Bauer, Benenson, Westfall:  cliXX Physik © 1999 Verlag Harri Deutsch 
 

Atome

Wir werden in den nächsten Kapiteln versuchen, Materie in verschiedenen Zuständen zu klassifizieren und zu untersuchen. Daher drängt sich zunächst die Frage auf: "Woraus besteht Materie?"

Im Laufe der Entwicklung der Physik ist es dem Menschen gelungen, in immer kleinere Dimensionen vorzudringen und immer tiefer in die Materie hineinzuschauen, um ihre elementaren Bausteine zu finden. Vorerst werden wir das Atom als elementaren Bestandteil der Materie auffassen. Später werden wir sehen, daß auch Atome noch Substruktur aufweisen. Da man diese Struktur aber nur mit Beschleunigern und anderen Mitteln der Kernphysik auflösen kann, ist es für den gegenwärtigen Zweck ausreichend, Atome als elementar aufzufassen. Das Wort Atom stammt von dem griechischen Wort "atomos", das als "unteilbar" übersetzt werden kann. Die alten Griechen glaubten, daß nur vier verschiedene Sorten von Atomen existierten. Wir haben heute eine andere Vorstellung, in der es zur Zeit 112 Elemente gibt. Diese sind im Periodensystem der Elemente klassifiziert. Wir haben im Anhang ein solches beigelegt.

Wie groß ist ein Atom? Wir werden in den Kapiteln über Quantentheorie und Atomphysik lernen, daß Atome typischerweise einen Radius von etwa 10-10 m besitzen. Diese Größe liegt gerade eben am Rande dessen, was wir mit modernen Elektronenmikroskopen noch aufzulösen vermögen.

Wir können nun auch fragen, wieviele Atome in makroskopischen Objekten enthalten sind. Dies können wir aus der Größe der Atome zumindest in dichtgepackten Festkörpern sogar recht grob abschätzen. Wir wollen dies hier aber nicht vornehmen, sondern uns auf bekannte experimentelle Fakten beschränken:

Experimente zeigen, daß 12 Gramm des Kohlenstoff-Atoms (genauer gesagt des Kohlenstoffisotopes 12C) eine Anzahl von 6,022·1023 Atome beinhalten.

Diese Zahl wird auch oft als Avogadro-Zahl NA bezeichnet:

NA   =   6,022·1023 .

Um uns eine Vorstellung von dieser Menge von Kohlenstoff zu machen, müssen wir die Dichte von Kohlenstoff wissen. Diese Dichte ist für Diamant und Graphit verschieden. Ein Diamant, der 12 Gramm schwer wäre, also NA Atome enthielte, müßte 60 Karat (0,2 Gramm entspricht 1 Karat) haben und etwa 3,5 Kubikcentimeter Volumen besitzen, also etwa 1,5 mal so groß wie der berühmte Hope-Diamant sein. (Der hier abgebildete Diamant in einem Ehering hat etwas mehr als ein Karat Gewicht und enthält somit etwa 1022 Atome.)

Definition: SI-Mengeneinheit

Die SI-Mengeneinheit ist das Gramm-Mol, oder auch kurz Mol.

Ein Mol einer Substanz beinhaltet NA = 6,022·1023 Atome oder Moleküle dieser Substanz.

Die Masse eines Mols in Gramm ist durch die atomare Massenzahl oder auch relative Atommasse gegeben. Im Periodensystem der Elemente wird diese relative Atommasse für jedes Element aufgeführt. Als Faustregel ist diese ungefähr gleich der Anzahl der Protonen plus der Zahl der Neutronen im Atomkern. Für Moleküle muß man einfach die Massenzahlen der Atome des Moleküles addieren.


   

Bauer, Benenson, Westfall:  cliXX Physik © 1999 Verlag Harri Deutsch