Die Atome Das Elektron Eigenschaften des Elektrons - s

Die Atome
Knapp zweieinhalbtausend Jahre ist es nun her, dass der Grieche Demokrit behauptete, die
Welt sei aus unteilbaren Teilchen zusammengesetzt. Dies folgerte er nicht aus
wissenschaftlichen Experimenten, sondern er hatte sich das so ausgedacht. Und weil
Demokrit nun mal Grieche war, gab er dem Ganzen - oder besser: all seinen winzigen Teilen
- den griechischen Namen für das "Unteilbare": atomos.
Die Idee der Atome war geboren.
Erst Anfang des 19. Jahrhunderts gab es dann die wissenschaftliche Bestätigung, dass alle
chemischen Elemente aus Atomen der gleichen Art aufgebaut sind. Nach über 2000 Jahren ist
die Menschheit mittlerweile derart von der Atomidee überzeugt, dass man sie sogar in der
Schule lernt.
Das Elektron
Dass die Namenswahl für Atome (das Unteilbare) ganz schön unglücklich verlaufen war,
zeigte sich vor gut 100 Jahren. Denn damals vor ca. 100 Jahren wurden die Elektronen von
Thomson entdeckt und gelten im Standardmodell als unteilbar. Es besitzt negative elektrische
Ladung.
Unser heutiges Leben wäre ohne ihr Flitzen durch Bohrmaschinen und Mikrowellenherde
kaum noch vorstellbar.
Damals fand man heraus, dass in den Atomen negativ geladene Elektronen hausen: Ein
Schlüsselerlebnis für die Teilchenphysiker. Denn das "unteilbare" Atom war plötzlich teilbar.
Das Elektron hat es bis heute als Elementarteilchen geschafft. Im Standard-Modell geht man
davon aus, dass es unteilbar und nicht aus noch kleineren Dingen zusammengesetzt ist.
Damit haben wir das erste Etappenziel erreicht: Elektronen bilden einen Bestandteil der
Atome und des Standard-Modells.
Eigenschaften des Elektrons
Das Elektron hat eine Masse und eine elektrische Ladung. Doch es ist ein Leichtgewicht: in
einem Pfund Schwarzbrot findet man gerade einmal ein Vierzigstel Gramm Elektronen.
Elektronen haben eine so genannte Ruhemasse von
me = 9,109 × 10-28 g = 9,109 × 10-31 kg
Mit seiner Ladung kann man da schon mehr anfangen, zum Beispiel elektrische Energie zu
Bohrmaschinen oder in Mikrowellenherde transportieren.
e- = 1,602 × 10-19 Coulomb
Wegen seiner Ladung erfährt das Elektron in einem elektrischen Feld eine Kraft. Und diese
Kraft kann es auf ziemlich hohe Geschwindigkeiten beschleunigen. Das erfreut Talkmaster,
weil mittels dieses Prinzips das Fernsehen funktioniert. Es nützt aber auch Physikern bei Ihrer
Suche nach dem Allerkleinsten. So beschleunigen sie Elektronen, um mit ihnen andere
Teilchen zu untersuchen.
Wie und wann die Atomkerne entdeckt wurden?
Der Physiker Rutherford und sein Team schoss1911 mit Heliumkernen auf eine Goldfolie.
Hätten sie damals schon gewusst, dass es Heliumkerne waren, hätten sie sich natürlich die
Mühe erspart, sie ein zweites Mal zu entdecken. Also entdeckten sie den Atomkern zum
ersten Mal. Bis zu ihrem Experiment war man davon ausgegangen, dass Atome relativ dicht
seien. Doch das sollte sich als Irrtum erweisen.
Rutherfords Goldfolie war extrem dünn, gerade mal ein paar Goldatome dick. Also sollten
die Alphateilchen nicht zu sehr bei ihrem Weg durch die Folie gestört werden.
Dass dann doch ein kleiner Teil der Teilchen extrem stark abgelenkt wurde, versetzte unsere
Helden in Staunen. Zu erklären war das nur damit, dass das Goldatom aus einem sehr kleinen
und sehr schweren Kern bestand. Die Elektronen schwirren in gewaltigem Abstand um diesen
Kern herum. Und dazwischen ist eine ganze Menge Nichts.
Herauszufinden, dass der Kern aus Protonen und Neutronen besteht, war da schon
etwas schwieriger. Aber letztendlich ging auch das klar.
Man fand schließlich das Neutron (1932).
Es hat eine Masse von 1,6726 × 10-27 Kilogramm und ist damit ungefähr 1 836-mal schwerer
als ein Elektron. Demnach ist bei allen Atomen praktisch die gesamte Masse im Kern
konzentriert.
Und damit fing der Wust an Teilchen, mit denen zuerst niemand etwas anfangen konnte, erst
richtig an.
Im Atomkern:
Protonen: positiv geladen
m = 1,6726 × 10-27 kg
(1 836-mal mehr als ein Elektron).
+
e = 1,602 × 10-19 Coulomb
Die Anzahl der Protonen = Kernladungszahl = Ordnungszahl.
Neutronen:
1,675 × 10-27 kg (ca. ein achtel Prozent schwerer als ein Proton)
In der Hülle:
Elektronen: negativ geladen
m = 9,109 × 10-31 kg
e- = 1,602 × 10-19 Coulomb
1 Coulomb = 6,24 *1018 e-