Das Atom

Feste, flüssige und gasförmige Stoffe bestehen aus Atomen. Früher dachte man, dass Atome nicht weiter teilbar seien. Daher stammt auch der Name „Atom“ (aus dem Griechischen átomos‚ unteilbar). Atome bestehen jedoch wiederum aus kleineren Teilchen, den Protonen und Neutronen (die sog. Nukleonen) im Atomkern sowie den Elektronen in der Atomhülle (oder Elektronenhülle).

Im Atomkern befinden sich die elektrisch positiv geladenen Protonen und die elektrisch neutralen Neutronen; die Kernladung ist daher positiv. Um den positiv geladenen Atomkern befinden sich die elektrisch negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle (auch Elektronenhülle genannt). Im elektrisch neutralen Zustand haben Atome exakt so viele Elektronen in der Hülle wie Protonen im Kern. Sie sind daher von außen betrachtet elektrisch neutral. Ist dies nicht der Fall, werden sie als Ionen bezeichnet.

Der Durchmesser der Atomhülle kann mehr als 100.000-mal so groß wie der des Atomkerns sein. Da die Massen von Proton und Neutron jedoch fast 2.000-mal höher als die Masse eines Elektrons sind, enthält der Atomkern nahezu die gesamte Atommasse.

  • Durchmesser Kern: 10-15 m
  • Durchmesser Atom: 10-10 m
  • Masse Elektron: Elektron 10-30 kg
  • Masse Proton bzw. Neutron: 10-27 kg

Chemische Elemente, Nuklide und Isotope

Die Atome eines chemischen Elements haben im Atomkern immer dieselbe Anzahl an (positiv geladenen) Protonen und somit immer die gleiche Kernladung. Anhand der Anzahl der Protonen im Kern lassen sich die Elemente systematisch im Periodensystem der Elemente darstellen. Die Anzahl der Neutronen in den Atomkernen und somit die Atommasse kann hingegen variieren.

Als Nuklid bezeichnet man Atome, die in der Anzahl der Protonen und Neutronen exakt übereinstimmen. Unterscheiden sich zwei Atomkerne in der Anzahl der Neutronen, aber nicht in der Anzahl der Protonen, dann spricht man von sogenannten Isotopen (griechisch für: am gleichen Ort (im Periodensystem)). Zu einem chemischen Element können demnach mehrere Isotope gehören, die sich in der Anzahl der Neutronen unterscheiden.

Radioaktivität

Bei einigen Nukliden zerfallen die Atomkerne ohne äußere Einwirkung, das heißt sie wandeln sich in andere Atomkerne um. Diese Nuklide werden Radionuklide genannt.

Bei diesem Prozess wird ionisierende Strahlung ausgesendet. Diese Eigenschaft wird Radioaktivität genannt.

In der Natur gibt es einige natürlich vorkommende Radionuklide, zum Beispiel Tritium (Tritium ist ein radioaktives Isotop des Wasserstoffs). In Kernreaktoren werden Radionuklide auch künstlich erzeugt. 

Halbwertzeit

Jedes Radionuklid hat eine charakteristische Halbwertszeit. Dies ist die Zeitspanne, in der die Hälfte der von einem Ausgangsmaterial vorhandenen Menge eines Radionuklids zerfällt. Dabei lässt sich nicht vorhersagen, welches Atom wann zerfällt. Die Halbwertszeit bezieht sich immer auf eine große Gesamtheit an zugrunde liegenden Atomkernen und gibt nur einen statistischen Erwartungswert an.