Atom

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Wechseln zu: Navigation, Suche
Wikipedia:Hauptseite
 Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem Materiebaustein. Für weitere Bedeutungen siehe Atom (Begriffsklärung)
Eine Illustration des Heliumatoms im Grundzustand, die den Atomkern (rosa) und die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen (schwarz) darstellt. Der Kern (oben rechts) is in der Realität kugelsymmetrisch, obwohl dies für kompliziertere Kerne nicht immer der Fall ist. Der schwarze Streifen hat die Länge von einem Ångström, was 10−10 m oder 0,1 nm entspricht.

Die Atome sind Grundbausteine der Materie und die kleinste Einheit, in die sich Materie durch chemische Mittel zerlegen lässt. Sie sind elektrisch neutral und bestehen selbst aus einem Atomkern der von Elektronen umgeben ist. Der Name „Atom“ kommt vom griechischen ἄτομος/átomos, α-τεμνω, was „das Unzerschneidbare“ bedeutet.

Die chemischen Eigenschaften eines Atoms hängen vor allem von der Zahl der Elektronen ab. Deshalb faßt man alle Atome mit einer festen Zahl an Elektronen zu einem Element zusammen. Die Elektronen sind durch die elektromagnetische Wechselwirkung an den Atomkern gebunden. Dieser besteht aus positiv geladenen Protonen, ihre Zahl ist gleich der Zahl der Elektronen, und aus ungeladenen Neutronen. Verliert ein Atom ein Elektron so wird es zu einem elektrisch geladenen Ion. Ebenfalls durch die elektromagnetische Effekte können sich Atome aneinander binden und so die uns bekannte Materie bilden.

Verglichen mit alltäglichen Gegenständen sind Atome winzig klein, ca 10−10 m. Einzelne Atome können nur mit speziellen Hilfsmitteln wie dem Rastertunnelmikroskop beobachtet werden. Entsprechend klein ist die Masse eines Atoms. Atom Wasserstoff wiegt ca. 10-27 kg (0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 kg). Dabei sind über 99,9 % der Masse eines Atoms in seinem Kern konzentriert.

Elektronen, die in einem Atom gebunden sind, haben eine Anzahl stabiler Energieniveaus oder Orbitale. Sie können zwischen diesen wechseln, indem sie Licht absorbieren oder emittieren. Da die Frequenz des Lichts genau zu einem Übergang passen muss und von der Atomsorte abhängt, können so verschiedene Atome unterschieden werden.

Inhaltsverzeichnis

Entdeckungsgeschichte

Philosophische Überlegungen

Das Konzept, dass Materie aus diskreten Grundeinheiten aufgebaut ist und nicht in beliebig kleine Stücke zerteilt werden kann, existiert seit Jahrtausenden, aber diese Ideen beruhten auf abstrakten philosophischen Überlegungen und nicht auf empirischer experimenteller Untersuchung. Die den Atomen in der Philosophie zugeschriebenen Eigenschaften variierten stark je nach philosophischer Schule, insbesondere zu verschiedenen Zeiten und in verschiedenen Kulturen. Dennoch wurde die Grundidee des Atoms Jahrtausende später von Wissenschaftlern übernommen, weil sie eine elegante Erklärung für neue Entdeckungen in der Chemie bot.[1]

Die früheste bekannte Erwähnung des Atomkonzepts in der Philosophie stammt aus dem 6. Jahrhundert v. Chr. aus Indien.[2] Die Nyaya- und Vaisheshika-Schulen entwickelten ausgearbeitete Theorien, wie sich Atome zu komplexeren Gebilden zusammenschlössen (erst in Paaren, dann je drei Paare).[3] Die Atomverstellung in der griechischen Philosophie ist erstmals von Leukipp überliefert, dessen Schüler Demokrit seine Vorstellungen systematisierte. Etwa 450 v. Chr. prägte Demokrit den Begriff átomos, was etwa "das Unzerschneidbare" bedeutet, also ein nicht weiter zerteilbares Objekt bezeichnet. Obwohl die indischen und griechischen Atomvorstellungen rein philosophischer Natur waren, hat die moderne Chemie die Bezeichnung von Demokrit beibehalten.[1]

Bis zur Entwicklung der Chemie als Wissenschaft brachte das Atomkonzept keine neuen Erklärungen. 1661 publizierte der Naturphilosoph Robert Boyle sein Werk The Sceptical Chymist, in dem er argumentierte, die Materie sei aus diversen Kombinationen verschiedener „corpuscules“ aufgebaut und nicht aus den vier Elementen Wasser, Erde Feuer und Luft.[4] 1789 prägte Antoine Lavoisier den Begriff Element für Grundstoffe, die mit chemischen Methoden nicht weiter zerlegt werden können.[5]

Naturwissenschaftliche Forschung

Verschiedene Atome und Moleküle, wie sie in A New System of Chemical Philosophy (1808) von John Dalton abgebildet sind.

1803 benutzte der englische Lehrer und Naturphilosoph John Dalton das Atomkonzept, um zu erklären, wieso Elemente immer in Verhältnissen kleiner ganzer Zahlen miteinander reagieren – Gesetz der multiplen Proportionen – und weshalb bestimmte Gase sich besser in Wasser lösen als andere. Er nahm an, dass jedes Element aus einer einzigartigen Sorte von Atomen besteht und dass diese Atome sich miteinander verbinden und dadurch chemische Verbindungen bilden.[6][7]

1827 erhielt die Atomtheorie durch die Beobachtungen des Botanikers Robert Brown zusätzliche Unterstützung. Er stellte bei Untersuchungen mit dem Mikroskop fest, dass Pollen und Staubkörner in Wasser sich ungeordnet hin und her bewegten – ein Phänomen, dass als Brownsche Bewegung bekannt wurde. Diese Beobachtung wurde durch eine mathematische Untersuchung Albert Einsteins von 1905 als Effekt von Stößen mit Wassermolekülen, die sich thermisch bewegen, erklärt.[8][9][10] Der französische Physiker Jean Perrin benutzte Einsteins Arbeit, um experimentell Masse und Größe von Atomen zu bestimmen, und bestätigte damit Daltons Atomtheorie.[11]

Joseph John Thomson entdeckte 1897 bei seiner Arbeit mit Kathodenstrahlen das Elektron und stellte fest, dass es ein Bestandteil von Atomen ist, womit er das Konzept des Atoms als unzerteilbarer Einheit zerstörte.[12] Thomson glaubte, dass die Elektronen im Atom verteilt seien und ihre Ladung durch ein gleichmäßiges, positiv geladenes Medium kompensiert würde (Thomsonsches Atommodell).

Eine Forschungsgruppe um Ernest Rutherford beschoss 1909 eine Goldfolie mit (positiv geladenen) Heliumatomkernen (Alphastrahlung) und stellte fest, dass ein kleiner Anteil der Teilchen um sehr viel größere Winkel abgelenkt wurden, als Thomsons Modell es vorhersagte. Rutherford schloss aus diesem Experiment, dass die positive Ladung eines Atoms und der Großteil seiner Masse in einem Atomkern in der Mitte des Atoms konzentriert sei und die Elektronen um diesen Kern kreisten wie die Planeten um die Sonne (Rutherfordsches Atommodell). Die positiv geladenen Teilchen, die sehr nah an diesen Kern kamen, würden sehr viel stärker abgelenkt, als andere.[13]

Bei Experimenten mit den Produkten radioaktiver Zerfälle stellte der Radiochemiker Frederick Soddy 1913 fest, dass es anscheinend mehr als eine Atomart für jedes Element gab.[14] Der Begriff Isotop für verschiedene Atome desselben Elements wurde von Margaret Todd geprägt. J.J. Thomson entwickelte bei seiner Arbeit über ionisierte Gase ein Verfahren zur Trennung verschieden schwerer Atome, was zur Entdeckung stabiler Isotope führte.[15]

Illustration des bohrschen Modells des Wasserstoffatoms mit einem Elektron, das zwischen festen Umlaufbahnen (Orbits) springt und dabei ein Photon mit einer bestimmten Frequenz abstrahlt.

1913 überarbeitete Niels Bohr Rutherfords Atommodell und nahm an, dass die Elektronen sich nur auf bestimmten quantisierten Umlaufbahnen (Schalen) aufhalten und zwischen diesen "springe", sich jedoch nicht in Zwischenzuständen aufhalten könnten.[16] Ein Elektron muss eine bestimmte Menge an Energie aufnehmen oder abgeben, um zwischen diesen festen Schalen zu wechseln. Wenn das Licht, das von einem erhitzten Material abgestrahlt wird, durch ein Prisma geleitet wird, erzeugt es ein farbiges Emissionsspektrum. Die Existenz fester Spektrallinien in diesen Spektren wurde erfolgreich durch die Übergänge des Elektrons zwischen den Schalen im Atome erklärt.[17]

Chemische Bindungen wurden 1916 von Gilbert Newton Lewis im Rahmen des bohrschen Atommodells durch Wechselwirkung der Elektronen der Bestandteile erklärt.[18] Um zu erklären, dass sich die chemischen Eigenschaften der Elemente grob periodisch mit der Ordnungszahl verhalten,[19] schlug Irving Langmuir 1919 vor, dass das Elektronen in einem Atom verbunden oder verklumpt seien. Elektronengruppen besetzten nach dieser Vorstellung bestimmten Elektronenschalen um den Kern.[20]

Der Stern-Gerlach-Versuch von 1922 erbrachte neue Erkenntnisse über die quantenmechanischen Eigenschaften von Atomen. Ein Strahl aus Silberatomen, der durch ein speziell geformtes Magnetfeld geleitet wird, spaltet sich abhängig von der Richtung des Drehimpulses des äußersten Elektrons im Atom auf. Es wurde erwartet, dass diese Richtung zufällig ist und der Strahlquerschnitt eine Linie beschreiben würde. Stattdessen wurde der Strahl in zwei Teile aufgespalten, was darauf hindeutete, dass nur zwei Ausrichtungen des Drehimpulses oder Spins vorkommen.[21]

Aufbauend auf dem von Louis de Broglie 1924 postulierten Welle-Teilchen-Dualismus entwickelte Erwin Schrödinger 1926 ein Atommodell, das die Elektronen als dreidimensionale Wellen und nicht als Teilchen beschrieb. Eine Folge der Beschreibung durch Wellen ist, dass es unmöglich ist, genaue Werte sowohl für Ort als auch Impuls eines Elektrons zu erhalten. Dieser Sachverhalt wurde als Unschärferelation 1926 von Werner Heisenberg im Kontext eines verwandten Modells beschrieben. Nach der Unschärferelation können nur Wahrscheinlichkeitsverteilungen für Wertebereiche von Ort und Impuls angegeben werden. Obwohl sich dieses Modell schwer bildlich darstellen ließ, gelang es damit sehr viel besser als mit den Vorläufermodellen, die Eigenschaften insbesondere größerer Atome als Wasserstoff, wie z. B. ihre Spektrallinien und ihre Elektronenstruktur, zu beschreiben. Daher wurde das bohrsche Atommodell zugunsten des sogenannten Orbitalmodells des Atoms verworfen, das beschreibt, in welchen Gebieten die Elektronen sich am wahrscheinlichsten aufhalten.[22][23]

Schematische Darstellung eines einfachen Massenspektrometers.

Die Entwicklung des Massenspektrometers ermöglichte es, Atommassen genau zu messen. Das Gerät verwendet einen Magneten, um einen Ionenstrahl auf eine gekrümmte Bahn zu lenken. Die Ablenkung eines einzelnen Ions wird dabei durch das Verhältnis seiner Masse zu seiner Ladung bestimmt. Francis William Aston zeigte mit einem solchen Instrument, dass Isotope des gleichen Elements verschiedene Atommassen haben und dass diese sich um ganzzahlige Vielfache der Masse des Wasserstoffatoms unterscheiden.[24] Die Erklärung für die Existenz verschiedener Isotope gelang mit der Entdeckung des Neutrons, eines neutralen Teilchens mit einer Masse ähnlich der des Protons, durch James Chadwick im Jahr 1932. Isotope wurden als Atomsorten mit gleich vielen Protonen, aber verschieden vielen Neutronen im Atomkern erklärt.[25]

Der deutsche Chemiker Otto Hahn, ein Schüler Rutherfords, untersuchte im Jahr 1938 Atomkerne. Dazu beschoss er Uran-Atome mit Neutronen in der Erwartung, dadurch Transurane zu erzeugen. Chemisch wurde jedoch überraschenderweise Barium nachgewiesen. In einem Brief unterrichtete er seine Mitarbeiterin Lise Meitner, die aufgrund ihrer jüdischen Religion vor den Nazis nach Schweden geflohen war, über die experimentellen Befunde und merkte dabei an, dass das Uran ja „nicht in Barium zerplatzt sein kann“. Lise Meitner und ihr Neffe Otto Frisch konzipierten eine neue Versuchsanordnung: nach der Bestrahlung von Uran mit Neutronen suchten sie mittels einer Ionisationskammer als erste explizit nach leichten Spaltprodukten, waren dabei erfolgreich und konnten nun Hahns Ergebnis als Kernspaltung interpretieren[26] (siehe auch: Entdeckung der Kernspaltung).[27] Hahn erhielt den Nobelpreis für Chemie des Jahres 1944 wobei der Beitrag von Meitner und Frisch, trotz dahingehender Bemühungen Hahns, nicht berücksichtigt wurde.

In den 1950er Jahren ermöglichte die Entwicklung verbesserter Teilchenbeschleuniger und Teilchendetektoren die Untersuchung von Atomen bei sehr hohen Energien.[28] Die „Tiefinelastische Streuung“ von Elektronen sehr hoher Energie an Atomkernen zeigte, dass Neutronen und Protonen Hadronen sind, die aus Quarks zusammengesetzt sind.[29]

1985 entwickelte eine Arbeitsgruppe um Steven Chu an den Bell Labs ein Verfahren, die Temperatur von Atomen mittels Laserstrahlung stark zu verringern. Im selben Jahr gelang es einer Gruppe um William D. Phillips, Natriumatome in einer Magnetfalle einzuschließen. Durch Kombination dieser Verfahren mit einer Methode, die den Dopplereffekt benutzt, gelang es einer Arbeitsgruppe um Claude Cohen-Tannoudji, geringe Mengen von Atomen auf einige Mikrokelvin zu kühlen. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Atome mit hoher Genauigkeit zu untersuchen,[30] und ermöglichte auch die experimentelle Realisierung der Bose-Einstein-Kondensation.[31] In den 2000er Jahren wurde die Handhabbarkeit einzelner Atome durch neue Technologien unter anderem genutzt um einen Transistor aus nur einem Metallatom mit organischen Liganden herzustellen.[32]

Atomsorten

Es gibt verschiedene Atomsorten, die sich nach einzelnen Bestandteilen unterscheiden. Unterscheiden sich zwei Atome in einem oder mehreren Kernbestandteilen, so spricht man von verschiedenen Nukliden. Nuklide können sich in der Anzahl Protonen und Neutronen, aber auch im Energiezustand des Kerns unterscheiden. Ist die Anzahl an Protonen zweier Nuklide gleich, so handelt es sich um das gleiche chemische Element. Nuklide eines Elementes können sich jedoch noch in ihrer Neutronenanzahl unterscheiden, diese sich nur in ihrer Neutronenanzahl unterscheidenden Nuklide werden Isotope genannt. Seltener werden auch Isotone unterschieden, bei denen sich die Protonenanzahl unterscheidet, während die Neutronenzahl gleich ist. Nuklide, die sich nur im Energiezustand des Kerns unterscheiden, werden Isomere genannt.

Es sind mit dem Stand von 2003 insgesamt etwa 3200 Nuklide[33], die sich auf etwa 2700 Isotope[34] und 117 bekannte Elemente bis zum Ununoctium verteilen. Die Stabilität der Nuklide hängt von dem Verhältnis von Protonen und Neutronen ab, bei einem ungünstigen Verhältnis ist der Kern instabil und zerfällt zu anderen Kernen. Genauer lassen sich die Stabilitäten des Kerns mit dem Schalenmodell erklären.

Wird das gesamte Atom betrachtet, kann zwischen neutralen und geladenen Atomen unterschieden werden. Bei neutralen Atomen entspricht die Anzahl Elektronen gerade der an Protonen, dadurch ist das resultierende Atom elektrisch neutral. Sind dagegen mehr oder weniger Elektronen als Protonen im Atom, so ist das Atom elektrisch geladen und wird Ion genannt. Sind weniger Elektronen als Protonen vorhanden ist das Teilchen positiv geladen und man spricht von einem Kation. Bei einem Elektronenüberschuss sind die Atome negativ geladen und das Ion wird nun Anion genannt.

Um Elemente und Nuklide zu sortieren, sind verschiedene graphische Hilfsmittel entwickelt worden. Für Elemente wird das Periodensystem verwendet, bei denen die einzelnen Elemente nach Aufbau und Eigenschaften nach aufsteigender Ordnungszahl sortiert und gleichzeitig nach Eigenschaften, die eng mit der Besetzung der Orbitale verbunden ist, in Gruppen untereinander gesetzt werden. Nuklide werden in Isotopentabellen oder Nuklidkarten dargestellt, bei denen auf einer Achse die Protonen-, auf der anderen die Neuronenzahl aufgetragen ist. Häufig wird über die Farbe zusätzlich die Art des Zerfalls dargestellt.

Periodensystem

Nuklidkarte

Entstehung

Stabile Protonen und Elektronen existierten eine Sekunde nach dem Urknall. In den folgenden drei Minuten verschmolz ein Teil der Protonen und Neutronen miteinander und bildete vor allem Deuterium- und Helium-, in geringerem Umfang auch Lithiumkerne. Möglicherweise wurden auch kleinere Mengen Beryllium und Bor durch diese primordiale Nukleosynthese gebildet.[35] Die ersten vollständigen Atome mit gebundenen Elektronen wurden erst 380.000 Jahre nach dem Urknall gebildet, als das Universum durch Expansion ausreichend abgekühlt war und damit Rekombinationen von Atomkernen und Elektronen möglich waren.[36]

Alle schwereren Atome werden durch verschiedene Prozesse der Kernfusion erzeugt. Die wichtigsten sind dabei die der Nukleosynthese, bei denen in Sternen zunächst Helium, anschließend auch schwerere Elemente bis zum Eisen gebildet werden. Seltener sind die Spallation, die bei der Entstehung von 6Li wichtig ist[37], der in Supernovae ablaufende r-Prozess und der s-Prozess, der in AGB-Sternen abläuft. Durch diese beiden Prozesse können auch schwerere Elemente als Eisen entstehen. Weiterhin spielen radioaktiver Zerfälle eine Rolle für die Synthese verschiedener Elemente und Isotope.

Vorkommen und Verteilung

Häufigkeiten von Elementen im Universum

Atome bilden nach dem Lambda-CDM-Modell mit einer mittleren Dichte von 0,25 Atome/m3 etwa 4,6 % der Energiedichte des beobachtbaren Universums. Der Rest setzt sich aus etwa 23 % dunkler Materie und 72 % dunkler Energie, sowie Neutrinos zusammen, deren Natur jedoch noch weitgehend unklar ist.[38] Innerhalb einer Galaxie wie der Milchstraße ist die Konzentration von Atomen viel höher, nämlich zwischen 105 und 109 Atome/m3 im interstellaren Medium (ISM).[39] Die Sonne befindet sich in der weitgehend staubfreien lokalen Blase, daher ist die Dichte in der Umgebung des Sonnensystems nur etwa 103 Atome/m3.[40]

In der Verteilung der unterschiedlichen Elemente dominiert im Universum mit Abstand Wasserstoff, danach folgt das um etwa eine Zehnerpotenz seltenere Helium. Alle schwereren Elemente sind deutlich seltener und machen nur einen kleinen Teil der im Universum vorhandenen Elemente aus. Die Häufigkeiten dieser Elemente werden dabei von den verschiedenen Mechanismen der Nukleosynthese bestimmt.[41]

Sterne bilden dichte Wolken im interstellaren Medium und die Entwicklungsprozesse von Sternen sorgen für eine ständige Anreicherung des interstellaren Mediums mit schwereren Elementen als Wasserstoff und Helium. Bis zu 95 % der Atome in der Milchstraße sind in Sternen konzentriert und die Gesamtmasse der Atome macht etwa 10 % der Masse der Milchstraße aus,[42] wobei der Rest der Masse von dunkler Materie herrührt.[43]

Auf der Erde überwiegen im Gegensatz zum Universum die schweren Elemente, da Wasserstoff und Helium im Sonnensystem vorwiegend in der Sonne und den Gasplaneten enthalten sind. Die häufigsten Elemente sind Sauerstoff, Eisen, Silicium und Magnesium. Dabei besteht der Erdkern vorwiegend aus Eisen, während in der Erdkruste Sauerstoff und Silicium in Form von Silicaten dominieren.


Bestandteile des Atoms

Ein Atom ist aus zwei unterschiedlichen Bestandteilen aufgebaut, einem positiv geladenem Atomkern, der im Vergleich zum gesamten Atom sehr klein ist und fast die gesamte Masse des Atoms besitzt, sowie der Atomhülle, die aus negativ geladenen Elektronen besteht.

Atomkern

→ Hauptartikel: Atomkern

Aufbau

Die Bindungsenergie, die aufgebracht werden muss um ein Nukleon aus dem Atomkern zu lösen, für verschiedene Isotope.

Die aneinander gebundenen Protonen und Neutronen, auch mit dem Überbegriff Nukleonen bezeichnet, in einem Atom bilden den Atomkern. Diese zählen zu den Hadronen. Das Proton ist positiv geladen, Neutronen sind elektrisch neutral. Nach dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik sind Protonen und Neutronen aus Elementarteilchen, den Quarks, aufgebaut. Die Quarks werden durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten, die durch Gluonen vermittelt wird. Diese starke Wechselwirkung ist auch für den Zusammenhalt des Atoms verantwortlich, da diese in Abständen bis zu etwa 2,5 Femtometer deutlich stärker als die elektrostatische Abstoßung der Protonen ist.[44] Der Radius des Kerns ist abhängig von der Anzahl Nukleonen und beträgt etwa \begin{smallmatrix}1{,}07 \sqrt[3]{A}\end{smallmatrix}  fm, (A: Anzahl der Nukleonen im Kern).[45] Das ist sehr viel kleiner als der Radius des Atoms, der ungefähr im Bereich von 105 fm liegt. Nach dem Schalenmodell des Atomkerns sind Kerne mit bestimmten Nukleonenzahlen, beispielsweise Helium, Sauerstoff oder Blei, besonders stabil.

Für Elemente mit niedriger Ordnungszahl sind Kerne mit annähernd gleich vielen Neutronen wie Protonen am stabilsten. Bei größeren Ordnungszahlen sorgt die elektrostatische Abstoßung der Protonen dafür, dass Kerne derartige Kerne nicht mehr stabil sind und für den Zusammenhalt des Atoms mehr Neutronen benötigt werden. Das Verhältnis von Neutronen zu Protonen in den Kernen der stabilen Isotope steigt dabei für Elemente mit größeren Ordnungszahlen auf etwa 1,5. Ist das Verhältnis von Protonen und Neutronen ungünstig, so ist der Kern ist instabil und wandelt sich unter Energieabgabe spontan in stabilere Kerne um. Dieses Phänomen wird auch als Radioaktivität bezeichnet.

Masse

Da der Großteil der Atommasse von den Neutronen und Protonen stammt, wird die Gesamtzahl diese Teilchen in einem Atom als Massenzahl bezeichnet. Die Masse eines Atoms wird oft mittels der atomaren Masseneinheit angegeben. Diese Einheit entspricht einem Zwölftel der Masse des Kohlenstoffisotops 12C und ist etwa 1,66 × 10−27 kg.[46] Ein Atom des leichtesten Wasserstoffisotops hat eine Masse von 1,007825 u. Die Masse eines Atoms entspricht etwa dem Produkt aus der Massenzahl und der atomaren Masseneinheit. Das schwerste stabile Nuklid ist das Bleiisotop 208Pb mit einer Masse von 207,9766521 u.[47]

Da makroskopische Mengen einer Substanz sehr viele Atome enthalten und die Angabe ihrer Anzahl als natürliche Zahl unhandlich wäre, verwendet man für die Stoffmenge eine eigene Einheit, das Mol. Ein Mol eines Elements sind etwa 6,022 × 1023 Atome. Diese Zahl wurde so gewählt, dass ein Mol eines Elementes mit der Atommasse 1 u eine Masse von 0,001 kg oder 1 g hat. 12C hat beispielsweise eine Atommasse von 12 u, also hat ein Mol Kohlenstoff eine Masse von 0,012 kg.[46] Daher ist es in der Chemie üblich, Atommassen auch indirekt in g/mol anzugeben.

Bildung und Zerfall

In welcher Art ein Atomkern zerfällt ist für das jeweilige Nuklid typisch. Mitunter kann ein Kern auch auf mehrere Arten zerfallen, so dass mehrere Zerfallsarten zu einem bestimmten Prozentsatz an einem Zerfall beteiligt sind. Die wichtigsten radioaktiven Zerfälle sind der Alpha-Zerfall, bei dem ein Helium-Atomkern aus zwei Protonen und zwei Neutronen abgegeben wird, der Beta-Zerfall, bei dem mittels der schwachen Wechselwirkung ein Neutron des Kerns in ein Proton oder umgekehrt umgewandelt wird und Elektronen und ein Antineutrino bzw. ein Positron und ein Neutrino ausgesendet werden, sowie der Gamma-Zerfall, bei dem ein Isomer unter Aussendung von Gammastrahlung in ein niedrigeres Energieniveau gelangt. Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Zerfallszeit – die Halbwertszeit – die angibt, wie lange es dauert bis die Hälfte einer Probe zerfallen ist.

Illustration einer Kernfusion, bei dem zwei Protonen zu einem Deuteriumkern aus einem Proton und einem Neutron reagieren. Ein Positron (e+) – das Antiteilchen des Elektrons – und ein Elektron-Neutrino entstehen bei der Reaktion.

Größere Atomkerne können aus kleineren Kernen gebildet werden. Dieser Vorgang wird Kernfusion genannt. Es ist so, dass sich Atomkerne für die Fusion sich sehr nah kommen müssen. Diesem Annähern steht die elektrostatische Abstoßung der positiv geladenen Protonen, der sogenannte Coulombwall entgegen. Aus diesem Grund ist eine Kernfusion nur unter sehr hohen Temperaturen von mehreren Millionen Grad und hohen Drücken, wie sie im Inneren von Sternen herrschen, möglich. Bei der Kernfusion werden durch Umwandlung von Masse in Energie gemäß der Äquivalenz von Masse und Energie, E = mc2 große Mengen Energie frei. Diese Energie äußert sich im Massendefekt und entspricht der Bindungsenergie des Atomkerns.[48] Die Kernfusion ist bei Elementen bis zum Eisen eine exotherme Reaktion, so dass sie selbsterhaltend ist und in Sternen kontinuierlich weiterläuft. Bei Atomkernen die größer sind als der des Eisens, nimmt die Bindungsenergie ab und die Fusion schwererer Atomkerne ist daher endotherm. Sie ist damit kein selbsterhaltender Prozess, was dazu führt, dass die Kernfusion in Sternen zum Erliegen kommt, wenn die leichten Atomkerne aufgebraucht sind.[49]

Atomhülle

Die Atomhülle besteht aus den negativ geladenen Elektronen und umgibt den Kern. Sie ist etwa 10.000-mal größer als dieser und bestimmt damit die Größe des Atoms. Gleichzeitig sind die Elektronen mit einer Masse von 9,11 × 10−31 kg so leicht, dass die Elektronenhülle praktisch nichts zur Masse des Atoms beiträgt. Sie sind zudem so klein, dass mit derzeitigen Messmethoden keine Ausdehnung festgestellt werden kann.[50]

Aufbau

Elektronen werden, wie alle Teilchen, in der Quantenmechanik durch eine Wellenfunktion beschrieben, die die Wahrscheinlichkeit angibt, das Elektron in einem bestimmten Gebiet zu finden. Diese Wellenfunktion wird mit der Schrödingergleichung beschrieben, die die potentielle und kinetische Energie des Elektrons im Potential des Kerns beschreibt. Sie ist exakt nur für das Wasserstoffatom und wasserstoffähnliche Atome mit nur einem Elektron lösbar. Für kompliziertere Systeme mit mehreren Elektronen wird das Orbitalmodell als gute Nährung verwendet. Bei diesen gilt das Pauli-Prinzip, nachdem sich jedes Elektron in mindestens einem Zustand, repräsentiert durch unterschiedliche Quantenzahlen, unterscheiden muss.

Bei der Lösung der Lösung der Schrödingergleichung stellt man fest, dass die Eigenwerte der Differentialgleichung durch insgesamt drei Quantenzahlen charakterisiert werden. Diese werden im Allgemeinen mit den Buchstaben n, l und m bezeichnet. Die Hauptquantenzahl n kann Werte von 1 aufwärts annehmen und legt das Energieniveau, also den Abstand des Elektrons vom Kern fest. Je größer n, desto weiter entfernt vom Kern befindet sich ein Elektron. Dabei werden die Abstände zwischen den einzelnen Energieniveaus mit steigendem n immer kleiner und gehen bei hohen Hauptquantenzahlen in ein Kontinuum über.

Die Nebenquantenzahl l und die Magnetquantenzahl m werden im Gegensatz zur Hauptquantenzahl nicht vom energieabhängigen, sondern von winkelabhängigen Teil der Schrödingergleichung bestimmt. Die Nebenquantenzahl, die Werte von 0 bis n-1 annehmen kann, legt die Gestalt des Orbitals fest. Eine Nebenquantenzahl 0 bedeutet dabei ein kugelsymmetrisches Orbital (s-Orbital), bei einem Wert von 1 existiert eine Knotenebene, das Orbital ist hantelförmig (p-Orbital). Bei höheren Nebenquantenzahlen existieren entsprechend mehr Knotenebenen und damit komplizierter aufgebaute Orbitale (d- und f-Orbitale). Die Orbitale mit einer Nebenquantenzahl größer null können unterschiedlich im Raum ausgerichtet sein. Ein energetischer Unterschied der unterschiedlichen Raumrichtungen besteht aber nur dann, wenn von außen ein Magnetfeld auf das Orbital wirkt. Die unterschiedlichen Raumrichtungen werden durch die magnetische Quantenzahl m, die von diesem Effekt ihren Namen hat und die Werte von -l bis +l annehmen kann, bestimmt.

Neben diesen energie- und winkelabhängigen Größen, die sich direkt aus der Schrödingergleichung berechnen lassen, spielt auch der Spin des Elektrons für die Besetzung von Orbitalen eine Rolle. Wird dieser in den Berechnungen berücksichtigt, so ergibt sich eine vierte Quantenzahl, die Spinquantenzahl ms. Da jedes Elektron einen Spin von +0,5 oder -0,5 haben kann jedes Orbital gemäß dem Pauli-Prinzip immer mit zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin besetzt werden.

Eigenschaften

Die Atomhülle bestimmt maßgeblich viele Eigenschaften des gesamten Atoms. Hier ist einmal die Größe zu nennen, die sich aus der Ausdehnung der Atomhülle ergibt. Allerdings ist diese diffus und besitzt keine exakt definierbare äußere Grenze. Daher wird ihre Größe üblicherweise durch den Abstand der Atomkerne zweier chemisch gebundener Atom angegeben. Neben der Anzahl Elektronen und der Stärke ihrer Bindung an den Kern spielt auch die Umgebung, etwa die Anzahl benachbarter Atome eine Rolle für die Größe eines Atoms. Im Periodensystem gilt allgemein die Regel, dass die Größe durch zusätzliche Schalen von oben nach unten zunimmt, während von links nach rechts die Größe abnimmt, da die Elektronen stärker an den Kern gebunden sind. Dementsprechend ist das kleinste Atom das Heliumatom mit einem Radius von 32 pm, während eines der größten bekannten Atome das Cäsiumatom mit einem Radius von 225 pm ist.[51]

Im Gegensatz zu den Kernbestandteilen lassen sich Elektronen durch relativ kleine Energien beeinflussen. So besitzt jedes Elektron eines Atoms eine typische Energie, die sogenannte Bindungsenergie, durch die es vollständig vom Kern entfernt werden kann. Die Größe der Bindungsenergie hängt von der Größe des Atoms, dem Abstand des Elektrons vom Kern und dem Ionisierungsgrad des Atoms ab. Auch die Art, Geometrie und Besetzung des Orbitals hat einen Einfluss auf die Bindungsenergie. Besonders geringe Bindungsenergien besitzen die Valenzelektronen der Alkalimetalle, so beträgt die erste Ionisierungsenergie eines Natriumatoms 5,14 eV.[52] Je höher geladen ein Ion wird, desto höher wird auch die Bindungsenergie der verbliebenen Elektronen, so betragen die zweite und dritte Ionisierungsenergien bei Natrium schon 47 beziehungsweise 72 eV.[52]

Elektronen müssen durch Energieaufnahme nicht vollständig entfernt werden, es ist auch möglich, dass sie in weiter außen liegende Orbitale gehoben werden. Von diesen angeregten Zuständen ist es möglich, dass die Elektronen unter Abgabe eines Photons wieder in den Grundzustand zurückspringen. Da jedes Orbital eine bestimmte Energie besitzt, ist auch der Abstand zweier Orbitale mit einer bestimmten Energiedifferenz und damit mit einer bestimmten Wellenlänge des Photons verbunden.

Ein Beispiel von Absorptionslinien in einem Spektrum.

Für viele Atome liegen diese Wellenlängen im sichtbaren Teil des Spektrums. Dadurch kommt das typische Linienspektrum vieler Elemente zu Stande. Bekannt ist beispielsweise die Natrium-D-Linie, eine Doppelline des Natriums im gelben Spektralbereich bei 588,99 nm und 589,59 nm.[53] Da die Energiedifferenz bei Absorption und Emission gleich ist, lassen sich die Linienspektren sowohl in Absorptions- als auch als Emissionsspektren beobachten.

Die genaue Struktur des Spektrums wurde von den Energieniveaus der einzelnen Orbitale bestimmt. Zusätzlich kann es durch Spin-Bahn-Kopplung zu einer weiteren Aufspaltung der Energieniveaus in der sogenannten Feinstrukturaufspaltung kommen. Auch äußere Magnet- und elektrische Felder besitzen einen Einfluss auf die Spektrumsstruktur. Bei Magnetfeldern wird dieser Effekt nach dem Entdecker Zeeman-Effekt, bei elektrischen Feldern ebenfalls nach dem Entdecker Stark-Effekt genannt.

Ein vor allem in der Chemie verwendetes anschauliches Maß für die Fähigkeit eines Atoms, Elektronen anzuziehen, ist die Elektronegativität. Je größer die Elektronegativität ist, desto stärker kann ein Atom Elektronen anziehen.

Von der Atomhülle, genauer den Valenzelektronen, des Atoms wird die chemische Bindung und damit die chemischen Eigenschaften eines Elementes bestimmt. Es ist günstig, dass Orbitale vollbesetzt, leer oder bei den größeren d- und f-Orbitalen auch halbbesetzt sind. Dieses wird dadurch erreicht, dass Atome in einer chemischen Bindung teilen oder Elektronen von einem auf ein anderes übertragen werden. Ob und wie stark Elektronen von einem Atom auf ein zweites übertragen werden, hängt von der Fähigkeit eines Atoms ab, Elektronen anzuziehen. Dieses wird relativ durch die Elektronegativität festgelegt. Über die Differenz der Elektronegativitäten zweiter Elemente kann abgeschätzt werden, ob Elektronen stark übertragen werden und es zu einer ionischen Bindung kommt, oder ob die Elektronen in einer kovalenten Bindung beiden Atomen etwa gleich zur Verfügung stehen. Das elektronegativste Element ist Fluor, gefolgt von weiteren Nichtmetallen wir Sauerstoff, Stickstoff und Chlor, während Metalle, vor allem die Alkali- und Erdalkalimetalle niedrige Elektronegativitäten besitzen.

Atommodelle

In der Geschichte der Physik wurden mehrere Modelle zum Verständnis des Atoms entwickelt. Einige von ihnen werden heute nicht mehr verwendet und sind nur von wissenschaftsgeschichtlichem Interesse. Andere verwendet man je nach Anwendungsbereich als Näherung noch heute. Das genaueste Modell ist ziemlich kompliziert, so dass man in den Fällen, in denen dies ausreicht, auf eines der einfacheren Modelle zurückgreift.

Antiquierte Modelle

Das 1903 aufgestellte Rosinenkuchenmodell von Thomson ging davon aus, dass das Atom aus einer Kugel besteht, in der die positive Ladung und die Masse gleichmäßig verteilt ist und in der punktförmige Elektronen wie Rosinen in einem Kuchen eingebettet sind. Dieses Modell wurde 1909 durch den Rutherfordschen Streuversuch widerlegt, der nachwies, dass die positive Ladung eines Atoms in einem nahezu punktförmigen Kern konzentriert ist.

Rutherford stellte sich daher vor, dass die Elektronen wie Planeten im Sonnensystem um den Atomkern kreisen, von dem sie elektrostatisch angezogen werden. Diese Annahme stand jedoch im Widerspruch zur Elektrodynamik, aus der folgt, dass Ladungsträger, die sich wie hier die Elektronen auf gekrümmten Bahnen bewegen, kontinuierlich elektromagnetische Wellen abstrahlen und damit Energie abgeben.

Atome als harte Kugeln

Das einfachste Atommodell, das noch heute in Gebrauch ist, stellt sich ein Atom als eine harte Kugel mit festem Radius vor. Dieses Modell wird in der Kristallographie und in der kinetischen Gastheorie verwendet.

Das Bohrsche Atommodell

Das 1913 von Niels Bohr formulierte Bohrsche Atommodell greift das Rutherfordsche Planetenmodell auf. Danach bewegen sich die Elektronen auf Kreisbahnen um den Kern, wobei nur solche Bahnen erlaubt sind, bei denen der Bahndrehimpuls ein ganzzahliges Vielfaches einer Naturkonstanten, nämlich des reduzierten Planckschen Wirkungsquantums, ist.

Sommerfeld erweiterte das Bohrsche Atommodell um elliptische Elektronenbahnen. Wolfgang Pauli fand das Pauli-Prinzip, demgemäß keine zwei Elektronen in allen Quantenzahlen übereinstimmen können. Daraus folgt, dass bei zunehmender Ordnungszahl die zusätzlichen Elektronen, die die zusätzliche Kernladung ausgleichen, nur außen "angebaut" werden können.

Das Bohrsche Atommodell ist zusammen mit den Erweiterungen von Sommerfeld und Pauli in der Lage, Atomradien und Atomspektren insbesondere leichter Atome mit einiger Genauigkeit vorherzusagen.

Beobachtung

Bild eines Rastertunnelmikroskop von einzelnen Atomen auf einer Goldoberfläche (100). Durch Oberflächenrekonstruktion weicht die Anordnung der Atome an der Oberfläche von der darunter liegenden Kristallstruktur ab.

Das Rastertunnelmikroskop ist ein Gerät zur Oberflächenuntersuchung, das einzelne Atome sichtbar macht. Es verwendet den Tunneleffekt, der es Teilchen erlaubt, eine Energiebarriere zu passieren, die sie klassisch nicht überwinden könnten. Bei diesem Gerät tunneln Elektronen zwischen einem Atom an einer elektrisch leitenden Spitze und einem Atom in der elektrisch leitenden Probe. Dabei wird die Höhe der Spitze über der Probe bei Seitwärtsbewegung so nachgeregelt, dass immer derselbe Strom fließt. Die Bewegung der Spitze bildet dann die Elektronenstruktur der Oberfläche ab. Die Auflösung ist dabei so gut, dass Strukturen in der Größe eines einzelnen Atoms unterscheidbar sind, so dass deren gegenüber der Umgebung erhöhte Elektronendichte in der Abbildung erkennbar ist.[54][55]

Ein Atom kann ionisiert werden, indem eines seiner Elektronen entfernt wird. Die elektrische Ladung sorgt dafür, dass die Flugbahn eines Ions von einem Magnetfeld abgelenkt wird. Dabei werden leichtere Atome stärker abgelenkt als Schwerere. Das Massenspektrometer nutzt dieses Prinzip um das Masse-zu-Ladung-Verhältnis von Ionen zu bestimmen. Ein Massenspektrometer kann einen Strahle aus Ionen verschiedener Isotope in ihre Bestandteile zerlegen und damit den Anteil jedes Isotops im Strahl aus der Intensität der Teilstrahlen bestimmen. Für die Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma wird ein Plasma benutzt um eine Probe zu verdampfen und zu ionisieren.[56]

Die Elektronenenergieverlustspektroskopie misst den Energieverlust eines Elektronenstrahls bei der Wechselwirkung mit einer Probe in einem Transmissionselektronenmikroskop. Eine tomographische Atomsonde erstellt ein dreidimensionales Bild mit einer Auflösung unterhalb eines Nanometers und kann die chemischen Elemente einzelner Atome feststellen.[57]

Atomspektren können benutzt werden um die Elementzusammensetzung entfernter Sterne zu bestimmen. Die verschiedenen Elemente lassen sich durch charakteristische Absorptionslinien im Spektrum identifizieren, die auf Absorption durch Atome des entsprechenden Elements in der Sternatmosphäre zurückgehen. Gasentladungslampen die dasselbe Element enthalten zeigen diese Linien als Emissionslinien.[58] Auf die Weise wurde Helium im Spektrum der Sonne nachgewiesen – 23 Jahre bevor es auf der Erde entdeckt wurde.[59]

Seltene und theoretische Formen

Es ist bekannt, dass alle Isotope mit Ordnungszahlen größer als Blei (82) radioaktiv sind, allerdings wurde eine „Insel der Stabilität“ für einige Isotope bei Ordnungszahlen größer als 103 postuliert. Diese superschweren Elemente könnten Kerne haben, die verglichen mit Nukliden benachbarter Protonen- und Neutronenzahl relativ langsam radioaktiv zerfallen.[60] Der wahrscheinlichste Kandidat für ein relativ stabiles superschweres Nuklid, Unbihexium, hat 126 Protonen und 184 Neutronen.[61]

Zu jedem Materieteilchen gibt es ein entsprechendes Antiteilchen mit entgegengesetzter elektrischer Ladung. Das Positron ist ein positiv geladenes Antielektron und das Antiproton ist das negativ geladene Äquivalent zum Proton. Wenn ein Teilchen und das entsprechende Antiteilchen aufeinander treffen, annihilieren sie sich gegenseitig. Daher und wegen eines Überschusses an Materie gegenüber Antimaterie, dessen Ursache – die Baryogenese – nicht abschließend geklärt ist, sind die Antiteilchen selten im Universum. Im Ergebnis wurden keine Antimaterie-Atome in der Natur gefunden.[62][63] Allerdings wurden erstmals 1996 am CERN in Genf Antiwasserstoffatome künstlich hergestellt und nachgewiesen.[64][65]

Andere exotische Atome wurden hergestellt, in denen eines der Protonen, Neutronen oder Elektronen durch andere Teilchen derselben Ladung ersetzt wurden. Beispielsweise kann ein Elektron durch ein schwereres Myon ersetzt werden, wobei ein myonisches Atom entsteht. Solche exotischen Atome können benutzt werden um fundamentale physikalische Theorien zu überprüfen.[66][67][68]

Fußnoten


Einzelnachweise

  1. ↑ a b Leonid I. Ponomarev: The Quantum Dice. 2. Auflage. Inst. of Physics Pub, 1993, ISBN 0-7503-0251-8, S. 14–15.
  2. ↑ Mrinalkanti Gangopadhyaya: Indian atomism: History and sources. Humanities Press, Atlantic Highlands (NJ) 1981, ISBN 0-391-02177-X.
  3. ↑ Dick Teresi: Lost Discoveries: The Ancient Roots of Modern Science--from the Babylonians to the Maya. Simon & Schuster, 2003, ISBN 0-7432-4379-X, S. 213–214.
  4. ↑ Robert Siegfried: From Elements to Atoms: A History of Chemical Composition. In: Transactions of the Americal Philosophical Society. 92, Nr. 4, American Philosophical Society, 2002, ISBN 0-87169-924-9, S. 42–55.
  5. ↑ Lavoisier's Elements of Chemistry. In: Elements and Atoms. Le Moyne College, Department of Chemistry. Abgerufen am 2007-12-18.
  6. ↑ Charles Adolphe Wurtz: The Atomic Theory. D. Appleton and company, New York 1881, S. 1–2.
  7. ↑ J. Dalton: A New System of Chemical Philosophy, Part 1. S. Russell, London/Manchester 1808.
  8. ↑ Albert Einstein: Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen. In: Annalen der Physik. 322, Nr. 8, 1905, S. 549–560 (doi:10.1002/andp.19053220806) (PDF).
  9. ↑ Robert M. Mazo: Brownian Motion: Flucuations, Dynamics, and Applications. In: The International Series of Monographs on Physics. 112, Oxford University Press, 2002, ISBN 0-19-851567-7, S. 1–7.
  10. ↑ Y. K. Lee, Kelvin Hoon: Brownian Motion. Imperial College, London, 1995. Abgerufen am 2007-12-18.
  11. ↑ G. Patterson: Jean Perrin and the triumph of the atomic doctrine. In: Endeavour. 31, Nr. 2, 2007, S. 50–53 (doi:10.1016/j.endeavour.2007.05.003).
  12. ↑ The Nobel Foundation: J.J. Thomson. Nobelprize.org, 1906. Abgerufen am 2007-12-20.
  13. ↑ E. Rutherford: The Scattering of a and ß Particles by Matter and the Structure of the Atom. In: Philosophical Magazine. 21, 1911, S. 669–688 (PDF, PDF; Stand: 18. Juni 2009).
  14. ↑ Frederick Soddy, The Nobel Prize in Chemistry 1921. Nobel Foundation. Abgerufen am 2008-01-18.
  15. ↑ Joseph John Thomson: Bakerian Lecture: Rays of Positive Electricity. In: Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 89, Nr. 607, 1913, S. 1-20 (PDF; Stand: 18. Juni 2009).
  16. ↑ Stern, David P. (May 16, 2005). The Atomic Nucleus and Bohr's Early Model of the Atom. NASA Goddard Space Flight Center. Abgerufen am 20. Dezember 2007.
  17. ↑ Bohr, Niels (December 11, 1922). Niels Bohr, The Nobel Prize in Physics 1922, Nobel Lecture. The Nobel Foundation. Abgerufen am 16. Februar 2008.
  18. ↑ Gilbert N. Lewis: The Atom and the Molecule. In: Journal of the American Chemical Society. 38, Nr. 4, April 1916, S. 762–786. doi:10.1021/ja02261a002
  19. ↑ Eric R. Scerri: The Periodic Table, S. 205–226, Oxford University Press US 2007, ISBN 0-19-530573-6
  20. ↑ Irving Langmuir: The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules. In: Journal of the American Chemical Society. 41, Nr. 6, 1919, S. 868–934. doi:10.1021/ja02227a002
  21. ↑ Marlan O. Scully, Lamb Jr., Willis E.; Barut, Asim: On the theory of the Stern-Gerlach apparatus. In: Foundations of Physics. 17, Nr. 6, June 1987, S. 575–583. doi:10.1007/BF01882788
  22. ↑ Brown, Kevin (2007). The Hydrogen Atom. MathPages. Abgerufen am 21. Dezember 2007.
  23. ↑ Harrison, David M. (March 2000). The Development of Quantum Mechanics. University of Toronto. Abgerufen am 21. Dezember 2007.
  24. ↑ Francis W. Aston: The constitution of atmospheric neon. In: Philosophical Magazine. 39, Nr. 6, 1920, S. 449–55
  25. ↑ Chadwick, James (December 12, 1935). Nobel Lecture: The Neutron and Its Properties. Nobel Foundation. Abgerufen am 21. Dezember 2007.
  26. ↑ Lise Meitner, Otto Robert Frisch: Disintegration of uranium by neutrons: a new type of nuclear reaction. In: Nature. 143, 1939, S. 239.
  27. ↑ Manfred Schroeder: Lise Meitner - Zur 125. Wiederkehr Ihres Geburtstages. (Stand: 4. Juni 2009).
  28. ↑ Kullander, Sven (August 28, 2001). Accelerators and Nobel Laureates. The Nobel Foundation. Abgerufen am 31. Januar 2008.
  29. ↑ Staff (October 17, 1990). The Nobel Prize in Physics 1990. The Nobel Foundation. Abgerufen am 31. Januar 2008.
  30. ↑ P. Domokos, Janszky, J.; Adam, P.: Single-atom interference method for generating Fock states. In: Physical Review a. 50, 1994, S. 3340–3344. doi:10.1103/PhysRevA.50.3340
  31. ↑ Staff (October 15, 1997). The Nobel Prize in Physics 1997. Nobel Foundation. Abgerufen am 10. Februar 2008.
  32. ↑ Park, Jiwoong et al: Coulomb blockade and the Kondo effect in single-atom transistors. In: Nature. 417, Nr. 6890, 2002, S. 722–725. doi:10.1038/nature00791
  33. ↑ G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties, in: Nuclear Physics, 2003, Bd. A 729, S. 3–128.
  34. ↑ Ulrich Abram, Gernot Frenking: Isotope. In: Römpp Chemie-Lexikon, Stand August 2008, online.
  35. ↑ Craig J. Copi, David N. Schramm, Michael S Turner: Big-Bang Nucleosynthesis and the Baryon Density of the Universe. In: Science, 1995, 267, S. 192-199, doi:10.1126/science.7809624, PMID 7809624.
  36. ↑ Brian Abbott: Microwave (WMAP) All-Sky Survey, Hayden Planetarium, 30. Mai 2007, eingesehen am 13.01.2008.
  37. ↑ D. C. Knauth, S. R. Federman, David L. Lambert, P. Crane: Newly synthesized lithium in the interstellar medium. In: Nature, 2000, 405, S. 656–658, doi:10.1038/35015028.
  38. ↑ Gary Hinshaw: What is the Universe Made Of?. NASA/WMAP, 10. Februar 2006, abgerufen am 07.01.2008.
  39. ↑ Gregory R. Choppin, Jan-Olov Liljenzin, Jan Rydberg: Radiochemistry and Nuclear Chemistry. Elsevier 2001, ISBN 0-7506-7463-6.
  40. ↑ Arthur F. Davidsen: Far-Ultraviolet Astronomy on the Astro-1 Space Shuttle Mission. In: Science, 1993, 259, 5093, S. 327-334, doi:10.1126/science.259.5093.327, PMID 17832344.
  41. ↑ A. G. W. Cameron: Abundances of the elements in the solar system. In: Space Science Reviews, 1970, 15, 121-146.
  42. ↑ James Lequeux: The Interstellar Medium. Springer 2005, ISBN 3-540-21326-0.
  43. ↑ Nigel Smith: The search for dark matter. In: Physics World, 6. Januar 2000, eingesehen am 14.02.2008.
  44. ↑ Jeremy I. Pfeffer: Modern Physics: An Introductory Text. Imperial College Press, 2000, ISBN 1-86094-250-4, S. 330-336.
  45. ↑ Tatjana Jevremovic: Nuclear Principles in Engineering. Springer, 2005, ISBN 0-387-23284-2, S. 63.
  46. ↑ a b Ian Mills, Tomislav Cvitaš; Klaus Homann, Nikola Kallay, Kozo Kuchitsu: Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry. 2nd edition, Blackwell Scientific Publications, 1993, ISBN 0-632-03583-8.
  47. ↑ G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault: The Ame2003 atomic mass evaluation (II). In: Nuclear Physics, A729, 2003, S. 337–676 ([http://www.nndc.bnl.gov/amdc/web/masseval.html Online-Version).
  48. ↑ J. Kenneth Shultis, Faw, Richard E.: Fundamentals of Nuclear Science and Engineering. CRC Press 2002, S. 72-76, ISBN 0-8247-0834-2.
  49. ↑ M. P. Fewell: The atomic nuclide with the highest mean binding energy. In: American Journal of Physics, 1995, 63, 7, S. 653-658, doi:10.1119/1.17828
  50. ↑ Wolfgang Demtröder: Atoms, Molecules and Photons. An Introduction to Atomic-, Molecular- and Quantum Physics. Springer Verlag, Berlin 2006, S. 39-42, ISBN 3-540-20631-0.
  51. ↑ Steven S. Zumdahl: Introductory Chemistry: A Foundation. 5th Edition, Houghton Mifflin 2002, ISBN 0-618-34342-3.
  52. ↑ a b http[://www.webelements.com/sodium/atoms.html Eigenschaften von Natriumatomen bei webelements.com]
  53. ↑ Yu. Ralchenko, A.E. Kramida, ,J. Reader: NIST Atomic Spectra Database. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, Version 3.1.5, 2008.
  54. ↑ Marilyn Jacox, J. William Gadzuk: Scanning Tunneling Microscope. National Institute of Standards and Technology, November 1997. Abgerufen am 2008-01-11.
  55. ↑ The Nobel Prize in Physics 1986. The Nobel Foundation. Abgerufen am 2008-01-11. (insbesondere der Nobel-Preis-Vortrag von G. Binnig und H. Rohrer)
  56. ↑ N. Jakubowski, L. Moens, F. Vanhaecke: Sector field mass spectrometers in ICP-MS. In: Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 53, Nr. 13, 1998, S. 1739–1763 (doi:10.1016/S0584-8547(98)00222-5).
  57. ↑ Erwin W. Müller, John A. Panitz, S. Brooks McLane: The Atom-Probe Field Ion Microscope. In: Review of Scientific Instruments. 39, Nr. 1, 1968, ISSN 0034-6748, S. 83–86 (doi:10.1063/1.1683116).
  58. ↑ Jim Lochner, Meredith Gibb, Phil Newman: What Do Spectra Tell Us?. NASA/Goddard Space Flight Center, 30. April 2007. Abgerufen am 2008-01-03.
  59. ↑ Mark Winter: Helium. WebElements, 2007. Abgerufen am 2008-01-03.
  60. ↑ Anonymous: Second postcard from the island of stability. In: CERN Courier. October 2, 2001
  61. ↑ Mitch Jacoby: As-yet-unsynthesized superheavy atom should form a stable diatomic molecule with fluorine. In: Chemical & Engineering News. 84, Nr. 10, 2006, S. 19
  62. ↑ Koppes, Steve. Fermilab Physicists Find New Matter-Antimatter Asymmetry , University of Chicago, March 1, 1999. Abgerufen am 14. Januar 2008. 
  63. ↑ Cromie, William J.. A lifetime of trillionths of a second: Scientists explore antimatter , Harvard University Gazette, August 16, 2001. Abgerufen am 14. Januar 2008. 
  64. ↑ Tom W. Hijmans: Particle physics: Cold antihydrogen. In: Nature. 419, 2002, S. 439–40. doi:10.1038/419439a
  65. ↑ Staff. Researchers 'look inside' antimatter , BBC News, October 30, 2002. Abgerufen am 14. Januar 2008. 
  66. ↑ Roger Barrett, Jackson, Daphne; Mweene, Habatwa: The Strange World of the Exotic Atom. In: New Scientist. Nr. 1728, 1990, S. 77–115
  67. ↑ Paul Indelicato: Exotic Atoms. In: Physica Scripta. T112, 2004, S. 20–26. doi:10.1238/Physica.Topical.112a00020
  68. ↑ Ripin, Barrett H. (July 1998). Recent Experiments on Exotic Atoms. American Physical Society. Abgerufen am 15. Februar 2008.

Literatur

  • Ian Mills, Cvitaš, Tomislav; Homann, Klaus; Kallay, Nikola; Kuchitsu, Kozo: Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd edition, Oxford: International Union of Pure and Applied Chemistry, Commission on Physiochemical Symbols Terminology and Units, Blackwell Scientific Publications 1993, ISBN 0-632-03583-8
  • Richard Myers: The Basics of Chemistry. Greenwood Press 2003, ISBN 0-313-31664-3
  • Michael J. Padilla, Miaoulis, Ioannis; Cyr, Martha: Prentice Hall Science Explorer: Chemical Building Blocks. Upper Saddle River, New Jersey USA: Prentice-Hall, Inc. 2002, ISBN 0-13-054091-9
  • Jeremy I. Pfeffer: Modern Physics: An Introductory Text. Imperial College Press 2000, ISBN 1-86094-250-4
  • Leonid I. Ponomarev: The Quantum Dice. 2. Auflage. Inst. of Physics Pub, 1993, ISBN 0-7503-0251-8.
  • J. Kenneth Shultis, Faw, Richard E.: Fundamentals of Nuclear Science and Engineering. CRC Press 2002, ISBN 0-8247-0834-2
  • Robert Siegfried: From Elements to Atoms: A History of Chemical Composition. In: Transactions of the Americal Philosophical Society. 92, Nr. 4, American Philosophical Society, 2002, ISBN 0-87169-924-9.
  • Alan D. Sills: Earth Science the Easy Way. Barron's Educational Series 2003, ISBN 0-7641-2146-4
  • Boris M. Smirnov: Physics of Atoms and Ions. Springer 2003, ISBN 0-387-95550-X
  • Dick Teresi: Lost Discoveries: The Ancient Roots of Modern Science--from the Babylonians to the Maya. Simon & Schuster, 2003, ISBN 0-7432-4379-X, S. 213–214.
  • Various: Lide, David R. Handbook of Chemistry & Physics, 88th edition, CRC 2002, ISBN 0-8493-0486-5(Zugriff am 23. Mai 2008)
  • Graham Woan: The Cambridge Handbook of Physics. Cambridge University Press 2000, ISBN 0-521-57507-9
  • Marco Zaider, Rossi, Harald H.: Radiation Science for Physicians and Public Health Workers. Springer 2001, ISBN 0-306-46403-9
  • Steven S. Zumdahl: Introductory Chemistry: A Foundation, 5th edition, Houghton Mifflin 2002, ISBN 0-618-34342-3(Zugriff am 5. Februar 2008)

Weblinks

Commons Commons: Atoms – Bilder, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Atom – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik
 Dieser Artikel befindet sich derzeit im Review-Prozess. Sag auch dort deine Meinung und hilf mit, den Artikel zu verbessern!

Von „http://de.wikipedia.org/wiki/Atom“
Persönliche Werkzeuge
Buch erstellen