Atome, Elektronen und Ionen

Um 500 vor Christus (v. Chr.) hat der griechische Naturphilosoph Leukipp den Begriff Atom eingeführt. Das Atom wird vom griechischen Atomos abgeleitet, was "unteilbar" bedeutet. Heute wissen wir, dass Atome teilbar sind und aus einer Anordnung von Neutronen, Protonen und Elektronen bestehen.

Atommodelle

Damals, zur Zeit Leukipps, wie auch heute, sind fast alle Definitionen und Erklärungen um Atome und Atommodelle eher theoretischer Natur. Nicht selten werden Atommodelle dazu benutzt unerklärbare Effekte oder Mechanismen eines Atoms plausibel zu machen.
1911 hat Rutherford das Atommodell mit Kern und Hülle entwickelt. Seiner Annahme zufolge bestand der Atomkern aus der gesamten positiven Ladung und die negativ geladenen Elektronen umkreisen in einer Hülle den Kern. Die Fliehkraft der kreisenden Elektronen sollte die Anziehungskraft durch den Kern auflösen und so die Elektronen in ihrer Bahn halten.
1913 berechnete der dänische Physiker Niels Bohr die verschiedenen Energiestufen in einem Atom. Er entwickelte das Bohrsche Atommodell. Mit Rutherford stimmte er überein, dass Atome aus Kern und Hülle bestehen. Nur mit dem Unterschied, dass die Elektronen auf mehreren Bahnen, auch Schalen genannt, kreisen.
Im weiteren Text wird das Bohrsche Atommodell beschrieben.

Atom / Atome

Ein Atom ist der kleinste Baustein der chemischen Elemente. Es gibt weit über 100 verschiedene Atome, die ähnlich aufgebaut sind.
Atome setzen sich aus einem Atomkern und einer Atomhülle zusammen. Der Aufbau ist mit einem Planetensystem vergleichbar: Eine Sonne, das soll der Atomkern sein, um die sich die Planeten drehen (Atomhülle).
Der Atomkern befindet sich im Zentrum des Atoms. Er ist positiv geladen und enthält fast die gesamte Masse des Atoms. Er setzt sich aus Protonen und Neutronen zusammen.
Das hier dargestellte Atommodell ist das Bohr-Atommodell. Es ist eine Sicht, wie Elektronen, Protonen und Neutronen zueinander stehen. Dabei geht man davon aus, dass sich Elektronen auf einer festen Bahn um den Atomkern drehen.
Neutronen sind elektrisch neutrale Teilchen. Sie kommen nur im Atomkern vor, weil sie in freiem Zustand nicht stabil sind. Die Anzahl der Protonen im Atomkern ist immer auch die gleiche Anzahl an Elektronen in der Atomhülle. Protonen existieren auch im freien Zustand.

Elektronen

Die Atomhülle ist aus Elektronen aufgebaut. Die Elektronen sind elektrisch negativ geladene Teilchen. Die Elektronen auf dem äußersten Ring (Schale) des Atoms werden Valenzelektronen genannt. Das Fließen des elektrischen Stroms in leitendem Material entspricht der Bewegung der Valenzelektronen.
Ein Atom ist nach außen hin elektrisch neutral. Der Atomkern und die Atomhülle haben die gleiche Anzahl elektrischer Ladungen (Protonen und Elektronen).

Ionen

Atome mit mehr Elektronen als Protonen oder mehr Protonen als Elektronen werden Ionen genannt. Das Wort Ion stammt aus dem griechischen und bedeutet der Wandernde.
Atome, die positiv oder negativ, also nicht elektrisch neutral, geladen sind, können sich gegenseitig anziehen oder abstoßen. Das heißt, sie können bewegt werden. Bei Atomen mit negativer Ladung spricht man von einem Elektronenüberschuss. Bei Atomen mit positiver Ladung spricht man von einem Elektronenmangel.

Wird einem neutralen Atom Elektronen entnommen, so besitzt das Atom mehr positive als negative Ladungen. Das Atom zieht negative Ladungen an und stößt positive Ladungen ab.

Wird einem neutralen Atom Elektronen zugeführt, so besitzt das Atom mehr negative als positive Ladungen. Das Atom zieht positive Ladungen an und stößt negative Ladungen ab.

Dazu folgender Witz (engl.): Two atoms are walking down the street. One says, "Uh oh, I've lost an electron." The other says, "Are you sure?" "Yes, I'm positive."

Ladungsträger

Ladungsträger sind für den elektrischen Strom sehr wichtig. Ein elektrischer Strom kann nur fließen, wenn genug freie Ladungsträger vorhanden sind. Ladungsträger können Elektronen (metallische Ladungsträger) und Ionen (flüssige Ladungsträger) sein.