Ein winziger Kern aus Protonen und Neutronen, umgeben von einer riesigen, fast leeren Hülle aus Elektronen. Mit diesem Bild arbeiten wir das ganze Kapitel hindurch.
Vor 1911 gab es drei Vorstellungen vom Atom — alle ohne Kern.
1911 schießt Ernest Rutherford positiv geladene Teilchen auf eine hauchdünne Goldfolie — und sieht zweierlei:
Hier sitzen Protonen (+) und Neutronen (0). Zusammen heißen sie Nukleonen.
Hier bewegen sich die Elektronen (−). Der Kern hält sie fest, weil sich + und − anziehen.
Fast die ganze Masse steckt im Kern, fast der ganze Platz in der Hülle.
| Baustein | Ort | Ladung | Masse |
|---|---|---|---|
| Proton | Kern | + | 1836 · me |
| Neutron | Kern | 0 | = mProton |
| Elektron | Hülle | − | winzig (me) |
Kernladungszahl: die Anzahl der Protonen.
Die Anzahl der Neutronen im Kern.
Nukleonenzahl: alle Kernteilchen zusammen. Kohlenstoff: A = 6 + 6 = 12.
[A] = [Z] = [N] = 1, denn es sind reine Anzahlen.
Deshalb flogen Rutherfords Teilchen fast alle hindurch: Zwischen Tennisball und Rängen ist nichts. Nur wer zufällig den Ball trifft, wird abgelenkt.
Die Zahl der Protonen, Neutronen und Elektronen legt fest, welches Element entsteht; das Bild zeichnet Kern und Hülle, und der Text darunter zeigt, wie groß A, Z und N sind und ob das Teilchen neutral oder ein Ion ist. Der Maßstab-Schalter zeigt zusätzlich, wie klein der Kern in Wirklichkeit gegenüber der Hülle ist.
Zwei Beobachtungen sind aufschlussreich: Verändert sich nur die Neutronenzahl, bleibt das Element dasselbe und nur A wird größer — das sind die Isotope aus dem nächsten Unterkapitel. Fehlt ein Elektron, bleibt der Kern unverändert, aber das Teilchen ist nicht mehr neutral, sondern ein positiv geladenes Ion. In der maßstäblichen Ansicht ist der Kern nur noch ein winziger Punkt in der Mitte des Stadions.
A ist die Summe aus Protonen und Neutronen. Elektronen zählen nicht mit — für die Masse sind sie bedeutungslos.
Z sind die Protonen, nicht die Elektronen. Nur im neutralen Atom sind beide zufällig gleich groß.
Im Schulbuch füllt der Kern ein Viertel der Zeichnung. In Wirklichkeit passt ein Stadion dazwischen.