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Das Atom, abgeleitet von einem griechischen Wort, das sich lose in "das, was nicht geteilt werden kann" übersetzt, wird weithin als die grundlegende Einheit aller Materie angesehen. Atome bestehen aus subatomaren Teilchen, die als Protonen, Neutronen und Elektronen bezeichnet werden, wobei sich die beiden ersteren im Atomkern befinden und fast die gesamte Masse ausmachen, und aus Elektronen, die auf Orbitale am Rand des Atoms beschränkt sind. Die Anzahl der Protonen in natürlich vorkommenden Atomen reicht von 1 bis 92; Diese unterschiedlichen Atome entsprechen Elementen, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Massen und der einzigartigen Anordnung ihrer winzigen Bestandteile im Weltraum unterschiedliche elektrochemische Eigenschaften aufweisen.
Das Atom
Atome sind extrem kleine Teilchen und können nur durch außergewöhnliche Mittel weiter zerteilt werden. Denken Sie an die Teile, aus denen ein Puzzle besteht. Diese können technisch durch Zerstörung in kleinere Stücke aus Pappe und Papier getrennt werden. Für praktische Zwecke sind diese Teile jedoch die grundlegenden, unteilbaren Elemente von Puzzles.
Atome bestehen aus Protonen, die eine positive elektrische Ladung tragen; Elektronen, die eine negative Ladung tragen; und Neutronen, die keine Ladung tragen. Somit ist in einem gewöhnlichen, elektrisch neutralen Atom die Anzahl der Protonen und die Anzahl der Elektronen gleich.
Die Atommasse eines Atoms ist ungefähr gleich der Anzahl der Protonen plus der Anzahl der Elektronen, da die Masse der Elektronen praktisch vernachlässigbar ist.
Das Proton
Das Proton ist in der Tat das Indexteilchen eines Atoms. Die Anzahl der Protonen in einem Atom bestimmt die Identität des Elements, zu dem ein Atom gehört. Mit anderen Worten, wenn zwei Atome eine unterschiedliche Anzahl von Protonen haben, sind sie nicht dasselbe Element.
Die Anzahl der Protonen in einem Element bestimmt seine Ordnungszahl, Z. Wasserstoff ist das leichteste Element und hat ein Proton (Z = 1); Uran ist das schwerste natürlich vorkommende Element und hat 92 Protonen (Z = 92). Jedes Proton, dem eine Masse von 1.00728 Atommasseneinheiten (amu) zugeordnet ist, hat eine Ladung, die als +1 bezeichnet wird.
Atome können nur mit einem Proton in ihrem Kern existieren, wie dies bei Wasserstoffatomen der Fall ist. Ein Kern ohne mindestens ein begleitendes Proton ist jedoch kein Atom.
Das Neutron
Neutronen haben eine ähnliche Größe wie Protonen mit einem Amu von 1,00867 und besiedeln auch den Atomkern. Die Anzahl der Neutronen in einem Atom in einer elementstabilen Konfiguration ist normalerweise größer als die Anzahl der Protonen, wobei diese Ungleichheit mit zunehmender Ordnungszahl größer wird. Ein Wasserstoffatom hat zum Beispiel ein Proton, aber keine Neutronen, während ein Heliumatom zwei von jedem hat. Zinn hat dagegen 50 Protonen und 69 Neutronen, während Uran 92 bzw. 146 hat.
Die Anzahl der Protonen plus Neutronen in einem Atom ist seine Massenzahl M. Die Anzahl der Neutronen in einem Atom ist also seine Atommassenzahl minus seiner Ordnungszahl oder M - Z.
Wenn ein Atom Neutronen gewinnt oder verliert, bleibt es dasselbe Element, wird jedoch zu einem Isotop dieses Elements. Unterschiedliche Isotope werden durch Anhängen von M an die linke obere Ecke der Abkürzung für dieses Element identifiziert. Zum Beispiel, 14C ist ein Isotop des Kohlenstoffs (Z = 6), das statt der üblichen sechs Neutronen acht Neutronen hat.
Das Elektron
Elektronen sind winzige (0,000549 amu), negativ geladene Teilchen, die wie Planeten, die die Sonne umkreisen, die Protonen und Neutronen umkreisen, die einen Atomkern bilden. Dies ist jedoch bestenfalls eine grobe Beschreibung, da Fortschritte in der Quantenphysik zum Konzept diskreter Orbitale über den Kern geführt haben, zwischen denen Elektronen "springen" können. Diese Orbitale entsprechen unterschiedlichen elektromagnetischen Energieniveaus und tragen Bezeichnungen wie s, p, d und f. Die Bewegung der Elektronen beruht darauf, dass sie eine Ladung von -1 haben und vom positiv geladenen Kern angezogen werden.
Normalerweise ist die Anzahl der Elektronen in einem Atom gleich Z, wodurch diese Atome in ihrer Gesamtladung neutral sind. Einige Atome haben unterschiedliche Anzahlen von Protonen und Elektronen, was zu einer positiven oder negativen Nettoladung führt. Diese Atome heißen Ionen.