Das Atom, abgeleitet von einem griechischen Wort, das frei übersetzt "das, was nicht geteilt werden kann", bedeutet, wird weithin als die grundlegende Einheit aller Materie angesehen. Atome bestehen aus subatomaren Teilchen, die Protonen, Neutronen und Elektronen genannt werden, wobei die beiden ersteren im Kern des Atoms und macht fast seine gesamte Masse aus, und Elektronen, die auf Orbitale am Rand des Atoms beschränkt sind Atom. Die Anzahl der Protonen in natürlich vorkommenden Atomen reicht von 1 bis 92; diese verschiedenen Atome entsprechen Elementen, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Massen und der einzigartigen Anordnung ihrer winzigen Bestandteilsteilchen im Raum unterschiedliche elektrochemische Eigenschaften haben.
Das Atom
Atome sind extrem kleine Teilchen und können nur mit außergewöhnlichen Mitteln weiter geteilt werden. Denken Sie an die Teile, aus denen ein Puzzle besteht. Diese können technisch durch Zerstören in kleinere Karton- und Papierstücke getrennt werden, aber aus praktischen Gründen sind diese Teile die grundlegenden, unteilbaren Elemente von Puzzles.
Atome bestehen aus Protonen, die eine positive elektrische Ladung tragen; Elektronen, die eine negative Ladung tragen; und Neutronen, die keine Ladung tragen. Bei einem gewöhnlichen, elektrisch neutralen Atom ist also die Anzahl der Protonen und die Anzahl der Elektronen gleich.
Die Atommasse eines Atoms ist ungefähr gleich der Anzahl der Protonen plus der Anzahl der Elektronen, da die Masse der Elektronen praktisch vernachlässigbar ist.
Das Proton
Das Proton ist praktisch das Indexteilchen eines jeden Atoms. Es ist die Anzahl der Protonen in einem Atom, die die Identität des Elements bestimmt, zu dem ein Atom gehört; mit anderen Worten, wenn zwei Atome eine unterschiedliche Anzahl von Protonen haben, sind sie nicht dasselbe Element.
Die Anzahl der Protonen in einem Element bestimmt seine Ordnungszahl Z. Wasserstoff ist das leichteste Element und hat ein Proton (Z = 1); Uran ist das schwerste natürlich vorkommende Element und hat 92 Protonen (Z = 92). Jedes Proton, dem eine Masse von 1.00728 atomaren Masseneinheiten (amu) zugewiesen wird, hat eine Ladung, die mit +1 bezeichnet wird.
Atome können nur mit einem Proton im Kern existieren, wie es bei Wasserstoffatomen der Fall ist. Ein Kern ohne mindestens ein begleitendes Proton ist jedoch kein Atom.
Das Neutron
Neutronen haben eine ähnliche Größe wie Protonen, mit einem amu von 1.00867, und bewohnen auch den Kern von Atomen. Die Zahl der Neutronen in einem Atom in der stabilsten Konfiguration eines Elements ist normalerweise größer als die Zahl der Protonen, wobei diese Disparität mit zunehmender Ordnungszahl größer wird. Ein Wasserstoffatom zum Beispiel hat ein Proton, aber keine Neutronen, während ein Heliumatom jeweils zwei besitzt. Zinn hingegen hat 50 Protonen und 69 Neutronen, während Uran 92 bzw. 146 besitzt.
Die Anzahl der Protonen plus Neutronen in einem Atom ist seine Massenzahl M. Somit ist die Anzahl der Neutronen in einem Atom seine Atommassenzahl minus seiner Ordnungszahl oder M – Z.
Wenn ein Atom Neutronen gewinnt oder verliert, bleibt es dasselbe Element, wird aber zu einem Isotop dieses Elements. Verschiedene Isotope werden identifiziert, indem M an die obere linke Ecke der Abkürzung für dieses Element angehängt wird. Beispielsweise, 14C ist ein Kohlenstoffisotop (Z = 6), das statt der üblichen sechs acht Neutronen hat.
Das Elektron
Elektronen sind winzige (0,000549 amu), negativ geladene Teilchen, von denen beschrieben wird, dass sie die Protonen und Neutronen, aus denen der Atomkern besteht, in der Art von Planeten umkreisen, die die Sonne umkreisen. Dies ist jedoch bestenfalls eine grobe Beschreibung, da Fortschritte in der Quantenphysik zum Konzept diskreter Orbitale um den Kern geführt haben zwischen denen Elektronen "springen" können. Diese Orbitale entsprechen verschiedenen elektromagnetischen Energieniveaus und erhalten Namen wie s, p, d und f. Die Bewegung der Elektronen rührt daher, dass sie eine Ladung von -1 haben und vom positiv geladenen Kern angezogen werden.
Normalerweise ist die Anzahl der Elektronen in einem Atom gleich Z, wodurch diese Atome in ihrer Gesamtladung neutral sind. Einige Atome haben eine unterschiedliche Anzahl von Protonen und Elektronen, was zu einer positiven oder negativen Nettoladung führt. Diese Atome werden Ionen genannt.