Atome bestehen aus einem winzigen positiv geladenen Kern und einer negativ geladenen Hülle. Im Kern ist fast die gesamte Masse des Atoms enthalten. Die Atomhülle besteht aus negativ geladenen Elektronen. Die Atomhülle bestimmt die Größe und die chemischen Eigenschaften des Atoms. Atome sind im Allgemeinen insgesamt elektrisch neutral: Der Atomkern enthält positive Ladungsträger, die Protonen. Ihre Anzahl heißt Kernladungszahl oder Ordnungszahl Z. Die Hülle enthält genauso viele Elektronen wie der Kern Protonen. Zusätzlich enthält der Atomkern neutrale Teilchen, die Neutronen (90.1). Kernladungszahl Z = Anzahl der Protonen im Kern = Anzahl der Elektronen in der Hülle des neutralen Atoms Massenzahl A = Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern Hat ein Atom mehr (bzw. weniger) Elektronen in der Hülle als Protonen im Kern, so bezeichnet man es als negatives (bzw. positives) Ion. Chemische Elemente Im Alltag finden wir eine Fülle von Substanzen vor, aus denen die Welt besteht. Die Chemie konnte diese Vielfalt auf wenige Grundstoffe, die chemischen Elemente, zurückführen, die miteinander chemische Verbindungen bilden können. Welche Rolle dabei die Struktur der Atomhülle spielt, wurde erst mittels der Quantenmechanik verstanden. Die Wechselwirkung zwischen den Atomhüllen bindet Atome zu Molekülen und ermöglicht neben Gasen und Flüssigkeiten auch Festkörper, wie den nur aus Kohlenstoff bestehenden Diamant. Es gibt rund 100 Grundstoffe, die chemischen Elemente. Aus diesen sind alle Substanzen aufgebaut. Untersuche, überlege, forsche: Wichtige chemische Elemente 90.1 W2 Stelle eine Vermutung auf, welche drei chemischen Elemente im menschlichen Körper (90.3) am häufigsten vorkommen. Überprüfe deine Vermutung durch eine Internetrecherche! Alle Atomkerne eines chemischen Elements besitzen gleich viele Protonen. Sie können verschieden viele Neutronen enthalten und werden dann als Isotope desselben Elements bezeichnet. Beispielsweise enthalten Kerne des Elements Kohlenstoff immer 6 Protonen, aber meist 6, selten 7 und sehr selten 8 Neutronen. Sie sind die Kohlenstoff-Isotope 12C, 13C und 14C (die hochgestellte Zahl ist die Massenzahl A). Im natürlich vorkommenden Kohlenstoff ist 12C mit 98,9 % das häufigste Isotop. Die Atommasse und die Molekülmasse Zerlegt man Wasser (H2O) in seine chemischen Elemente Wasserstoff und Sauerstoff (90.2), so findet man: Die Masse des erzeugten Wasserstoffs verhält sich zur Masse des Sauerstoffs stets wie 1 : 8. Die Volumina verhalten sich wie 2 : 1. Daraus schließt man: Es sind doppelt so viele Wasserstoffatome wie Sauerstoffatome vorhanden. Die Masse eines Sauerstoffatoms ist daher 16-mal so groß wie die Masse eines Wasserstoffatoms. Im 20. Jahrhundert wurde es möglich, die Massen der Atome mittels Massenspektrometern (s. Physik 8) zu messen. Da Massen einzelner Atome in der Einheit kg sehr klein sind, wurde die atomare Masseneinheit u als eigene Einheit definiert: Die atomare Masseneinheit u entspricht 1/12 der Masse eines 12C-Atoms. u = 1,66·10−27 kg 90.1 Atome bestehen aus dem Atomkern und den Elektronen der Hülle. Protonen und Neutronen bilden den Atomkern. Elektronen sind etwa 2 000-mal leichter als Protonen bzw. Neutronen und tragen zur Masse von Atomen vernachlässigbar wenig bei. Atomkern Elektronenhülle 90.2 Wasser wird im Elektrolyseapparat mit Gleichstrom in gasförmigen Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Im Volumenverhältnis 2:1 entstehen Wasserstoff an der negativen Elektrode und Sauerstoff an der positiven. Wasserstoff wird als „sauberer“ Energieträger für Busse im Nahverkehr bereits eingesetzt. Wasserstoff Sauerstoff Wasser 90.3 Welche Elemente bauen deinen Körper auf? Welche sind für den Stoffwechsel wichtig? 90 Thermodynamik 1 Atome lieben Wärme Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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