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Wir kennen bereits die drei Teilchen, aus denen Atome bestehen: Protonen, Neutronen und Elektronen. Jetzt geht es nicht mehr darum, „wer sie entdeckt hat“, sondern darum, welche Eigenschaften sie auszeichnen.
Drei Eigenschaften sind für einfache Atommodelle besonders wichtig:
OpenStax fasst Ladung, Masse und Aufenthaltsbereich der Teilchen im Abschnitt Properties of Subatomic Particles zusammen.
Präzisere Konstanten stehen im CODATA 2022 Wall Chart von NIST.
Wechsle unten zwischen den drei Eigenschaften. Achte zuerst auf das jeweilige Muster: Ablenkungsrichtung, Massenvergleich und Aufenthaltsbereich im Atom.
Elektrische Ladung kann als „Wechselwirkungszeichen“ eines Teilchens gelesen werden. 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:
In einem elektrischen Feld spürt ein geladenes Teilchen eine Kraft. Die Kurzfassung lautet:
Das Symbol steht für die Teilchenladung, 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 lässt sich mit Wind vergleichen, den nur geladene Objekte spüren. Protonen und Elektronen erfahren einen Schub in entgegengesetzte Richtungen. Ein neutrales Neutron bewegt sich in diesem einfachen Bild gerade weiter.
Subatomare Teilchenmassen sind winzig, daher verwenden wir oft die einheitliche Atommasseneinheit, geschrieben als . Sie wird aus der Masse eines -Atoms definiert.
| Teilchen | Relative Ladung | Relative Masse | Absolute Masse | Hauptbereich |
|---|---|---|---|---|
| Proton | Kern | |||
| Neutron | ||||
| Elektron |
Die Tabelle zeigt zwei wichtige Ideen. Erstens sind Protonen und Neutronen fast gleich schwer. Zweitens sind Elektronen im Vergleich zu Protonen und Neutronen extrem leicht.
Ein einfacher Vergleich ist:
Ein Proton hat also ungefähr die gleiche Masse wie Elektronen. Deshalb stammt fast die gesamte Atommasse vom Kern und nicht von den Elektronen.
Erhalten zwei Gegenstände denselben Stoß, ändert ein Tennisball seine Bewegung leichter als eine Bowlingkugel. Der Vergleich bezieht sich nur auf die Masse, nicht auf die Form eines Teilchens. Weil ein Elektron viel leichter ist, verändert eine Kraft seine Bewegung stärker als die eines Protons.
Der Aufenthaltsbereich eines Teilchens hängt mit seiner chemischen Rolle zusammen.
| 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 sagt nicht, dass Protonen und Elektronen dieselbe Masse besitzen. Sie sagt nur, dass sich positive und negative Gesamtladung ausgleichen.
Atomsymbole verwenden drei wichtige Informationen. Auf der Seite Atomsymbole stehen sie rund um das Elementsymbol. Die Teilcheneigenschaften zeigen, wie diese Angaben zu lesen sind:
Die Tabelle sollte nicht als Sammlung einzelner Zahlen im Gedächtnis bleiben. Entscheidend ist der Zusammenhang: Protonen bestimmen die Identität, Neutronen tragen zur Masse bei und Elektronen bestimmen die äußere Ladung des Atoms.
| Kern |
| Raum um den Kern |
