Untertitel: Im Wesentlichen leer
In diesem Abschnitt geht es um die Größenordnungen von Atom und Atomkern. Du wirst mehr über die Bestandteile eines Atoms erfahren und über die kleinsten bekannten Teilchen im Universum!
Die Größe der Atome anzugeben ist schwierig, weil sie nach außen hin keine festen Grenzen haben. Man kann sich aber helfen und ihren Abstand im festen Zustand bestimmen, und dann haben sie einen Durchmesser von m (bedenke, dass uns momentan nur die Größenordnungen interessieren). Die Atome sind also unglaublich winzige Dinger!
Obwohl sie so winzig sind, gibt es heute Verfahren, mit denen man sie sichtbar machen kann. Abb. 3.8 zeigt die Oberfläche von Nickel, die mit einem so genannten Raster-Tunnelmikroskop gemacht wurde. Man kann dabei die Atome nicht direkt sehen, und das Bild wird mit Hilfe eines Computers erstellt. Die Atome sind also in Wirklichkeit nicht bunt. Man sieht aber, dass es keine Oberflächen geben kann, die zu 100% glatt sind. Selbst wenn man auf eine Atomschicht genau arbeitet, machen die Atome Beulen (F6).
| Die Oberfläche von regelmäßig angeordneten Nickelatomen in einem Rastertunnelmikroskop |
Atomkerne sind noch viel winziger als Atome, nämlich um den Faktor bis (Abb. 3.9). Wenn der Kern also einen Durchmesser von 1 cm hätte, dann wäre die Atomhülle unglaubliche 100 m bis 1 km groß (F4)! Und woraus besteht der Kern? Aus Protonen und Neutronen! Diese nennt man gemeinsam Nukleonen. Sind wirdamitschon bei den kleinsten Strukturen angelangt? Nein, denn beide bestehen noch einmal aus kleineren Bausteinen, den so genannten Quarks (Abb. 3.9). Diese Quarks werden von einer Kraft zusammengehalten, die man die starke Wechselwirkung nennt (Kap. 3.6).
Neutronen und Protonen haben etwa die 2000fache Masse von Elektronen (Tabelle 3.1). Fast die ganze Masse eines Atoms befindet sich somit im Kern. Stell dir mal eine Person mit 100 kg vor. Mehr als 99,95 kg macht dann die Masse ihrer Protonen und Neutronen aus, und nur mickrige 50 g beträgt die ihrer Elektronen. Ihr Volumen bekommt die Person aber durch die Elektronen. Es ist paradox: Das, was die Masse von allen Objekten verursacht (die Atomkerne), hat fast kein Volumen, und das, was das Volumen verursacht (die Atomhüllen), hat fast keine Masse. Atome sind im Wesentlichen leer!
| Die Masse der Protonen und Neutronen ist etwa 2000-mal größer als die der Elektronen. |
Elektronen (-) und Protonen (+) haben die kleinste elektrische Ladung, die in der Natur frei vorkommt. Jedes Atom hat gleich viele Protonen im Kern wie Elektronen in der Hülle. Weil die Ladungen gleich groß, aber entgegengesetzt sind, sind alle Atome nach außen hin elektrisch neutral. Und weil sich gegengleiche Ladungen anziehen, kann der Kern die Elektronen in der Hülle halten.