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Grundwissen

Atomaufbau

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Modelle über den Atomaufbau haben sich ständig weiterentwickelt.
  • Ein Atom besteht aus einem sehr kleinen Atomkern und einer Hülle.
  • Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. In der Atomhülle halten sich die Elektronen auf.
  • Protonen und Neutronen bestehen wiederum jeweils aus drei Quarks.

Atom als unteilbare, homogene Massenkugel

Schon im antiken Griechenland entwickelt Demokrit die Vorstellungen, dass alle Materie aus kleinen, sich bewegenden Teilchen besteht. Diese Teilchen nannten die Griechen Atome (griechisch atomos, unteilbar), da sie dachten, Atome seien das kleinste Bestandteil der Materie und nicht weiter teilbar.

Dalton griff diese Vorstellung im 18. Jh. auf und legte in seiner Atomhypothese fest, dass Elemente aus Atomen der gleichen Art bestehen und sich die Atome von verschiedenen Elementen im Gewicht unterscheiden. Ein Atom war dabei immer eine elektrisch neutrale, homogene Massenkugel.

Atom aus Elektronen, Protonen und Neutronen

Ende des 19. und Anfang des 20. Jh. änderte sich die Vorstellung des Atomaufbaus durch immer neue experimentelle Erkenntnisse stetig. Aufgrund der Entdeckung des Elektrons und der elektrischen Eigenschaft von Materie führte J.J. Thomsen das "Rosinenkuchen-Modell" ein: in einem homogenen, positiven Massebrei sind negative Elektronen regelmäßig angeordnet.

Rutherford zeigte mit seinen Streuversuchen jedoch, dass ein Atom einen sehr kleinen, positiv geladenen Atomkern besitzt, der fast die gesamte Masse des Atoms ausmacht. Die leichten Elektronen in der großen Atomhülle neutralisieren die positive Ladung des Kerns. Später entdeckte Rutherford, dass der Atomkern aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen besteht, die durch die kurzreichweitige Kernkraft zusammengehalten werden.

Aufenthaltswahrscheinlichkeiten und Quarks

Heisenberg macht später deutlich, dass man den Elektronen in der Atomhülle keinen festen Ort und keine fest Bahn zuschreiben kann, sondern Aufenthaltswahrscheinlichkeiten nutzen muss, die mit Orbitalen dargestellt werden können. Gell-Mann postulierte schließlich 1964 dass Protonen und Neutronen aus jeweils drei Quarks bestehen, was durch Experimente mit Linearbeschleunigern bestätigt wurde. Elektronen sind jedoch nach jetzigem Kenntnisstand unteilbar. 

Zeitstrahl mit zentralen Atommodellen

Zeitstrahl der Entwicklung von zentralen Atommodellen
Abb. 1 Zeitstrahl der Entwicklung von zentralen Atommodellen

Grafische Veranschaulichungen der Atommodelle

Abb. 2 Immer genauer werdende Vorstellung vom Aufbau der Atome in den Geschichte

Die Animation in Abb. 2 zeigt in Auszügen die Entwicklung der Vorstellung vom Atom von den Griechen bis etwa 1930 und stellt die jeweilige Vorstellung grafisch dar. Darüber hinaus zeigt die Animation, dass man sich heute die Nukleonen Proton und Neutron aus noch kleineren Bausteinen aufgebaut denkt.

Eine ausführlichere Darstellung findest du über die Linkliste am Ende dieses Artikels.