Atome und Moleküle

Ein Bild mit Kohlenstoffatomen, das mit einem Rastertunnelmikroskop erzeugt wurde.

Alles um uns herum ist aus Atomen oder Molekülen aufgebaut. Pflanzen, Tiere, Menschen, die Erde, die Luft, die Sonne und was es sonst noch alles gibt. Die Atome und Moleküle sind aber so klein, dass man sie weder mit den Augen noch mit den stärksten Mikroskopen genau betrachten kann.

In der Mitte des Atoms liegt der Kern. Darum herum bilden die Elektronen so etwas wie eine Wolke. Aus Atomen besteht beispielsweise Eisen, Kupfer oder Gold. Auch Helium besteht nur aus Atomen. Man braucht es als Gas für Ballons, weil es leichter ist als Luft und somit die Ballons aufsteigen lässt. Insgesamt gibt es mindestens 118 verschiedene Atome.

Moleküle haben mehrere Kerne und eine Wolke von Elektronen darum herum. Ein einfaches Molekül ist Wasser. Es gibt sehr viele verschiedene Moleküle. Der Mensch kann sie auch selber verändern, zum Beispiel wenn er etwas verbrennt oder Medikamente herstellt.

Auch Atome kann der Mensch verändern. In einem Atomkraftwerk spaltet man große Atomkerne in kleinere Teile auf. Dazu nimmt man das Element Uran. Dabei entsteht sehr viel Wärme, die man als Energie nutzt. Was da abläuft, nennt man „Kernspaltung“.

Das Gegenteil läuft in der Natur ab: Zum Beispiel auf der Sonne und auf den Sternen geschieht das Umgekehrte: Da verschmelzen mehrere kleine Atomkerne zu einem großen. Das hat jeweils mit dem Element Helium zu tun. So entsteht eine enorme Hitze. Diesen Ablauf nennt man „Kernfusion“. Viele Wissenschaftler tüfteln zwar daran, aber es ist ihnen noch nicht gelungen, dies nachzuahmen und so selber Energie zu gewinnen.

Der Name „Atom“ kommt von dem griechischen Wort „atomos“, das bedeutet: „das Unzerschneidbare“ oder „das Unteilbare“. Ausgedacht haben sich das einige griechischen Philosophen. Sie beobachteten vor etwa 2500 Jahren die Natur und versuchten zu erklären, was sie sahen. Eine gute Vorstellung von Atomen und Molekülen hat man aber erst etwa seit dem Jahr 1900. Heute wissen wir, dass Atome eben doch teilbar sind.

Was sind Atome?

Eines der Messgeräte im CERN, das ist ein Forschungsinstitut in Genf. Das Gerät ist über 20 m hoch. Damit will man Atome untersuchen und noch kleinere Teilchen entdecken.

Mit ganz modernen Spezialmikroskopen kann man Atome sichtbar machen. Sie erscheinen dann als unscharfe Kügelchen. Allerdings ist das nur eine Computer-Darstellung. Denn tatsächlich bestehen Atome aus einem Kern und einer sogenannten Elektronen-Hülle. Die Hülle ergibt sich nur dadurch, dass die Elektronen so schnell um den Kern herum sausen, dass man meint, sie seien gleichzeitig überall. Wenn sich die Elektronen von den Atomem ablösen lassen und weiter bewegen, dann fließt elektrischer Strom.

Im Atomkern befinden sich zwei Arten von Teilchen: Protonen und Neutronen. Die Protonen sind positiv geladen. Sie halten die Elektronen wie an einem unsichtbaren Faden fest, weil diese negativ geladen sind. Sie ziehen sich ähnlich wie die zwei verschiedenen Pole von Magneten an.

Atome unterscheiden sich durch die Größe des Kerns. Sie haben also mehr oder weniger Protonen und Neutronen. Das kleinste von ihnen ist der Wasserstoff. Das ist ein Gas, und darf nicht mit Wasser verwechselt werden. Der Wasserstoff hat den ersten Platz im Periodensystem der Elemente. Das ist eine Tabelle, die alle Atomsorten zeigt.

Für Physiker sind die Atom-Bestandteile Protonen, Neutronen und Elektronen zu ungenau. Sie kennen noch kleinere Bestandteile. Aber um das wirklich gut zu verstehen, muss man mindestens ins Gymnasium oder sogar auf die Universität gehen.

Was sind Moleküle?

So sieht ein Wassermolekül im Modell aus. Rot in der Mitte ist der Sauerstoff, grau außendran die beiden Wasserstoff-Teilchen.

Hör’s dir an

H2O

In einem Molekül haben sich verschiedene Atome zusammengeschlossen. Am besten kennen wir das Wasser. Das ist ein sehr einfaches Molekül. Es besteht aus je zwei Wasserstoffatomen, die sich mit einem Sauerstoffatom verbunden haben. Der Chemiker schreibt es so: H₂O. H₂ bedeutet: vom Wasserstoff gibt es zwei. O steht für Sauerstoff, und zwar nur für ein Atom.

Moleküle kann man ganz einfach selbst herstellen oder verändern. Man muss nur ein Stück Holz, Papier oder sonst etwas anzünden. Dann verbinden sich die Atome oder Moleküle zusätzlich mit Sauerstoff. Zum Großteil entsteht daraus das Gas Kohlendioxid. Wir können auch einfach atmen, dann blasen wir Kohlendioxid heraus, welches unser Körper selber gemacht hat.

Der Mensch kann Moleküle auch gezielt herstellen. Es gibt große Betriebe, die das erforschen. Sie suchen nach neuen Materialien oder Medikamenten. Dazu verändern sie Moleküle oder bauen neue zusammen.

Besteht die Welt nur aus Atomen und Molekülen?

Diese Frage muss man mit Ja und Nein beantworten. Erstens gibt es da eben noch die kleineren Teile. Aber auch Elektronen, die sich als elektrischer Strom durch eine Leitung bewegen, sind weder Atom noch Molekül. Auch Licht ist weder das eine noch das andere, sondern etwas ganz anderes.

Vieles besteht aber auch aus einem Gemisch. Bronze zum Beispiel besteht aus Kupfer und Zinn. Diese Atome liegen in der Bronze nebeneinander. Sie sind nicht als Moleküle miteinander verbunden. Bronze ist also ein Gemisch von Atomen.

Auch die Luft ist ein Gemisch, und zwar aus verschiedenen Molekülen. Sauerstoff und Stickstoff gehören dazu. Je nach dem ist mehr oder weniger Kohlendioxid drin und noch viele andere Gase. Auch winzige Wassertröpfchen gehören dazu.

Auch alle Pflanzen oder Tiere bestehen aus einem Gemisch, meist aus Molekülen. Das Geheimnis der Natur ist eben auch die geniale Anordnung der verschiedenen Atome und Moleküle, und wie sie zusammenarbeiten.

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