Ein winziger Kern aus Protonen und Neutronen, umgeben von einer riesigen, fast leeren Hülle aus Elektronen. Mit diesem Bild arbeiten wir das ganze Kapitel hindurch.
Vor 1911 gab es drei Vorstellungen vom Atom — alle ohne Kern.
1911 schießt Ernest Rutherford positiv geladene Teilchen auf eine hauchdünne Goldfolie — und sieht zweierlei:
Das Kern-Hülle-Modell:
Die Masse sitzt im Kern, der Platz gehört der Hülle.
Kern: Hier sitzen Protonen (+) und Neutronen (0). Zusammen heißen sie Nukleonen.
Hülle: Hier bewegen sich die Elektronen (−). Der Kern hält sie fest, weil sich + und − anziehen.
Verteilung: Fast die ganze Masse steckt im Kern, fast der ganze Platz in der Hülle.
Rutherford: Fast alle Teilchen fliegen durch die Goldfolie, wenige prallen zurück. Das Atom hat einen winzigen, schweren, positiven Kern und eine riesige, fast leere Hülle.
Bausteine: Im Kern sitzen Protonen (+) und Neutronen (0), in der Hülle Elektronen (−). Das Elektron ist viel leichter als Proton und Neutron.
Element: Z bestimmt das Element. Gleich viele Elektronen wie Protonen ergeben ein neutrales Atom, fehlt ein Elektron, entsteht ein Ion.
| Baustein | Ort | Ladung | Masse |
|---|---|---|---|
| Proton | Kern | + | 1836 · me |
| Neutron | Kern | 0 | = mProton |
| Elektron | Hülle | − | winzig (me) |
Die beiden Kernzahlen:
A = Z + N
Z: Kernladungszahl: die Anzahl der Protonen.
N: Die Anzahl der Neutronen im Kern.
A: Nukleonenzahl: alle Kernteilchen zusammen. Kohlenstoff: A = 6 + 6 = 12.
Einheit: [A] = [Z] = [N] = 1, denn es sind reine Anzahlen.
Deshalb flogen Rutherfords Teilchen fast alle hindurch: Zwischen Tennisball und Rängen ist nichts. Nur wer zufällig den Ball trifft, wird abgelenkt.
Die Zahl der Protonen, Neutronen und Elektronen legt fest, welches Element entsteht; das Bild zeichnet Kern und Hülle, die Ergebniszeile oben rechts zeigt A, Z und N und ob das Teilchen ein Ion ist. Der Knopf „Schematisch“ zeigt zusätzlich, wie klein der Kern in Wirklichkeit gegenüber der Hülle ist.
Die Anzahlen lassen sich auch mit den Pfeiltasten ändern.
Halte fest: Verändert sich nur die Neutronenzahl, bleibt das Element dasselbe und nur A wird größer — das sind die Isotope aus dem nächsten Unterkapitel. Fehlt ein Elektron, bleibt der Kern unverändert, aber das Teilchen ist nicht mehr neutral, sondern ein positiv geladenes Ion. In der maßstäblichen Ansicht ist der Kern nur noch ein winziger Punkt in der Mitte des Stadions.
A ist die Summe aus Protonen und Neutronen. Elektronen zählen nicht mit — für die Masse sind sie bedeutungslos.
Z sind die Protonen, nicht die Elektronen. Nur im neutralen Atom sind beide zufällig gleich groß.
Im Schulbuch füllt der Kern ein Viertel der Zeichnung. In Wirklichkeit passt ein Stadion dazwischen.