Atomaufbau

Im ältesten Kapitel dieser Homepage zum Thema Atommodelle erkläre ich verschiedene Atommodelle und den Wandel der Atomvorstellung von Demokrit bis zur modernen Quantenmechanik. Die meisten dort beschriebenen Modelle haben heute nur noch historische Bedeutung und von ihnen spielt nur noch das Orbitalmodell und vielleicht seine Vereinfachung, das Schalenmodell, eine Rolle. In diesem Abschnitt der Quantenwelt möchte ich skizzieren, wie ich mir als Quantenmechaniker den Aufbau der Atome vorstelle und welche Vorstellungen und mathematischen Verfahren in der modernen Atomphysik von Bedeutung sind.

Kern und Hülle

Ein Atom ist, wie schon von Rutherford beschrieben, aus einem Atomkern und einer Hülle aus Elekronen aufgebaut. Der Atomkern macht fast die ganze Masse des Atoms aus und ist nur ein paar Femtometer groß, während die einige tausendfach leichtere Atomhülle mehrere Ångström groß ist. Der Radius der Elektronenhülle ist also mehr als zehntausend Mal größer als der des Atomkerns.

Kernphysik: Der Atomkern

Der Atomkern ist ein kompliziertes Gebilde aus Protonen und Neutronen. Sein Aufbau ist Untersuchungsobjekt der Kernphysik. im Rahmen der Atomphysik reicht es meist, sich den Atomkern als eine positiv elektrisch geladene, sehr kleine Kugel vorzustellen. Die Elektronen können den Atomkern widerstandslos durchdringen. Sie spüren vom Kern also nur die elektrische Anziehung und ein sehr schwaches Magnetfeld.

Atomphysik: Die Elektronenhülle

Die sichtbaren und messbaren Eigenschaften der Atome begründen sich fast ausschließlich auf die Struktur der Elektronenhülle. Diese wird allerdings von der Ladung des Atomkerns bestimmt. Die Elektronenhülle eines Atoms besteht gewöhnlich immer aus ebenso vielen negativ geladenen Elektronen, wie der Kern positiv geladene Protonen enthält. Im inneren "spürt" die Elektronenhülle die ganze Anziehung des Atomkerns, außerhalb des Atoms wird die Ladung des Kerns dagegen völlständig von der Elektronenhülle kompensiert. Ein Atom ist in der Regel nach außen neutral. Geladene Atome kommen jedoch auch vor und heißen Ionen.

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Letzte Änderung: 15.10.2005