Atome: Die Bausteine der Materie schnell erklärt! (+ 3 Modelle)

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Ein bereits gut erforschtes Feld und doch noch so viel zu entdecken! Also schau’ dir gerne die Grundsätze zu diesem umfangreichen Thema der Atome an.

Mach dich schlau über den Aufbau der kleinen Teilchen und stöbere in den vielzähligen Modellen um die Materie noch besser verstehen zu können.

Deshalb bleib dran und erhalte Infos über…

  • …den Atomaufbau, auch des Atomkerns
  • …3 verschiedene Atommodelle
  • …die Atomenergie, welche Chancen und Risiken sie birgt

Im Innern befindet sich der Kern mit Protonen und Neutronen. Darum ist die Hülle in der sich die Elektronen aufhalten. Der Kern ist deutlich kleiner als die Hülle, die ihn umgibt. Trotzdem befindet sich fast die gesamte Masse im Atomkern.

Die Bausteine in der Hülle sind wesentlich leichter, als die im Kern!

Um dies zu veranschaulichen, erhältst du nun die Angaben zu den Massen:
Proton 1,007 276 466 583 u
Neutron 1,008 664 915 95 u
Elektron 0,510 998 95 u

Beitragsbild Atomaufbau

Während die Protonen elektrisch positiv geladen sind, sind die Neutronen neutral und die Elektronen negativ geladen.

Im Gegensatz zur althergebrachten Meinung kreisen die Elektronen nicht willkürlich, sondern in sogenannten Orbitalen um den Kern. Man geht davon aus, dass sie sich mit einer Wahrscheinlichkeit von 90% in dem orbitalen Raum befinden.

Der Atomkern kurz erklärt

Du kannst herausfinden, wie viele Protonen im Kern sind, in dem du dir das Periodensystem anschaust. Die Ordnungszahl gibt die Anzahl dieser an. Um die Neutronenanzahl zu berechnen, benötigst du zusätzlich die Massenzahl.

Die Protonen und Neutronen bestehen aus verschiedenen Quarks und Gluonen.

Um mehr darüber zu erfahren, schau gern hier vorbei:

Erstaunliche Atommodelle

Wie du vielleicht schon weißt, gibt es ganz unterschiedliche Atommodelle. In diesem Abschnitt sollen sie dir zusammenfassend vorgestellt werden. Somit hast du einen besseren Überblick.

Atome – Kugel- oder Teilchenmodell

Dieses ist das einfachste der Modelle, um den Aufbau von Materie zu beschreiben. Denn Materie ist aus Atomen.

Im 18. Jahrhundert stelle John Dalton die Theorie auf, dass Atome mit Masse gefüllte Kugeln sind.

Beitragsbild Kugelmodell

Sie sind elastisch, unteilbar und besitzen Haftstellen, damit sie sich zu Molekülen oder Festkörpern verbinden können.

Der Vorteil dieses Modell ist, dass du damit die Wärmeleitung, Aggregatzustände und die Veränderung von Temperatur oder Druck beschreiben kannst.

Jedoch können chemische Bindungen nicht damit erklärt werden.

Atome – Schalenmodell

Das Schalenmodell basiert auf dem Atommodell nach Bohr und ist eine vereinfachte Darstellung der Anordnung der Elektronen.

Die Elektronen sind in Schalen angeordnet, welche sich in gleichen Abständen zueinander befinden. Du kannst dir das wie die Schalen einer Zwiebel vorstellen. In diesem Modell bewegen sich die Elektronen kreisförmig in den Schalen.

Das Orbitalmodell ist der neuere Ansatz. Allerdings ist dieses keineswegs unnütz. Denn es veranschaulicht wichtige Vorgänge.

Beitragsbild Schalenmodell

K-Schale: max. 2
L-Schale: max. 8
M-Schale: max. 18
N-Schale: max. 32
O-Schale: max. 50

Darüber hinaus gibt es weitere Elektronen in je 8 weitere sind bezüglich der chemischen Eigenschaften nicht so relevant für die Hauptgruppen-Elemente.

Merken kannst du dir:
Die Anzahl der Schalen wird durch die Periodennummer des Elements im Periodensystem widergespiegelt. Zum Beispiel liegt das Element Natrium in der 3. Periode, also hat es 3 Schalen.

Vorgänge, die mit diesem Modell beschrieben werden

Mit diesem Modell lassen sich Eigenschaften der Elemente schlüssig erklären. Denn jedes Atom strebt 8 Elektronen in seiner Außenschale an. Das ist der Zustand von Edelgasen.

Die innerste Schale hat das geringste Energieniveau.

Deshalb kann der Übergang von Elektronen in den Schalen erläutert werden. Wenn Energie frei gegeben wird, geht ein Elektron aus einer Schale mit hohem in eines mit einem niedrigen Energieniveau. Das bedeutet, von einer äußeren zu einer inneren Schale.

Beitragsbild Atome Energie

Andersherum muss Energie aufgebracht werden, wenn ein Elektron von einer innenliegenden zu einer außenliegenden Schale geht.

Aufnahme und Abgabe von Elektronen, damit Elemente in einen anderen Zustand kommen

  • Nur 1 Außenelektron besitzen Alkalimetalle. Deshalb können sie dieses sehr leicht abgeben. Sie sind besonders reaktiv.
  • Für ein voll besetzte Außenschale fehlt Halogenen 1 Elektron. Deshalb nehmen sie von anderen Elementen Elektronen leicht auf. Sie sind sehr reaktiv.
  • Eine vollbesetzte Außenschale (8 Elektronen) besitzen Edelgase. Darum gehen sie keine chemischen Reaktionen ein.

Schwächen des Modells

Durch seine vereinfachte Darstellung mit Hilfe von Schalen können manche Antworten auf Phänomene nicht gegeben werden.

Einerseits wird der Elektroneneinfang nicht berücksichtigt. Das bedeutet, dass ein Atomkern sich aus seiner Radioaktivität in einen stabilen umwandeln kann.

Dies passiert, indem ein Elektron aus der inneren Schale eingefangen wird. Zusätzlich wandelt sich ein Proton in ein Neutron um. Dadurch geht die Ordnungszahl um 1 runter.

Andererseits kann die Gestalt der Moleküle nicht dargestellt werden. Zum Beispiel sieht Methan aus wie ein Tetraeder oder das Wasserstoffmolekül ist gewinkelt.

Ein weiteres Modell ist das Kern-Hülle-Modell des Physikers Rutherford von 1911. Dieses findest du hier: Rutherford Atommodell – schnell und einfach erklärt

Atomenergie – Chancen und Risiken im Überblick

Wenn zwei Atome zu einem Größerem verschmelzen, entsteht Kernenergie. Diesen Prozess nennt man Kernfusion. Auch bei der Kernspaltung, also wenn sich Atome in kleinere Atome zerteilen, setzt das Energie frei.

Kernspaltung wird in Kernkraftwerken zur Erzeugung von Elektrizität genutzt.

Beitragsbild Atomenergie

Grundsätzlich ist der größte Vorteil auch zugleich der größte Nachteil. Die hohe Energiedichte bietet die Möglichkeit sehr hohe Mengen an Strom aus wenig Rohstoff zu produzieren.

Allerdings benötigt genau dies auch spezielle Sicherheitsmaßnahmen. Denn die potenziellen Schäden können gewaltig sein, auch wenn das Risiko eines Unfalls in einer Anlage eher gering ist.

Nachteilig ist vor allem die radioaktive Strahlung bei der Kernspaltung. Diese ist besonders für Menschen und die Umwelt schädlich. Es kann schwer krank machen oder sogar tödlich verlaufen, wenn jemand mit radioaktiven Dingen Kontakt hatte.

Auch der entstehende Abfall muss bisher endgelagert werden, da zum Beispiel Plutonium-239 erst nach 24.000 Jahren nicht mehr strahlt. Die deutsche Gesetzgebung fordert für viele radioaktive Abfälle eine 1.000.000 Jahre lange Lagerung.

Andererseits werden fossile Brennstoffe, wie Kohle oder Erdöl weniger verbraucht. Deutschland möchte noch in diesem Jahr 2022 den letzten Kernreaktor abschalten

Die Forschung von weniger gefährlichen Reaktoren wird vorangetrieben.

Beispielsweise der Dual-Fluid-Reaktor kann auch mit Abfällen aus den Kernkraftwerken betrieben werden. Sie funktionieren über ein anderes System, weshalb sie an sich weniger gefährlich sein sollen.

Kritik gibt es für die wenige Energie, die damit erzeugt würde. Deshalb müssten auch viel mehr solcher Reaktoren gebaut werden, was das Risiko eines Strahlungsunfalles natürlich wieder erhöht.

Allerdings muss auch hierbei immer eine Risiken-Nutzen-Abwägung gemacht werden. Damit du dir ein noch besseres Bild darüber machen kannst, hier ein Video dazu von dem YouTube-Channel Breaking Lab: https://www.youtube.com/watch?v=6eq4WC4W7Bg

Atome – Fazit

Atome sind ein wirklich spannendes Thema, denn sie umgeben dich permanent. Der Aufbau ist gar nicht mal so komplex und kann verständlich durch verschiedene Modelle veranschaulicht werden.

Vor allem besitzt es Strahlkraft bei der Stromerzeugung!

Wie dir vielleicht aufgefallen ist, können Atome als Energielieferant große Vorteile in der Stromerzeugung für uns haben. Trotzdem geht eine große Verantwortung mit dieser Technologie einher!

Die Forschung diesbezüglich entwickelt sich immer weiter. Auch wenn nicht außer Acht gelassen werden sollte, dass andere Bereiche der Energiegewinnung innovative Ansätze bieten können.

Wenn wir dir die Welt der Atome näher bringen konnten, würden wir uns riesig über eine Sternebewertung freuen! 😉
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