atomstrukturen

Atomstrukturen beschreibt die innere Anordnung der subatomaren Teilchen in Atomen. Im Kern befinden sich Protonen und Neutronen, um den Elektronen umkreisenden Hüllraum. Die Eigenschaften eines Atoms ergeben sich aus der Anzahl der Protonen (Ordnungszahl Z) und der Anzahl der Elektronen (bei neutralen Atomen gleich Z) sowie aus der Verteilung der Elektronen in Orbitalen.

Der Kern besteht aus Protonen (positiv geladen) und Neutronen (neutral). Die Massenzahl A ist Z plus N. Die Kräfte im Kern werden durch die starke Kernkraft zusammengehalten; elektromagnetische Abstoßung zwischen Protonen wird durch diese Kraft ausgeglichen. Der Kernradius liegt etwa bei einem Femtometer, der gesamte Atomradius dagegen typischerweise im Bereich von einigen zehn bis wenigen hundert Pikometern.

Elektronen nehmen Orbitalen ein, die aus der Quantenmechanik hervorgehen. Elektronen werden durch die Coulomb-Anziehung des Kerns gebunden. Die Schalen- und Orbitalstruktur bestimmt die chemischen Eigenschaften eines Elements. Das Pauli-Ausschlussprinzip und Hundsche Regel regeln die Verteilung der Elektronen in Orbitalen und damit die Elektronenkonfiguration.

Isotope unterscheiden sich in der Neutronenzahl und damit in der Massenzahl A, während Z gleich bleibt. Ionen entstehen durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen und verändern damit die Elektronenkonfiguration und chemische Eigenschaften, ohne die Kernladungszahl zu ändern.

Historisch trugen Experimente wie das Rutherford-Experiment zur Kernstruktur bei; das Bohr-Modell führte zu quantisierten Bahnen, später lieferte die Quantenmechanik den modernen Atomzustand mit einer Elektronenwolke statt fixierter Bahnen.