Übersicht über die atomare Struktur
Atome bestehen aus Teilchen, die Protonen, Neutronen und Elektronen genannt werden und für die Masse und Ladung der Atome verantwortlich sind.
Lernziele
Diskutieren Sie die elektronischen und strukturellen Eigenschaften eines Atoms
Key Takeaways
Key Points
- Ein Atom besteht aus zwei Bereichen: dem Kern, der sich im Zentrum des Atoms befindet und Protonen und Neutronen enthält, und dem äußeren Bereich des Atoms, in dem die Elektronen um den Kern kreisen.
- Protonen und Neutronen haben ungefähr die gleiche Masse, etwa 1,67 × 10-24 Gramm, was Wissenschaftler als eine atomare Masseneinheit (amu) oder ein Dalton definieren.
- Jedes Elektron hat eine negative Ladung (-1), die der positiven Ladung eines Protons (+1) entspricht.
- Neutronen sind ungeladene Teilchen, die sich im Kern befinden.
Schlüsselbegriffe
- Atom: Die kleinstmögliche Menge an Materie, die noch ihre Identität als chemisches Element beibehält, bestehend aus einem Kern, der von Elektronen umgeben ist.
- Proton: Positiv geladenes subatomares Teilchen, das einen Teil des Atomkerns bildet und die Ordnungszahl eines Elements bestimmt. Es wiegt 1 amu.
- Neutron: Ein subatomares Teilchen, das zum Kern eines Atoms gehört. Es hat keine Ladung. Es hat die gleiche Masse wie ein Proton oder wiegt 1 amu.
Ein Atom ist die kleinste Einheit der Materie, die alle chemischen Eigenschaften eines Elements besitzt. Atome verbinden sich zu Molekülen, die dann miteinander interagieren, um feste, gasförmige oder flüssige Stoffe zu bilden. Wasser zum Beispiel besteht aus Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, die sich zu Wassermolekülen zusammengeschlossen haben. Viele biologische Prozesse sind darauf ausgerichtet, Moleküle in ihre einzelnen Atome zu zerlegen, damit sie wieder zu einem nützlicheren Molekül zusammengesetzt werden können.
Atomteilchen
Atome bestehen aus drei Grundteilchen: Protonen, Elektronen und Neutronen. Der Kern (Zentrum) des Atoms enthält die Protonen (positiv geladen) und die Neutronen (ungeladen). Die äußersten Bereiche des Atoms werden als Elektronenhüllen bezeichnet und enthalten die Elektronen (negativ geladen). Atome haben je nach Anordnung und Anzahl ihrer Grundteilchen unterschiedliche Eigenschaften.
Das Wasserstoffatom (H) enthält nur ein Proton, ein Elektron und keine Neutronen. Dies lässt sich anhand der Ordnungszahl und der Massenzahl des Elements bestimmen (siehe Konzept zu Ordnungszahlen und Massenzahlen).
Aufbau eines Atoms: Elemente, wie das hier abgebildete Helium, sind aus Atomen aufgebaut. Atome bestehen aus Protonen und Neutronen, die sich im Kern befinden, und Elektronen in Orbitalen, die den Kern umgeben.
Atommasse
Protonen und Neutronen haben ungefähr die gleiche Masse, etwa 1,67 × 10-24 Gramm. Die Wissenschaftler definieren diese Masse als eine atomare Masseneinheit (amu) oder ein Dalton. Obwohl sie die gleiche Masse haben, sind Protonen positiv geladen, während Neutronen keine Ladung haben. Daher trägt die Anzahl der Neutronen in einem Atom wesentlich zu seiner Masse, nicht aber zu seiner Ladung bei.
Elektronen haben eine viel geringere Masse als Protonen und wiegen nur 9,11 × 10-28 Gramm, also etwa 1/1800 einer atomaren Masseneinheit. Daher tragen sie nicht viel zur gesamten Atommasse eines Elements bei. Bei der Betrachtung der Atommasse ist es üblich, die Masse der Elektronen zu ignorieren und die Masse des Atoms allein auf der Grundlage der Anzahl der Protonen und Neutronen zu berechnen.
Elektronen tragen in hohem Maße zur Ladung des Atoms bei, da jedes Elektron eine negative Ladung hat, die der positiven Ladung eines Protons entspricht. Die Wissenschaftler definieren diese Ladungen als „+1“ und „-1“. In einem ungeladenen, neutralen Atom ist die Anzahl der Elektronen, die den Kern umkreisen, gleich der Anzahl der Protonen im Inneren des Kerns. In diesen Atomen heben sich die positiven und negativen Ladungen gegenseitig auf, was zu einem Atom ohne Nettoladung führt.
| Protons, Neutrons, and Electrons | |||
|---|---|---|---|
| Charge | Mass (amu) | Location | |
| Proton | +1 | 1 | nucleus |
| Neutron | 0 | 1 | nucleus |
| Electron | −1 | 0 | orbitals |
Both protons and neutrons have a mass of 1 amu and are found in the nucleus. However, protons have a charge of +1, and neutrons are uncharged. Electrons have a mass of approximately 0 amu, orbit the nucleus, and have a charge of−1.
Exploring Electron Properties: Vergleiche das Verhalten von Elektronen mit dem anderer geladener Teilchen, um Eigenschaften von Elektronen wie Ladung und Masse zu entdecken.
Volumen von Atomen
Unter Berücksichtigung der Größe von Protonen, Neutronen und Elektronen besteht der größte Teil des Volumens eines Atoms – mehr als 99 Prozent – tatsächlich aus leerem Raum. Trotz all dieses leeren Raums gehen feste Objekte nicht einfach durcheinander. Die Elektronen, die alle Atome umgeben, sind negativ geladen und bewirken, dass sich die Atome gegenseitig abstoßen, so dass sie nicht denselben Raum einnehmen können. Diese intermolekularen Kräfte verhindern, dass du durch ein Objekt wie deinen Stuhl fällst.
Interaktiv: Baue ein Atom: Baue ein Atom aus Protonen, Neutronen und Elektronen und sieh zu, wie sich das Element, die Ladung und die Masse verändern. Spiele dann ein Spiel, um deine Ideen zu testen!