Atom

Atom: kleinstes Teilchen eines chemischen Elements, das dessen chemische und physikalische Eigenschaften repräsentiert; ist nicht mit chemischen, aber mit physikalischen Methoden zerlegbar. Das lichtionisierte Atom ist elektrisch neutral. Durch Vereinigung von Atom entstehen zum Beispiel Moleküle. Die Masse eines Atom liegt zwischen 10-27 und 10-2S kg, sein Durchmesser beträgt etwa 10“10m. Atombau: Ein hat einen elektrisch positiv geladenen Kern mit etwa 10-14 m Durchmesser, der fast die gesamte Masse trägt und aus Z Protonen sowie A Z Neutronen besteht (Z Ordnungs-, A Massenzahl). Dieser Atomkern ist von der gleich stark negativ geladenen Elektronen- oder Atomhülle umgeben, die von Z Elektronen gebildet wird, die den Kern ähnlich umkreisen wie die Planeten die Sonne (Rutherfordsches Atommodell, 1911). Durch Entfernen beziehungsweise Hinzufügen eines oder mehrerer Hüllenelektronen entstehen positiv beziehungsweise negativ geladene Ionen. Nach den Vorstellungen der klassischen Physik ist das Rutherfordsche Atommodell instabil, daher wurde es 1913 von N. Bohr durch die Bohrschen Postulate ergänzt. Die Elektronen befinden sich im Potential des Atomkerns in bestimmten, durch diskrete Energieniveaus E„ gekennzeichneten stationären Zuständen. Diesen entsprechen dabei Kreise (Bohrsche Bahnen), auf denen die Elektronen mit einem Drehimpuls umlaufen, der ein ganzzahliges Vielfaches von h/(2n) ist (h Planck-Konstante). Der Übergang zwischen 2 Zuständen mit den Energien E„ > Em erfolgt nur sprunghaft (Quantensprung) unter Emission beziehungsweise Absorption eines Photons der Frequenz v = (£„ Em)/h\ n und m sind Quantenzahlen. Dieses Bohrsche Atommodell beschreibt die Spektren des Wasserstoffatom und der Ionen mit nur einem Elektron. Atom Sommerfeld erweiterte das Modell, indem er elliptischen Bahnen einführte; damit konnte man die Spektren der Alkalimetalle erklären. Der Bahnbegriff ist für das Atom strenggenommen unzulässig. Exakt wird das Atom und seine Energieniveaus beschrieben durch die Quantenmechanik unter Einschluss des Pauli Prinzips, das den Spin der Elektronen berücksichtigt. Danach ist der Bewegungszustand der Elektronen im Atom durch 4 Quantenzahlen festgelegt. Die Hauptquantenzahl n bestimmt die sogenannte Energieöder Elektronenschale, in der sich ein Elektron aufhält, und kann die Werte n = 1,2,3,... annehmen; die zugehörigen Schalen heißen K-, L-, M-, ... Schale und können maximal 2, 8, 18, ... (allgemein 2n2) Elektronen aufnehmen (Schalenmodell des Atom).

Atom, exotisches Atom. Atomantrieb Kernenergieantrieb, atomare Masseeinheit, Zeichen u: Sl-fremde, in der Atom- und Kernphysik gültige Einheit; lu = 1,66057 10"21 kg, 12. Teil der Masse eines Atoms des Nuklids 12C.

Atombatterie: Spannungsquelle aus einem Halbleitersperrschichtelement, bei dem radioaktive Strahlung als Energiequelle dient. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei einem Fotoelement.

Atomistik: von Leukipp und Demokrit begründete mechanistisch-materialistische Lehre, die als Grundprinzipien das Seiende in Gestalt stofflicher, unzerteilbarer, kleinster Einheiten (Atome) und das Nichtseiende in Gestalt des leeren Raumes annimmt. Die unendliche Zahl unzerstörbarer, an Form verschiedener Atome bewirkt mit ihren Ver- und Entflechtungen das Werden und Vergehen der Dinge und Welten. Auch Denken galt als Bewegungsresultat bestimmter Atome. Die Atomistik hat in ihrer bis in die Neuzeit reichenden Geschichte (unter anderem Epikur, Lukrez, P. Gassendi, R. Descartes, G. Galilei, I. Newton) eine zumeist progressive Rolle im Kampf gegen den Idealismus gespielt.

Atommasse: relative oder absolute Masse eines Atoms; früher als Atomgewicht bezeichnet. Die relative Atommasse gibt die (durchschnittliche) Masse des Atoms eines Elements, ins Verhältnis gesetzt zur Atommasse eines Bezugsatoms, an. Als letzteres wurde im Jahr 1962 das Nuklid Kohlenstoff 12 (12C) festgelegt, dessen Atommasse definitionsgemäß gleich 12,000000 gesetzt wurde. Somit gibt die relative Atommasse eines Elements an, wievielmal größer die Masse eines Atoms ist als der 11. Teil der Masse des Nuklids 12C. Die absolute Atommasse, das heißt die tatsächliche Masse eines Atoms, erhält man, indem man die molare Masse der Atome des entsprechend Elements durch die Avogadro-Konstante 6,022 1023 mol"1 dividiert (zum Beispiel ergibt sich für das Wasserstoffatom 1,673 • 10-24 g).

Atomphysik: Physik der Atomhülle; um 1900 entstandenes Teilgebiet der Physik, das sich mit dem Bau und den physikalischen Eigenschaften der Atome, insbesondere der Elektronenhülle der Atome, befasst und auf der Quantentheorie basiert. Die Atomphysik erklärt unter anderem die diskreten Emissions- und Absorptionsfrequenzen im Linien- beziehungsweise Bandenspektrum der Atome als Folge der Existenz bestimmter, prinzipiell berechenbarer Zustände der Elektronen im elektrischen Feld des Atomkerns, denen diskrete Energieniveaus entsprechen (siehe auch Atom). In Verbindung mit dem Pauli-Prinzip gelang der Atomphysik die physikalische Begründung des Periodensystems der chemischen Elemente und die prinzipielle Erklärung der chemischen Bindung. Siehe auch Kernphysik.

Atomprozent, Abkürzung Atom-%: Konzentrationsmaß, das angibt, wie viel Atome des betreffenden Elements in 100 Atomen der Verbindung oder des Gemischs enthalten sind.

Atomstrahl, Resonanzmethode: von I. I. Rabi 1938/39 entwickelte, gegenüber dem Stern-Gerlach-Versuch verbesserte Methode zur Bestimmung magnetischer Kernmomente mittels dünner Atom- beziehungsweise Molekülstrahlen (Molekülstrahl-Resonanzmethode). Der Strahl läuft nacheinander durch ein inhomogenes (A-Magnet), ein homogenes (C-Magnet) und ein zweites inhomogenes Magnetfeld von gleicher Richtung aber entgegengesetztem Feldgradienten, das den Strahl auf den Detektor fokussiert. Im homogenen Feld fuhren die Kernmomente eine Larmor-Präzession aus, deren Frequenz v vom magnetischen Moment abhängt. Bei Überlagerung eines HF-Magnetfeldes mit gleichem v wird die Fokussierungsbedingung verletzt, und der Strahl fällt nicht mehr auf den Detektor.

Atomuhr: Zeitmessgerät höchster Ganggenauigkeit für wissenschaftliche Aufgaben und zur Zeithaltung; beruht auf der unverändert. Eigenschwingungszahl bestimmter Atome beziehungsweise Moleküle. Die Atomuhr erzeugt eine elektromagnetische Grundschwingung, deren Eigenschwingungszahl mit denen der betreffenden Atome möglichst genau übereinstimmt (Resonanzfrequenz bei größter Amplitude). Je nach Abweichung wird die elektromagnetische Grundschwingung mehr oder weniger absorbiert und infolgedessen rückwirkend ständig korrigiert. Bei der Ammoniakmoleküluhr (Etalonuhr) werden die Schwingungen des Stickstoffatoms des Ammoniakmoleküls als Zeitnormal benutzt, bei der Zesium-Atomstrahluhr (Atomichron) die des Zäsium133Atoms.

Atomvolumen: Raumbedarf eines Mols, das heißt von 6, (Avogadro-Konstante) Atomen eines Elements. Das Atomvolumen wird berechnet, indem man die Atommasse des betreffenden Elements durch seine Dichte dividiert. Die grafische Darstellung des Atomvolumens der Elemente in Abhängigkeit von deren Ordnungszahl zeigt steile Maxima für die Alkalimetalle und flache Minima für die meisten anderen Elemente.