Im Inneren des Atoms
Jedes Atom besteht aus drei Arten von Subatomteilchen:
| Teilchen | Ort | Ladung | Relative Masse |
|---|---|---|---|
| Proton | Kern | Positiv (+1) | 1 |
| Neutron | Kern | Keine (0) | 1 |
| Elektron | Schalen um den Kern | Negativ (−1) | ~0 (vernachlässigbar) |
Der Kern ist unglaublich klein — wenn ein Atom so groß wie ein Sportstadion wäre, wäre der Kern so groß wie ein Murmel.
Ordnungszahl und Massenzahl
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Ordnungszahl (Z) = Anzahl der Protonen im Kern. Jedes Element hat eine eindeutige Ordnungszahl. Kohlenstoff hat immer 6 Protonen; Eisen immer 26.
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Massenzahl (A) = Anzahl der Protonen + Anzahl der Neutronen
Aus diesen beiden Zahlen kann man die Anzahl der Neutronen berechnen:
In einem neutralen Atom ist die Anzahl der Elektronen gleich der Anzahl der Protonen. Das gleicht die Ladungen aus und gibt dem Atom keine Gesamtladung.
Periodensystem-Notation lesen
Elemente werden oft mit der Massenzahl oben und der Ordnungszahl unten am Symbol geschrieben:
Dies zeigt Kohlenstoff mit Massenzahl 12 und Ordnungszahl 6, also hat er 6 Protonen, 6 Neutronen und 6 Elektronen.
Warum Protonen das Element definieren
Alle Atome desselben Elements haben die gleiche Anzahl von Protonen. Ändert man die Protonenzahl, erhält man ein völlig anderes Element. Chemische Reaktionen ändern, wie Elektronen zwischen Atomen geteilt oder übertragen werden — sie ändern nicht die Anzahl der Protonen.
Das Periodensystem ordnet Elemente nach ihrer Ordnungszahl. Wasserstoff (Z=1) hat ein Proton; Helium (Z=2) hat zwei; und so weiter. Deshalb wird das Periodensystem manchmal als „wichtigstes Diagramm in der Wissenschaft" bezeichnet.
Praxisbezug: Kernkraft und Protonenidentität
Uran (U) hat 92 Protonen — das macht es zu Uran. In einem Kernkraftwerk zerfällt Uran-235 (92 Protonen, 143 Neutronen) und setzt Energie frei. Die entstehenden kleineren Kerne haben andere Protonenzahlen — sie sind völlig andere Elemente. In gewöhnlichen chemischen Reaktionen ändert sich die Protonenzahl niemals.
Praxisbezug: Kohlenstoff in Lebewesen
Kohlenstoff (C, Ordnungszahl 6) ist die Grundlage aller organischen Moleküle — Proteine, DNA, Zucker. Kohlenstoff hat immer 6 Protonen, aber verschiedene Isotope haben unterschiedliche Neutronenzahlen. Kohlenstoff-12 (6 Protonen, 6 Neutronen) ist die häufigste Form in allem Lebendigen, auch in dir.
Wo begegnet dir das im Alltag? Jedes Material um dich herum ist durch seine Protonenzahl definiert — Eisen (26), Aluminium (13), Gold (79). Das Periodensystem ist im Grunde ein Katalog aller bekannten Protonenzahlen von 1 (Wasserstoff) bis 118 (Oganesson).
Übungsaufgaben
Ein Atom hat Ordnungszahl 11 und Massenzahl 23. Wie viele Protonen, Neutronen und Elektronen hat es?