Das Atom – Aufbau aus Elementarteilchen

Aufbau eines Atoms – Chemie

Sicher hast du schon einmal etwas von Atomen gehört. Atome sind die Bausteine, aus denen alle Stoffe bestehen. Wasser, ein Stein, ein Auto und ja sogar du bestehst aus Atomen. Doch wie sind diese Atome überhaupt aufgebaut und wie kommt es, dass die aus ihnen bestehenden Stoffe so unterschiedlich sind?
Obwohl die Vorstellung von Atomen schon bei den alten Griechen bekannt war, gab erst der Physiker Ernest Rutherford Anfang des 20. Jahrhunderts die Grundlage der Atomtheorie vor. Doch wie stellte sich Rutherford den Aufbau der Atome vor? Das erfährst du in diesem Text. Außerdem lernst du, einfach erklärt, was ein Atom überhaupt ist und wie der allgemeine Atomaufbau aussieht.

Was ist ein Atom? – Definition

Einfach erklärt sind Atome winzige Bausteine, aus denen alle Stoffe bestehen. Doch was bedeutet winzig? Wie groß ist ein Atom? Die Größe eines Atoms liegt etwa bei $\pu{0,1 - 0,5 nm}$. Das Atom wurde lange als das kleinste Element angenommen. Man kann es mit einem Elektronenmikroskop, zum Beispiel dem sogenannten (Elektronenrastermikroskop), sehen. Atome selbst bestehen jedoch noch aus viel kleineren Teilchen, die in einer ganz bestimmten Ordnung vorliegen und sich mit chemischen Methoden nicht weiter zerlegen lassen. Den Aufbau des Atoms findest du im folgenden Abschnitt.

Wie ist ein Atom aufgebaut?

Ein Atom besteht aus der fast masselosen Atomhülle und dem massereichen Atomkern. Die einzelnen Teilchen des Atoms sind die Elektronen, die Protonen und die Neutronen.

Rutherford erkannte im Jahr 1910, dass das Atom einen Atomkern besitzt. Er entwickelte das Rutherford-Atommodell und legte damit die Grundlage für den Atomaufbau.

Alle Atome besitzen einen ähnlichen Atomaufbau. Sie bestehen aus den Elektronen, Protonen und Neutronen. Nur ist die Anzahl der Teilchen bei den verschiedenen Atomen jeweils anders. Im Atomkern liegen die Neutronen und Protonen. Die Elektronen befinden sich in der Atomhülle, weshalb diese auch als Elektronenhülle des Atoms benannt werden kann. Das Schema des Atomaufbaus – das sogenannte Schalenmodell – kannst du im folgenden Bild sehen:

Die chemischen Eigenschaften eines bestimmten Stoffs sind hauptsächlich von den Zuständen und Vorgängen in der Atomhülle abhängig. Bei chemischen Reaktionen erfolgen keine Veränderungen im Atomkern – die Veränderungen betreffen ausschließlich die Atomhülle. Es entstehen dann neue Stoffe mit anderen Eigenschaften, aber keine neuen Elemente. Durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen werden aus elektrisch neutralen Atomen elektrisch geladene Ionen.

Die Atomkerne können ausschließlich durch Kernspaltung oder Kernfusion verändert werden. Bei der Kernspaltung wird ein Atomkern unter Energiefreisetzung in zwei oder mehr kleinere Kerne zerlegt und bei der Kernfusion verschmelzen zwei Atomkerne zu einem neuen Kern. Es entstehen neue Elemente.

Was sind Elektronen?

Elektronen sind negativ geladene Teilchen. Die Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen in der Atomhülle rund um den Atomkern. Du kannst dir das wie bei unserem Sonnensystem vorstellen: Dort bewegen sich die Planeten auch auf Kreisbahnen um die Sonne. Die Bahnen der Elektronen können allerdings verschiedene Formen annehmen, die man nach dem Orbitalmodell einteilt. Auch die Besetzung der einzelnen Orbitale mit Elektronen folgt einem bestimmten Schema und festen Regeln. Diese nennen wir auch Pauli-Prinzip.

Was sind Protonen?

Protonen sind positiv geladene Teilchen und befinden sich ganz dicht gepackt im Atomkern. Dabei liegen genauso viele Protonen wie Elektronen in einem Atom vor. Aber Moment mal: Würden sich nicht eigentlich zwei positive Ladungen voneinander abstoßen, wenn sie einander zu nahe kommen? Im Atomkern stoßen sich die Protonen aber nicht ab. Wie kommt es dazu? Das liegt daran, dass sich im Atomkern auch die Neutronen befinden. Diese haben keine Ladung. Sie sind also elektrisch neutral und setzen sich zwischen die Protonen. Deswegen stoßen sich die Protonen nicht voneinander ab.

Die Protonenzahl entspricht übrigens der Kernladungszahl und ist gleich der Ordnungszahl im Periodensystem der Elemente.

Was sind Neutronen?

Neutronen sind neutrale Teilchen. Sie befinden sich zwischen den Protonen und verhindern so deren Abstoßung.

Eine Ausnahme gibt es: Das normale Wasserstoffatom besitzt keine Neutronen, weil nur ein Proton im Atomkern ist. Es kann beim Wasserstoffatom im Atomkern also zu keiner Abstoßung kommen, sodass auch keine Neutronen notwendig sind. Es gibt jedoch zwei weitere Isotope des Wasserstoffs – Deuterium mit einem Neutron sowie Tritium mit zwei Neutronen. Diese Isotope sind jedoch wesentlich seltener als das uns geläufige Protium.

Der Aufbau eines Atoms aus Elementarteilchen – Zusammenfassung

Der Atomaufbau kennzeichnet sich durch die Atomhülle und den Atomkern. Der Atomkern ist aus Protonen und Neutronen aufgebaut. Die Elementarteilchen eines Atoms sind:

• Elektronen: negativ geladene Teilchen, die sich auf einer bestimmten Bahn um den Atomkern bewegen
• Protonen: positiv geladene Teilchen, die sich dicht gepackt im Atomkern befinden
• Neutronen: neutrale Teilchen, die ebenfalls im Kern zwischen den Protonen liegen und verhindern, dass sich die Protonen abstoßen

Und welche Teilchen liegen im Atom immer in der gleichen Anzahl vor? Richtig, Protonen und Elektronen liegen immer in der gleichen Anzahl vor.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zum Aufbau des Atoms, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Du kannst die Informationen zum Atomaufbau auch zum Vorbereiten auf ein Referat nutzen. Viel Spaß!