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Was ist ein Atom?

Atome sind die Bausteine jeglicher Materie und bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Die Größe und Struktur der Atome variiert, wobei die Anzahl der Protonen die Ordnungszahl des Elements bestimmt. Tauche ein in die faszinierende Welt der Atome! Interessiert? Erfahre mehr in dem folgenden Text!

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Team Realfilm
Was ist ein Atom?
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Beschreibung zum Video Was ist ein Atom?

Hast du dich schon einmal gefragt, wie Signale durch Lichtleiter wie zum Beispiel Glasfaserkabel transportiert werden können? Grundlegend hierfür ist die Totalreflexion, die dir in diesem Video auf einfache Weise erklärt wird. Du erfährst, wann sie auftritt und erhältst Beispiele zur Nutzung der Totalreflexion.
Im Anschluss an das Video kannst du dein Wissen an den interaktiven Übungen und am Arbeitsblatt testen.

Grundlagen zum Thema Was ist ein Atom?

Was ist ein Atom?

Atome sind die Bausteine, aus denen alle Materie besteht. Alles um uns herum ist aus Atomen aufgebaut: die Luft, die wir atmen, die Erde, unser eigener Körper – einfach alles!

Der Name Atom erklärt sich aus dem griechischen Wort für unteilbar: Atome sind die kleinsten Einheiten der chemischen Elemente. Ursprünglich wurden sie als unteilbar angesehen, allerdings wissen wir heute, dass sie sehr wohl teilbar sind. Atome bestehen ihrerseits aus subatomaren Teilchen: Protonen, Neutronen und Elektronen.

Atom – Größe

Atome sind unvorstellbar klein. Der Durchmesser eines Atoms beträgt ungefähr 0,1 Millionstel Millimeter. Das kann man so ausdrücken: $\frac{1}{10\,000\,000}~\text{mm}$ oder als Kommazahl schreiben: $0,000\,000\,000\,1~\text{m}$ oder $0,000\,000\,1~\text{mm}$. In einem einzigen Sandkorn befinden sich also bereits Millionen von Atomen. Nur mit einem hochauflösenden Elektronenmikroskop kann man Bilder echter Atome erzeugen. Kohlenstoff-Atome zum Beispiel sieht man unter dem Elektronenmikroskop in regelmäßigen Mustern angeordnet. Die Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich voneinander. Aber alle Atome aller Elemente haben grundsätzlich denselben Aufbau.

Atom – Aufbau

Atome setzen sich aus Protonen, Neutronen und Elektronen zusammen. Diese nennt man auch subatomare Teilchen, weil sie die Bausteine der Atome sind. Der größte Teil eines Atoms ist allerdings leerer Raum zwischen den subatomaren Teilchen. Im Zentrum eines Atoms befindet sich der Atomkern. In dem Kern befinden sich die Protonen und Neutronen. Der Kern nimmt nur etwa ein Billionstel des Raumes des Atoms ein, enthält aber fast die gesamte Masse des Atoms, etwa $99\,\%$. Die Protonen tragen eine positive elektrische Ladung, die Neutronen sind neutral, also gar nicht geladen. Um den Atomkern herum befinden sich die negativ geladenen Elektronen.

Atom Atomaufbau Protonen Neutronen Elektronen

Ladungsgleichgewicht im Atom

Die Anzahl der Elektronen in einem Atom entspricht der Anzahl der Protonen. Die positiven und negativen Ladungen eines Atoms gleichen sich also genau aus. Ein Atom ist nach außen stets elektrisch neutral. Die Anzahl der Protonen eines Atoms zeichnet das Atom besonders aus. Man nennt die Anzahl der Protonen die Ordnungszahl des Atoms. Gold-Atome besitzen um Beispiel $79$ Protonen, Kupfer-Atome haben $29$ Protonen. Die Anzahl der Protonen macht ein Element zu dem, was es ist.

Atom – Ordnungszahl

Das leichteste Atom der Physik ist das Wasserstoff-Atom. Es besitzt nur ein einziges Proton. Mit zwei Protonen wäre es Helium, mit acht Protonen Sauerstoff. An der Ordnungszahl eines Atoms kann man auch die Anzahl der Elektronen ablesen. Denn die Anzahl der Elektronen und Protonen eines Atoms ist stets gleich. Die Anzahl und Lage der Elektronen im Atom bestimmt unter anderem die chemische Reaktionsfreudigkeit des Elements.

Ordnungszahlen ausgewählter Elemente – tabellarischer Steckbrief

Damit du ein besserer Gefühl für die Ordnungszahl bekommst, haben wir hier ein paar Elemente und ihre Ordnungszahl aufgelistet:

Element Symbol Anzahl der Protonen im Atom (Ordnungszahl)
Wasserstoff H 1
Helium He 2
Sauerstoff O 8
Kupfer Cu 29
Gold Au 79

Zusammenfassung der Atome

  • Atome sind die Bausteine, aus denen jegliche Materie besteht.
  • Atome sind aus subatomaren Teilchen aufgebaut: Protonen, Neutronen und Elektronen.
  • Protonen und Neutronen bilden den Atomkern, Elektronen sind in der Atomhülle verteilt.
  • Es gibt unterschiedliche Arten von Atomen, denn Atome unterscheiden sich in der Anzahl der Protonen im Atomkern. Jedes Element setzt sich aus Atomen mit einer bestimmten Anzahl an Protonen zusammen.
  • Die Anzahl der Protonen eines Atoms entspricht der Ordnungszahl des zugehörigen Elements. Dies ist gleichzeitig auch die Anzahl der Elektronen im Atom, denn die Anzahl der Protonen und Elektronen in einem Atom ist stets gleich.
  • Protonen und Elektronen tragen elektrische Ladungen. Trotzdem sind Atome nach außen ungeladen, da sich die positiven Ladungen der Protonen und die negativen Ladungen der Elektronen genau ausgleichen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Atom

Wie ist ein Atom aufgebaut?
Wie groß ist ein Atom?
Aus was besteht ein Atom?
Wie sieht ein Atom aus?
Wie viele Schalen hat ein Atom?
Wie schwer ist ein Atom?
Wann ist ein Atom stabil?
Wie viele Außenelektronen hat ein Atom?
Wo findet man Atome?
Was ist das kleinste Atom?

Transkript Was ist ein Atom?

Alles um dich herum besteht aus Atomen: die Luft, die du atmest, die Erde, dein eigener Körper. Atome sind die Bausteine, aus denen alle Materie besteht. Man kann sich kaum vorstellen, wie klein Atome sind: Sie haben einen Durchmesser von nur einem Zehntel Million Millimeter. In nur einem einzigen Sandkorn befinden sich Billionen von Atomen. Mit einem hochauflösenden Elektronenmikroskop kann man atemberaubende Bilder echter Atome aufnehmen. Das hier ist leuchtendes Silizium. Und das hier sind Kohlenstoffatome. Die Atome unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich voneinander, aber jedes Atom – ganz gleich ob Gold oder Helium – besitzt den gleichen grundsätzlichen Aufbau. Atome sind aus drei subatomaren Teilchen aufgebaut: Protonen, Neutronen und Elektronen. Zum größten Teil besteht ein Atom aus leerem Raum. In seinem Zentrum befindet sich eine kleine, dichte Kugel, der Atomkern. Dort befinden sich die Protonen und Neutronen des Atoms und obwohl er weniger als ein Billionstel des Gesamtvolumens des Atoms ausmacht, stellt er fast die gesamte Atommasse. Protonen tragen eine positive Ladung. Neutronen hingegen sind gar nicht geladen. Um den Kern kreisen die negativ geladenen Elektronen als kleine Punkte in einem verhältnismäßig großen Raum. Die Anzahl der Elektronen in einem Atom entspricht immer der Anzahl der Protonen, die positiven und die negativen Ladungen gleichen sich also aus. Darum ist ein Atom stets elektrisch neutral. Die Anzahl der Protonen bestimmt die einzigartige Identität eines Atoms. Man nennt sie Ordnungszahl. Die Ordnungszahl macht Gold zu Gold oder Kupfer zu Kupfer. Das leichteste Atom, Wasserstoff, besitzt nur ein Proton. Hätte es zwei Protonen, wäre es Helium. Und mit acht Protonen Sauerstoff. Da ein Atom immer genau so viele Elektronen wie Protonen besitzt, verrät uns die Ordnungszahl auch die Anzahl der Elektronen eines Atoms. Das beeinflusst, wie reaktionsfreudig ein Element ist. Atome sind zwar viel zu klein, um sie mit bloßem Auge zu sehen, und doch bestimmt der Aufbau eines jeden Atoms, wie die Welt um uns herum beschaffen ist.

8 Kommentare
8 Kommentare
  1. Finde ich denn zu den Arbeitsblättern auch die Lösungen? Oder woher weiß ich, dass ich die die Fragen richtig beantwortet habe?

    Von Nino, vor etwa einem Jahr
  2. Hallo Paul, danke für deine Rückmeldung. Du hast völlig Recht, es ist natürlich ungünstig, wenn in einer Übung Inhalte abgefragt werden, die im Video nicht angesprochen werden. Wir werden die Übung dahingehend anpassen.

    Von Martin Fuge, vor mehr als einem Jahr
  3. Also im Video gab es keine Erwähnung zu den Isotopen, (es sei denn ich hab was überhört) und wenn man die dann in die Übung mit hineinnimmt ist eher unpraktisch.

    Von Paul, vor mehr als einem Jahr
  4. @LIVE, vielen Dank für dein Feedback! Bei mir taucht aber kein Fehler auf... hast du dich vielleicht einfach vertippt? Man muss hier keine Einheit eingeben, denn die Ordnungszahl hat keine.

    Von Lukas Schwarz, vor fast 2 Jahren
  5. Bei der Übungsaufgabe Nummer 4 ist ein Fehler bei der Ordnungszahl Silber. Silber hat die Ordnungszahl 47 und nicht 49.
    Wenn man 47 eingibt zeigt er es als Fehler.

    Von LIVE, vor fast 2 Jahren
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Was ist ein Atom? Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Was ist ein Atom? kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe den Aufbau eines Atoms.

    Tipps

    Atome sind elektrisch neutral.

    Ein Proton ist etwa 1836-mal schwerer als ein Elektron.

    Es gibt drei korrekte Antworten.

    Lösung

    Atome bestehen aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Die Protonen und die Neutronen befinden sich im Atomkern, der den größten Teil der Atommasse ausmacht. Die Elektronen befinden sich in der Atomschale, die den größten Teil des Atomvolumens ausmacht. Da die Elektronen aber wie der Kern nur ein sehr kleines Volumen innehaben, besteht das Atom so zum größten Teil aus leerem Raum.

    Elektronen tragen eine negative Ladung und Protonen eine positive, Neutronen sind elektrisch neutral. Die Anzahl der Protonen und der Elektronen eines Atoms ist immer gleich, deshalb ist auch jedes Atom insgesamt elektrisch neutral. Die Anzahl der Neutronen kann variieren. Für kleinere Atome ist sie aber meist etwa vergleichbar mit der Anzahl der Protonen.

  • Gib die Elemente an.

    Tipps

    Die jeweilige Ordnungszahl der Atomkerne findest du oben links in den Kästchen.

    Lösung

    Die Identität jedes Elements wird durch die Anzahl der Protonen in seinem Atomkern bestimmt, die in den obigen Bildern rot dargestellt werden. Diese Anzahl wird auch Ordnungszahl genannt. Ein Atomkern enthält neben den Protonen auch eine Anzahl von Neutronen, die in den Bildern weiß dargestellt werden. Die Anzahl der Neutronen ist meistens fast die gleiche Anzahl wie die Protonen, allerdings kann die Anzahl der Neutronen in den Atomkernen eines Elements variieren.

    Bei den oben genannten Elementen steht die Ordnungszahl oben links von der chemischen Bezeichnung. Wasserstoff ist das einfachste Atom, da es nur ein einzelnes Proton im Kern besitzt und Helium besitzt zwei Protonen. Kohlenstoff besitzt sechs Protonen und Sauerstoff besitzt acht Protonen. Das radioaktive Uran hat schließlich den größten Kern der hier dargestellten Kerne mit 92 Protonen und 146 Neutronen.

  • Bestimme die Eigenschaften der Elemente.

    Tipps

    Die Masse eines Neutrons (1 u) entspricht 0,000 000 000 000 000 000 000 0017 g.

    Zwei Heliumisotope.

    Lösung

    Die Elemente sind die einzigartigen Atome, aus denen unsere ganze Welt zusammengesetzt ist. Alle anderen Stoffe bestehen aus chemischen Verbindungen von Elementen. Wasser ist beispielsweise eine Verbindung aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.

    Die Elemente unterscheiden sich durch die Anzahl der Protonen in ihrem Atomkern, also durch die Ordnungszahl. Helium hat beispielsweise die Ordnungszahl 2 und Wasserstoff die Ordnungszahl 1. Das Element Schwefel hat die Ordnungszahl 16.

    Die Anzahl der Elektronen eines Atoms entspricht immer der Ordnungszahl. Wie viele Elektronen ein Atom besitzt, bestimmt aber, wie reaktionsfreudig es ist, also wie leicht es chemische Verbindungen mit anderen Atomen eingeht.

    Die Atommasse eines Atoms wird fast nur durch die Summe der Protonen und Neutronen im Atomkern bestimmt. Da die Elektronen etwa 1835-mal leichter sind als die Protonen, tragen sie kaum zur Atommasse bei. Protonen und Neutronen wiegen beide etwa 1u, was einer Masse von einem Quadrilliardstel Kilogramm entspricht. Dies ist eine Zahl mit 26 Nullen hinter dem Komma. Während die Anzahl der Protonen eines Elements durch die Ordnungszahl festgelegt ist, kann die Anzahl der Neutronen variieren. Bei zwei Atomen eines Elements mit unterschiedlich vielen Neutronen spricht man von Isotopen.

    Ein Schwefelatom besitzt neben seinen 16 Protonen meistens 16 Neutronen und hat die Atommasse 32u. Es gibt aber auch Schwefelisotope mit 17, 18 oder 19 Neutronen im Kern. Diese Atome haben dementsprechend die gleichen Eigenschaften wie der Schwefel mit 16 Neutronen, aber die Atommassen variieren zwischen 33u und 36u.

  • Erschließe die Ordnungszahlen der Elemente im Periodensystem.

    Tipps

    Die Ordnungszahl findest du bei jedem Element oben links im Kasten.

    Die Ordnungszahl eines Elements ist die Anzahl der Protonen in seinem Atomkern.

    Lösung

    Im Periodensystem der Elemente ist jedes bekannte Element verzeichnet. Die Elemente sind dabei nach ihrer Ordnungszahl aufgelistet und das Periodensystem liest sich wie eine Tabelle, Zeile für Zeile von links nach rechts. In den meisten Periodensystemen ist nur die chemische Bezeichnung der Elemente eingetragen, die sich meist aus der lateinischen Bezeichnung ableiten. Fe kommt beispielsweise von Ferrum, was auf Latein Eisen bedeutet.

    Im Periodensystem findest du Eisen bei der 26. Position, es hat also die Ordnungszahl 26. Magnesium hat die Ordnungszahl 12, Silber die Ordnungszahl 47 und Gold schließlich die Ordnungszahl 79.

  • Nenne die Eigenschaften der Atomteilchen.

    Tipps

    Neutronen und Protonen sind um ein Vielfaches schwerer als Elektronen.

    Der Atomkern, aber auch ein einzelnes Elektron sind im Vergleich zur Größe eines Atoms winzig.

    Elektronen sind negativ geladen.

    Lösung

    Ein Atom besteht aus dem Atomkern und der Atomhülle. Der Atomkern besteht aus den positiv geladenen Protonen und den elektrisch neutralen Neutronen. Insgesamt ist der Atomkern deshalb ebenfalls positiv. Da die Protonen und Neutronen jeweils um ein Vielfaches schwerer sind als die Elektronen, befindet sich auch fast die gesamte Atommasse im Atomkern.

    In der Atomhülle befinden sich die negativ geladenen Elektronen. Sie füllen allerdings nur einen sehr geringen Teil der Atomhülle aus, die deshalb zum größten Teil aus leerem Raum besteht.

  • Bestimme die Anzahl der Atome.

    Tipps

    Bestimme zuerst die Masse eines Quarzmoleküls (2 Sauerstoffatome und ein Siliziumatom)

    Lösung

    Um das Gewicht eines Sandkorns zu bestimmen, ist es sehr hilfreich, erst das Gewicht eines Quarzmoleküls zu bestimmen. Da das Quarzmolekül aus einem Siliziumatom und zwei Sauerstoffatomen besteht, musst du einfach die Massen dieser drei Atome aufsummieren. So erhältst du folgende Masse:

    $m_{Quarz}=m_{Sauerstoff}+m_{Sauerstoff}+m_{Silizium}=16\text{ u}+16\text{ u}+28\text{ u}=60\text{ u}$

    In Milligramm umgerechnet beträgt diese Masse:

    $m_{Quarz}=60\text{ u}\frac{1,7\cdot 10^{-21}\text{ mg}}{1\text{ u}}=102\cdot 10^{-21}\text{ mg}=0.000 000 000 000 000 000 102\text{ mg}$

    Wenn du nun das Gesamtgewicht des Sandkorns durch das Gewicht eines Quarzmoleküls teilst, erhältst du die Anzahl der Moleküle. Multipliziere diese Zahl dann mit drei, um die Anzahl der Atome zu erhalten:

    $N=\frac{m_{Sandkorn}}{m_{Quarz}}\cdot 3=58823529300\cdot 10^{9}=58 823 529 300 \text{ Milliarden}$

    Ein Sandkorn enthält also demnach etwa 59 Trillionen Sauerstoff- und Siliziumatome.