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Drei Eigenschaften sind für einfache Atommodelle besonders wichtig:
Zusammen unterscheiden Ladung, Masse und Aufenthaltsbereich die drei subatomaren Teilchen.
Die CODATA-Übersicht für 2022 enthält präzisere Werte der Konstanten.
Wechsle unten zwischen den drei Eigenschaften. Achte auf das jeweilige Muster: Ablenkungsrichtung, Massenvergleich und Aufenthaltsbereich im Atom.
Elektrische Ladung bestimmt, wie ein Teilchen auf ein elektrisches Feld reagiert. Ein Proton ist positiv, ein Elektron negativ und ein Neutron hat keine Gesamtladung.
Proton und Elektron haben die gleiche Ladungsgröße, aber entgegengesetzte Vorzeichen:
Das bedeutet:
Auf ein geladenes Teilchen wirkt in einem elektrischen Feld eine Kraft.
Das Symbol steht für die Teilchenladung in Coulomb, für das elektrische Feld. Bei positivem zeigt die Kraft in Feldrichtung, bei negativem in die Gegenrichtung. Für wird das Teilchen in diesem einfachen Modell nicht abgelenkt.
Ein elektrisches Feld übt eine Kraft auf geladene Teilchen aus. Ein Proton wird in Feldrichtung abgelenkt, ein Elektron in die Gegenrichtung und ein Neutron in diesem einfachen Modell gar nicht.
Subatomare Teilchenmassen sind winzig, daher verwenden wir oft die einheitliche Atommasseneinheit, geschrieben als . Ein ist der Masse eines neutralen -Atoms im Grundzustand.
| Teilchen | Relative Ladung | Masse in u | Masse in g | Hauptbereich |
|---|---|---|---|---|
| Proton | Kern | |||
| Neutron | ||||
| Elektron |
Protonen und Neutronen haben fast dieselbe Masse, während ein Elektron wesentlich leichter ist als beide.
Ein einfacher Vergleich ist:
Ein Proton hat also ungefähr die gleiche Masse wie Elektronen. Protonen und Neutronen im Kern liefern deshalb fast die gesamte Atommasse.
Wirkt dieselbe Kraft gleich lange auf einen Tennisball und eine Bowlingkugel, erfährt der leichtere Tennisball eine größere Beschleunigung und Geschwindigkeitsänderung. Die Bälle stehen in diesem Vergleich nur für den Massenunterschied. Ihre Form bildet keine Teilchenform ab. Ein Elektron reagiert stärker als ein Proton auf dieselbe elektrische Kraft, weil seine Masse wesentlich kleiner ist.
Protonen und Neutronen befinden sich im Kern, während Elektronen den Raum darum besetzen. Dieser Unterschied bestimmt, welches Teilchen die Elementidentität, die Isotopenmasse und chemische Reaktionen beeinflusst.
| Teilchen | Aufenthaltsbereich | Typische Rolle in der Chemie |
|---|---|---|
| Proton | Kern | Bestimmt die Elementidentität. |
| Neutron | Kern | Fügt Masse hinzu und unterscheidet Isotope. |
| Elektron | Raum um den Kern | Beeinflusst stark Reaktionen und Ionenbildung. |
Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element. Ein Atom mit Protonen ist beispielsweise Kohlenstoff. Wenn sich die Neutronenzahl ändert, ist das Element immer noch Kohlenstoff, aber das Isotop ist ein anderes. Ändert sich die Elektronenzahl, wird das Atom zum Ion.
Bei einem neutralen Atom ist die Anzahl der Protonen und Elektronen gleich:
Die Gleichung beschreibt den Ausgleich der positiven und negativen Gesamtladung. Die Massen von Proton und Elektron bleiben verschieden.
In einem Atomsymbol verbinden Ordnungszahl, Massenzahl und Ionenladung die Teilcheneigenschaften mit den folgenden Teilchenzahlen:
Nutze die drei Beziehungen gemeinsam. Die Protonenzahl bestimmt die Elementidentität, die Summe aus Protonen und Neutronen bestimmt die Massenzahl und die Differenz aus Protonen- und Elektronenzahl bestimmt die Ladung des Atoms oder Ions.
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| Kern |
| Raum um den Kern |
