Techniklexikon

Atom

Kleinstes Teilchen eines chemischen Elementes, das lange Zeit im Sinne des griechischen Wortstammes »Atomos« als unteilbar galt. Ein A. besteht aus einem Atomkern, zusammengesetzt aus positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen, sowie einer aus Elektronen aufgebauten Atomhülle. Der Kern vereinigt nahezu die gesamte A. masse (99, 9%) auf sich. Durch Umlagerung der Elektronen mehrer gleicher oder verschiedener A. können sich Moleküle bilden; deren Struktur und die der Atomhülle bestimmen im wesentlichen die chemischen Eigenschaften eines Stoffes. Heute können weder die Atomkerne noch die Nukleonen (Protonen und Neutronen) mehr als elementar und unteilbar angesehen werden. Die Elementarteilchenphysik fand eine Vielzahl »subnuklearer Urbausteine«. kleinster, elektrisch neutraler Bestandteil eines chemischen Elements. Es besteht aus einem positiv geladenen Atomkern (Kern) und den negativ geladenen Elektronen, die die Elektronenhülle des Atoms bilden (Atomhülle). Die Stabilität und die Struktur der Atome kann erst im Rahmen der Quantenmechanik verstanden werden (Atomtheorie). Bei hinreichend grossen Abständen vom Atomkern kompensiert die Gesamtladung der Elektronenhülle die positive Kernladung. Die Atomelektronen können bei den meisten Atomen in guter Näherung in Rumpfelektronen und Valenzelektronen eingeteilt werden (Pseudopotential), wobei letztere die optischen und chemischen Eigenschaften der Atome bestimmen. Die Eigenschaften der Atome sind allerdings nur zum Teil charakteristisch für das chemische und physikalische Verhalten des entsprechenden chemischen Elements, da der chemische Elementbegriff auf den Zustand und die Eigenschaften bei normalem Druck und Raumtemperatur, nicht aber auf ein einzelnes Atom Bezug nimmt. Die Zahl der Protonen wird als Kernladungs- oder Ordnungszahl bezeichnet und definiert die verschiedenen Atomsorten. Bis Mitte 1996 wurden 112 Atomsorten entdeckt oder künstlich erzeugt. Atome derselben Ordnungszahl mit unterschiedlicher Neutronenzahl heissen Isotope. Die Summe der im Atomkern enthaltenen Protonen und Neutronen ergibt die Massenzahl. Die Masse der Atome ist praktisch vollständig im Atomkern vereinigt und reicht von ungefähr 10 ^{- 27} bis über 10 ^{- 25} kg (ca. 1 bis 300 amu). Der Durchmesser eines Atoms ist im Rahmen einer quantenmechanischen Beschreibung der Atome keine wohldefinierte Grösse. Auf der Basis empirischer Überlegungen können allerdings effektive Wechselwirkungsradien definiert werden (Atomradius). Die auf diese Weise bestimmten Atomdurchmesser liegen zwischen 1 und 5 Å, während der Durchmesser des Kerns in der Grössenordnung von 10 ^{- 4} Å liegt. Trotz dieser geringen Grösse der Atome kann man mit den heutigen experimentellen Techniken einzelne Atome sichtbar machen (Feldionenmikroskop, Rastertunnelmikroskop), mit isolierten Atomen und Ionen experimentieren (Paul-Falle) und sogar einzelne Atome auf Festkörperoberflächen gezielt verschieben. Die wichtigsten experimentellen Techniken zur Untersuchung der Atomstruktur sind die Atomspektroskopie und Streuexperimente mit Atomstrahlen. [MG1]