davon sind circa 90 Elemente auf der Erde vorhanden. Dabei stellt sich die Frage, wie sich Atome verschiedener Elemente unterscheiden. Die Atome unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich in der Masse, sowie Größe und Fähigkeit mit anderen chemischen Elemente zu reagieren. Manche Elemente reagieren gar nicht mit anderen Elementen,weil sie chemisch neutral sind. Zu dem Zeitpunkt der Namensgebung nahm man an, dass die Atome nicht unteilbar sind.

Diese Ansicht war auch John Dalton. Er war ein englischer Naturforscher und aufgrund seiner Atomtheorie gilt er als einer der Wegbreiter der Chemie. John Dalton stellte die Theorie auf, dass es so viel Atome, wie Elemente gibt. Er war der Meinung,dass Atome desselben Elementes untereinander gleich sind und dass Atome des Aussgangsstoffes bei chemischen Reaktionen neu angeordnet werden.

Viele Jahre später beschäftigte sich der neuseeländische Physiker Ernest Rutherford mit dem Atommodell von John Dalton er wollte seine Überlegungen nachweisen und den Gedanken von John Dalton fortführen. Er hat sich überlegt, wie er diese Theorie nachweisen kann und kam zu dem Entschluss, dass er den Streuversuch ausführen möchte. Der Streuversuch funktioniert in dem Sinne, dass in einem Bleiblock ein radioaktives Element eingeführt wird. Dieses radioaktive Element war Radon. Um dem Bleiblock herum wurde ein Lichtschirm aufgebaut, wo sich ein Plättchen Goldfolie befindet. Ernest Rutherford´s Erwartungen an den Streuversuch waren, dass die Strahlen, die durch das Radon ausgesondert werden von der Goldfolie zurückprallen und an den Seiten der Goldfolie die Strahlung wiedergefunden werden sollte. Ernest Rutherford führte dieses Experiement durch und stellte fest, dass die Alpha-Strahlung, welche durch das Radon ausgelöst wurde großteils nicht abgeprallt wurde sondern durch die Goldfolie durchgegangen ist.

Es wurden nur wenige Alpha-Teilchen abgeprallt und haben sich an den Seiten des Lichtsschirmes wiedergefunden. Nach diesem Versuch machte sich Ernest Rutherford viele Gedanken zu dem Experiment und versuchte Begründungen zu finden, weshalb die Alpha-Teilchen durch die Folie gegangen sind. Er machte mehrere Versuche und stellte fest, dass ein Atom aus einer Atomhülle und einem Atomkern besteht. Jedoch ist der Atomkern im Verhältniss zu der Atomhülle viel kleiner. Man kann sich das ungefähr wie ein Fußballstadtion und einen Kirschkern vorstellen. Dies ist auch die Erklärung für den Streuversuch. Die Alpha-Teilchen sind durch die Atomhülle gedrungen und die wenigen Alpha-Teilchen, die abgeprallt wurden sind auf den Atomkern getroffen.

Somit wurde festgestellt, dass ein Atom aus einer Atomhülle und einem Atomkern besteht. In dem Atomkern sind eine unterschiedliche Anzahl an Protonen und Neutronen vorhanden und in der Hülle sind Elektronen. Die Protonen sind positiv geladen und die Neutronen sind neutral. Die Neutronen sorgen dafür, dass der Atomkern bestehen bleibt. Die Elektronen rutieren mit einer hohen Geschwindigkeit um den Atomkern herum und durch die schnelle Bewegung treffen diese nicht auf den Atomkern.

Ernest Rutherford begeisterte sich immer mehr für die Mathematik und für Nautrwissenschaften. Er studierte am Canterbuy College in Christchurch. Er förderte angehende Professoren. Nach mehreren Jahren begann er an der Universität in Manchester in England zu lehren und hatte unter anderem als Schüler Niels Bohr.

Niels Bohr war auch ein dänischer Physiker und beschäftigte sich auch viel mit Atomen. Er befasste sich auch mit dem Streuversuch von Ernest Rutherford und führte dazu mehrere Untersuchungen durch. Niels Bohr stellte fest, dass ein Atom aus mehren Schalen besteht, auf der eine unterschiedliche Anzahl an Elektronen vorhanden ist. Die Anzahl der Elektronen und Prtonen kann man anhand der Ordnungszahl bestimmen. Ein Beispiel dafür währe: Sauerstoff hat die Massenzahl 16 und die Ordnungszahl 8. Somit kann man erkennen, dass jeweils 8 Protonen im Kern und 8 Elektronen in der Hülle vorhanden sind. Damit man die Anzahl der Neutronen bestimmen kann muss man die Ordnungszahl von der Massenzahl subtrahieren. Die Massenzahl gibt an, wie viele Protonen und Neutronen im Kern vorhanden sind.

Das Schalemodell von Niels Bohr besteht wie schon angesprochen ausmehrehren Schalen. Diese werden von innen nach außen benannt. Sie heißen K-Schale, L-Schale, M-Schale… Auf der K-Schale sind maximal 2 Elektronen und auf der L-Schale und jede weitere maximal 8 Elektronen. Auf der äußersten Schale ist auch eine Begrenzung und durch die Hauptgruppen des Periodensystems ist es möglich, die Anzahl der Elektronen auf der äußeren Schale zu erkennen.
Es gibt aber auch Elemente, welche in unterschiedlichen Formen von einem Element auftreten. Diese Elemente nennen sich Isotope. Ein wichtiges Merkmal von Isotopen ist, dass Isotope eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen haben aber die selbe Anzahl an Protonen. Es ist nicht so außergewöhnlich, dass ein Element mehrere Isotope hat.

Denn bei den Elementen wie Kohlenstofft, Kalium oder auch Uran sind viele natürlich vorkommende Isotope normal und diese Art von radioaktiven Zerfall kann bei vielen Dingen nützlich sein. Zum Beispiel nutzen Biologen oder auch Paläntologen diesen radioaktiven Zerfall, um bei Fossilien das Alter festzustellen. Dieses erfolgt mit der C-14 Methode, wobei bei dem Fossil der Sauerstoffgehalt gemessen wird und an Hand des Zerfalls bestimmt wird, wie viele Jahre die Fossilien circa alt sind. Dadurch kann man auch feststellen, aus welcher Epoche die Fossilien kommen und wie lange diese Lebewesen gelebt haben.