Atomkern
Was genau es mit dem Atomkern auf sich hat und was seine Besonderheiten sind, erfährst du hier und im Video!
Inhaltsübersicht
Was ist ein Atomkern?
Der Atomkern (Nucleus) ist das Zentrum eines Atoms. Er besteht aus Protonen und Neutronen und bildet deswegen den positiv geladenen Teil eines Atoms. Die positive Ladung der Protonen zieht Elektronen an, die in einem geringen Abstand um den Kern herum kreisen.
Der Atomkern ist sehr klein. Hätte die Atomhülle die Größe eines Fußballstadions, wäre der Atomkern im Vergleich dazu nur in etwa so groß wie ein Stecknadelkopf! Trotz seiner geringen Größe macht er mit 99,9% den größten Teil der Masse des Atoms aus.
Merke: Ein Atomkern besteht immer aus Protonen und Neutronen. Protonen sind positiv geladen und Neutronen sind neutral.
Aufbau des Atomkerns
Der Atomkern ist ein winziger, dicht gepackter Bereich im Zentrum des Atoms, der den Großteil der Atommasse enthält. Er besteht aus Protonen und Neutronen, die miteinander verbunden sind.
Normalerweise befinden sich im Atomkern mehr Protonen als Neutronen, in manchen Fällen ist es aber auch anders herum.
Protonen
Protonen sind Elementarteilchen (Kernteilchen). Das sind die kleinsten Bausteine der Materie unseres Universums. Sie sind Teil des Kerns eines Atoms und tragen eine positive Ladung.
Protonen sind etwa 1.673-mal schwerer als Elektronen und sind daher von allen Elementarteilchen am stärksten für die Stabilität des Atoms verantwortlich. Damit ein Atom nach außen hin aber neutral ist, muss die positive Ladung der Protonen im Atomkern ausgeglichen werden. Dafür sind die negativ geladenen Elektronen zuständig. Diese schweben in begrenzten Aufenthaltsbereichen, sogenannten Orbitalen, um den Kern des Atoms herum.
Um herauszufinden, wie viele Protonen sich in einem Atomkern befinden, musst du dir die Kernladungszahl anschauen. Sie wird auch als Atomnummer oder Ordnungszahl bezeichnet und ist eine sehr wichtige Größe, da sie viele verschiedene physikalische Eigenschaften eines Atoms bestimmt.
Weil jedes Atom eine unterschiedliche Anzahl von Protonen im Kern hat, hat jedes Element auch eine individuelle Kernladungszahl. Du findest sie im Periodensystem direkt über dem Elementsymbol.
Neutronen
Neutronen sind ebenfalls Elementarteilchen (Kernteilchen), die sich im Atomkern befinden. Sie tragen keine Ladung und sind etwa 1836-mal schwerer als Elektronen. Neutronen halten den Atomkern zusammen, indem sie die Protonen anziehen.
Sie fungieren also als eine Art Klebstoff, indem sie die Protonen daran hindern, sich aufgrund ihrer gleichen Ladung untereinander abzustoßen. Dadurch bleibt das Atom stabil.
Um herauszufinden, wie viele Neutronen ein Atom hat, musst du dir die Massenzahl ansehen. Sie wird auch Atommasse genannt und steht auf der Elementkarte direkt über dem Elementsymbol im Periodensystem. Dabei gibt sie die gesamte Masse des Atoms an.
Die Atommasse wird nämlich hauptsächlich vom Atomkern, also von den Protonen und Neutronen eines Atoms, bestimmt. Deshalb kannst du einfach die Kernladungszahl von der Massenzahl abziehen, um die Anzahl der Neutronen zu bestimmen.
Gut zu wissen: Neutronen spielen auch eine wichtige Rolle bei radioaktiver Strahlung und sind ein wesentlicher Bestandteil der Kernfusion. Wenn die Kernspaltung und Kernfusion stattfinden, werden Energie und Neutronen freigesetzt, die als radioaktive Strahlung empfunden werden.
Elementidentifikation — Beispiel
Um besser zu verstehen, wie du anhand der Massenzahl und der Kernladungszahl ein Element identifizieren kannst, schauen wir uns mal folgende Aufgabe an:
Bestimme mithilfe des Periodensystems, um welches Element es sich bei einem Atom mit 6 Protonen im Kern handelt. Bestimme auch die Anzahl der Neutronen.
Lösung: Mit dem Periodensystem kannst du das Element anhand der Kernladungszahl (Ordnungszahl) 6 ermitteln. Es handelt sich um Kohlenstoff (C). Um die Neutronen zu berechnen, ziehst du die Kernladungszahl von der Massenzahl ab. Die Massenzahl von Kohlenstoff entspricht 12,011:
12,011 – 6 ≈ 6
Rundest du das Ergebnis ab, erhältst du die Zahl 6. Somit besteht der Atomkern von Kohlenstoff aus sechs Protonen und sechs Neutronen.
Isotope
Isotope sind Atome desselben Elements, die eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Kern haben. Diese kann nämlich, im Gegensatz zur Anzahl der Protonen, bei ein und demselben Element variieren.
Isotope mit unterschiedlichen Neutronenmengen haben verschiedene Eigenschaften und können für diverse Zwecke verwendet werden. Beispielsweise können radioaktive Isotope in der Medizin zum Einsatz kommen, um Krankheiten zu diagnostizieren und zu behandeln.
Wusstest du schon? Isotope sind essenziell für die Kernspaltung. Bei einigen Isotopen ist der Atomkern nämlich instabil, sodass sich aus ihm Neutronen lösen können. Treffen sie dabei auf einen anderen Atomkern, wird dieser gespalten. Die dabei freigesetzte Energie wird in Atomkraftwerken zur Stromerzeugung genutzt.
Kernspaltung
Ohne Atomkerne und Isotope würde die Kernspaltung also nicht funktionieren. Wie genau diese allerdings abläuft und was du alles benötigst, um sie erfolgreich durchzuführen, erfährst du in unserem Video zu diesem Thema. Bis gleich!
