Der Unterschied zwischen Atomen, Ionen, Molekülen und Verbindungen

Ein einzelnes Sandkorn enthält etwa 2,3 x 10^19 Siliziumdioxidmoleküle. Das mag viel erscheinen, aber dieses Sandkorn enthält noch mehr Atome als Moleküle, denn jedes Siliziumdioxid-Molekül besteht aus drei Atomen. Zwischen Atomen, Ionen, Molekülen und Verbindungen bestehen Beziehungen, aber diese Einheiten weisen auch erhebliche Unterschiede auf.

Atome sind unglaublich kleine Teilchen, aus denen alles besteht. Wenn Sie einen Blick in eines werfen könnten, würden Sie ein oder mehrere winzige Elektronen sehen, die einen Kern umkreisen, den zentralen Ort, an dem sich größere Protonen und Neutronen befinden. Protonen sind positiv geladen, Elektronen sind negativ geladen und Neutronen sind elektrisch neutral. Atome selbst sind elektrisch neutral, wenn sie die gleiche Anzahl an Elektronen und Protonen enthalten. Jedes Proton und Neutron in einem Atom besteht aus drei kleineren Teilchen, den sogenannten Quarks.

Ein Ion unterscheidet sich von einem regulären Atom dadurch, dass es eine ungleiche Anzahl von Elektronen und Protonen enthält. Wenn ein Atom Elektronen verliert, wird es positiv geladen. Durch die Aufnahme von Elektronen entsteht ein negativ geladenes Atom. Ein Ion hat eine andere Reaktivität und chemische Eigenschaften als ein neutrales Atom. Eine spektakuläre Darstellung der Ionenaktivität tritt auf, wenn das ultraviolette Licht der Sonne auf Gasmoleküle in der Koma eines Kometen trifft und einen Ionenschweif erzeugt.

Größer als ein Atom ist ein Molekül eine Gruppe von gebundenen Atomen. Atome können sich auf verschiedene Weise zu Molekülen und Verbindungen verbinden. Ein Element wie Gold besteht aus Molekülen nur einer Atomart, während Verbindungen verschiedene Atomarten haben. Sie können anhand der chemischen Formel erkennen, wie viele Atome jeder Art in einem Molekül oder einer Verbindung vorhanden sind. Wasser, eine der am häufigsten vorkommenden Verbindungen, besteht aus 2 Wasserstoffatomen und 1 Sauerstoffatom. Seine chemische Formel ist H2O. Die tiefgestellte 2 nach H, dem elementaren Symbol für Wasserstoff, weist darauf hin, dass Wasser 2 Wasserstoffatome hat. Steht in einer chemischen Formel hinter einem Elementarsymbol keine Zahl, wie etwa beim O in H2O, so wird davon ausgegangen, dass es nur ein Atom im Molekül hat. Deshalb lautet die Formel von Wasser H2O statt H2O1.

Über 13 Millionen Verbindungen existieren, obwohl Wissenschaftler nur 109 Elemente kennen. Diese große Zahl von Verbindungen ist möglich, weil sich Elemente auf vielfältige Weise zu Verbindungen verbinden. Ein Isotop ist eine Form eines Elements, das eine andere Anzahl von Neutronen enthält als das ursprüngliche Element. Wasserstoff zum Beispiel hat nur ein Proton. Wasserstoffisotope können jedoch null, ein oder zwei Neutronen enthalten. Da das Verhältnis von Neutronen zu Protonen in einem Isotop unausgewogen ist, versucht der Kern eines Isotops oft, sich selbst zu stabilisieren, indem er die Anzahl der Protonen oder Neutronen ändert, die sich im Kern befinden. Dabei erzeugt der Kern ionisierende Strahlung.