Protonen, Neutronen und Elektronen --> Basiswissen

1. Grundwissen

Ein Proton, was ist das eigentlich? Oder ein Neutron... Hä? Viele schalten an dieser Stelle schon ab, weil im Bereich Atom- und Kernphysik oftmals die Basis fehlt. Auch in der Chemie werden euch die Begriffe Proton, Neutron und Elektron des öfteren mal begegnen. In diesem Beitrag werde ich auf diese drei Teilchen eingehen.

2. Was sind Nukleonen?

Ein Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle. Nukleonen (lat. nucleus= der Kern) sind die Kernbausteine des Atomkerns. Sie werden auch als Kernteilchen bezeichnet. Zu den Nukleonen bzw. Kernteilchen gehören die Protonen und die Neutronen.

3. Das Proton

Ein Proton ist positiv geladen. Die Abkürzung ist p oder auch p+ . Im Periodensystem der Elemente (PSE) zeigt die Ordnungszahl, wie viele Protonen im Atomkern des jeweiligen Elements vorhanden sind. z.B. Sauerstoff --> Ordnungszahl: 8 --> 8 Protonen im Kern Lithium --> Ordnungszahl: 3 --> 3 Protonen im Kern Die Zahl der Protonen ist im PSE in 1er-Schritten aufsteigend: H --> 1 Proton He --> 2 Protonen Li --> 3 Protonen Be --> 4 Protonen B --> 5 Protonen usw. Man kann erkennen, dass die Protonenzahl und das Element "unzertrennlich" sind. Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element! Die Protonenanzahl kann chemisch (also durch chemische Reaktionen) nicht verändert werden! Protonen kommen sowohl in der Physik, als auch in der Chemie vor. Bei der Protolyse (Bildung von Säuren und Laugen) spielen sie eine wichtige Rolle. Protonen bestehen aus noch kleineren Bestandteilen den Quarks.

4. Das Neutron

Ein Neutron ist elektrisch neutral, also gar nicht geladen. Die Abkürzung ist n . Im PSE kann man die sogenannte Massenzahl des jeweiligen Elements ablesen ablesen. Sie zeigt, wie viele Nukleonen, also Kernteilchen vorhanden sind. Massenzahl = Protonenzahl + Neutronenzahl Wie wir bereits wissen ist dei Protonenanzahl die Ordnungszahl. Man kann sich die Anzahl der Neutronen also ganz einfach ausrechnen. Neutronenzahl = Massenzahl - Protonenzahl Bsp: Kalium (K) 39 Nukleonen - 19 Protonen = 20 Neutronen Massenzahl - Protonenzahl = Neutronenzahl Die Anzahl der Neutronen ist also die Differenz aus der Massenzahl und der Ordnungszahl. Neutronen begegnen einem hauptsächlich in der Kernphysik. Bei der Kernspaltung spielen sie eine wichtige Rolle. Genau wie Protonen sind Neutronen aus Quarks aufgebaut.

5. Isotope

In 3. haben wir gelernt, dass das Element von der Anzahl der Protonen bestimmt wird. Wenn man also immer das gleiche Element betrachten will ist die Protonenzahl unveränderlich! Die Anzahl der Neutronen können jedoch stark variieren. Hat ein Atom eines Elements mehr oder weniger Neutronen als "normal" so bezeichnet man dies als ein Isotop. Im PSE steht immer nur das am häufigsten in der Natur vorkommende Isotop, also das "normale"... Alle bekannten Isotope aller bekannten Elemente findet man auf der sogenannten Nuklidkarte. Man kann sich vorstellen, dass das ein riesiges Poster ist. ;-) In den meisten Formelsammlungen findet man aber auch Ausschnitte. Bsp: Wasserstoff: H-1; 1 p+; kein Neutron Wasserstoff II : H-2; 1 p+; 1 Neutron (auch schwerer Wasserstoff oder Deuterium genannt) Wasserstoff III : H-3; 1p+; 2 Neutronen (auch superschwerer Wasserstoff oder Tritium genannt.) Sauerstoff im PSE : O-16 (also 16 Nukleonen) Sauerstoffisotop: O - 18 (also 18 Nukleonen) beide Stoffe haben 8 Protonen 8sonst wäre es ja nicht Sauerstoff) Die Neutronenanzahl ist jedoch unterschiedlich. Der Sauerstoff den wir atmen besteht 99,762 % aus O - 16, also mit 8 Neutronen, Das Isotop mit 10 Neutronen (O-18) kommt nur zu 0,2% in der Natur vor. Mache Isotope (eigentlich die meisten) sind aufgrund zu hoher oder zu niedriger Neutronenanzahl instabil. Sie zerfallen. (darüber könnte man jatzt auch ein Buch schreiben, aber ich will ja nicht abschweifen...) Einige kommen gar nicht in der Natur vor. Sie können nur künstlich im Labor hergestellt werden und sind äußerst kurzlebig.

6. Elektronen

Das Elektron ist ein Elementarteilchen. D.h. es kann durch nichts, werder chemisch noch physikalisch geteilt oder zerlegt werden. Es hat keine kleineren Bestandteile. Vor nicht allzulanger Zeit hat man das selbe vom Atom gesagt. (griech. atomos = unteilbar) Vielleicht wird man irgendwann mal eines Besseren belehrt was das Elektron betrifft. Aber nach dem heutigen Standardmodell der Teilchenphysik geht man davon aus, dass das Elektron "elementar" ist. Das Elektron ist negativ geladen und ist seeeeeehr leicht. Die Abkürzung ist e-. Oft wird aus Gemütlichkeit oder um Verwirrung zu vermeiden behauptet das Elektron habe keine Masse. Das stimmt jedoch nicht ganz, das Elektron hat eine Ruhemasse. Sie ist bloß verschwindend klein. Das Elektron hat viele "Berufe" in der Welt der Physik und der Chemie. Hier eine kleine Aufzählung was Elektronen so zu tun haben: - In der Atomhülle sorgen sie dafür, dass das Atom elektrisch neutral ist - Sie sorgen dafür, dass Ionenbildung stattfinden kann - Sie sind der wichtigste Bestandteil der Molekülbindung (auch Elektronenpaarbindung) - Im freien Zustand sind sie die Ladungsträger des elektrischen Stroms. - Sie können elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht) absorbieren ("verschlucken") und emmitieren (aussenden). usw. In der Chemie geht es meistens um die Elektronen der Atome. Im Fachgebiet Halbleiter und Elektrizitätslehre (boah, schwieriges Wort! ;-)) geht es meistens um freie Elektronen und deren Verhalten bei äußeren Einflüssen. Die Teilchen- und Plasmaphysik beschäftigt sich unter anderem mit den "Geschwistern und Verwandten" des Elektrons, seinem Verhalten unter sehr extremen Bedingen, mit seiner Vernichtung und Erzeugung, und mit der Frage ob es nicht doch noch kleinere Bestandteile gibt, aus denen das Elektron zusammengestetzt sein könnte.