Was sind die kleinsten Teilchen eines Elements?

Ein Element ist ein Stoff, der vollständig aus einem Atom besteht. Somit ist das Periodensystem der Elemente effektiv eine Liste aller bekannten Atomtypen. Das Atom selbst ist jedoch nicht das kleinste bekannte Teilchen, sondern jedes Atom besteht aus drei Einzelteilen: Elektronen, Protonen und Neutronen. Darüber hinaus bestehen Protonen und Neutronen selbst aus noch kleineren Teilen, den Quarks.

Elektronen sind fundamentale Teilchen, was bedeutet, dass kein Teilchen bekannt ist, aus dem ein Elektron besteht. Elektronen geben einem Atom eines Elements seine Ladung; Sie können die Anzahl der Elektronen ändern, um es zu einer positiv oder negativ geladenen Version desselben Atoms zu machen. Ein neutral geladenes Atom hat die gleiche Menge an Elektronen wie Protonen. Elektronen existieren in Orbitalen, die den Kern der Atome umgeben, und in diesen Orbitalen können sich Elektronen mit anderen Atomen verbinden, um Verbindungen zu bilden.

Protonen sind das bestimmende Merkmal des Atoms eines Elements; die Anzahl der Protonen gibt dem Atom seine Masse (Elektronen haben eine vernachlässigbare Masse im Vergleich zu Protonen). Daher werden Elemente nach der Anzahl der Protonen, die ihre Atome haben, klassifiziert und auf diese Weise im Periodensystem organisiert (z. Protonen befinden sich im Atomkern.

Neutronen sind etwa so massiv wie Protonen und befinden sich neben Protonen im Atomkern. Während Protonen eine positive Ladung und Elektronen eine negative Ladung haben, haben Neutronen keine Ladung. So wie die Änderung der Elektronenzahl das Element selbst nicht ändert, bleibt bei einer Änderung der Neutronenmenge relativ der gleiche Elementtyp erhalten, es entsteht jedoch ein Isotop. Isotope können instabil sein, und wenn sie zerfallen, setzen sie Energie in Form von Strahlung frei.

Elektronen sind fundamentale Teilchen; Protonen und Neutronen bestehen jedoch aus einer anderen Gruppe von fundamentalen Teilchen, die als Quarks bekannt sind. Quarks wurden 1961 entdeckt und sind die kleinsten bekannten Teilchen in der Physik, und es gibt sechs Arten (oben, unten, charmant, seltsam, unten und oben). Drei Quarks verbinden sich zu Baryonen, zu denen Protonen und Neutronen gehören. Ein Quark kann sich auch paarweise mit einem Antiquark zu einem Meson verbinden, aber diese Art von Materie ist extrem instabil und dauert nur den Bruchteil einer Millisekunde.