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Agio
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ante verbum
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Arbeit
Arbeitslosigkeit
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Atom
Aufklärung
autotroph
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Atom: (von gr. ἄτομος »unteilbar«): kleinster Bestandteil einer chemisch nicht zerlegbaren Substanz. (Eine weitere Zerlegung zerstört die Eigenschaften einer solchen Substanz [eines Elements] irreversibel, während die kleinsten Bestandteile chemisch zerlegbarer Substanzen aus stets gleichen Verbindungen mehrerer ~e, den Molekülen, oder aus regelmäßigen Anordnungen bestimmter ~e, den Kristallgittern, bestehen).

     Die ~e bestehen ihrerseits aus kleineren Bestandteilen, den Elementarteilchen. Unverzichtbar sind Protonen, d.h. »geladene« Teilchen, die von jeweils einem Elektron umgeben sind; dieses weist ungefähr ein Zweitausendstel der Protonenmasse auf und hält zu den Protonen, die sich im ~kern konzentrieren, einen festen Abstand, in welchem es sich um den »Kern« bewegt. Die Zone dieser Bewegung heißt »Elektronenschale«; je nach Anzahl der Elektronen umgeben den ~kern mehrere Elektronenschalen, deren Gesamtheit die Elektronenhülle genannt wird. Nur die äußerste Elektronenschale bestimmt die chemischen Eigenschaften der Elemente.
     Da sich die verschiedenen ~sorten hinsichtlich chemischer Konsequenzen nur nach der Anzahl ihrer Protonen unterscheiden, läßt sich ihre mögliche Zahl (bzw. die Zahl der Elemente) vorhersagen; die Grundlagen dazu legte erstmals Mendelejew, der die Elemente nach diesem Prinzip und demjenigen ihrer durch die Elektronenzahl ihrer äußersten Schale vorhersagbaren chemischen Eigenschaften im »Periodensystem« anordnete. Alle möglichen ~sorten und daher Elemente sind also vorhersagbar und lückenlos bis zum ~ mit 118 Protonen gefunden worden; durch die Architektur bzw. mögliche Anordnung ihrer Elementarteilchen sind einige davon sehr instabil, darunter alle mit über 83 Protonen bzw. Elektronen. Ab dem Kurtschatovium (=Rutherfordium) (104) kann ihre Lebensdauer nur wenige Sekunden oder sehr kleine Sekundenbruchteile betragen, weshalb ihre Herstellung (ihr »Nachweis«) ohne praktische Bedeutung bleiben muß.
     Neben Protonen kann der ~kern auch »ungeladene«, also von keinen Elektronen begleitete Teilchen enthalten, deren Masse etwa der Protonenmasse entspricht, die sog. Neutronen; dadurch können sich ~e mit der gleichen Elektronenhülle und daher den gleichen chemischen Eigenschaften im ~gewicht unterscheiden. Diese nicht durch die Hülle, sondern nur durch das ~gewicht unterschiedenen ~e heißen Isotope; ihre Stabilität (»Halbwertszeit«) ist verschieden. Nur ein Teil der Elemente bildet mehrere stabile Isotope aus, und wiederum ist deren Anzahl pro Element verschieden.
     Die Elektronenschalen sind konzentrisch um den Kern herum angeordnet. Sie halten feste Abstände voneinander ein und können, je nach Schale, maximal zwei, acht, 18 oder 32 Elektronen zugleich enthalten, nur die innerste »Schale« enthält maximal zwei Elektronen. Die nächstäußere »Schale« wird erst dann errichtet, wenn die jeweils kernnähere »Schale« ihre maximale Elektronenzahl erreicht hat. Die Tatsache, daß bei Verbindungen von ~en nur die äußerste Schale eine Rolle spielt, d.h. die sog. »chemischen« Eigenschaften der ~e, also ihre Verbindungsfähigkeit mit anderen (gleichartigen oder verschiedenen) ~en bedingt, hat Mendelejew die Anordnung der verschiedenen ~sorten (bzw. der ausschließlich aus jeweils einer davon bestehenden Stoffe, der »Elemente« also) in seinem »Periodensystem« ermöglicht; die hier beschriebene Ursache dieser Unterschiede und Gemeinsamkeiten war ihm wie allen seinen Zeitgenossen noch unbekannt. Sie wurde erst und etappenweise viel später erschlossen, insbesondere auf der Grundlage der Tatsache, daß das »~gewicht«, also die Masse eines ~s mit aufsteigender Periodenziffer des jeweiligen Elements, von wenigen Ausnahmen abgesehen (wegen der größeren Neutronenzahl ist z.B. Argon schwerer als Kalium), kontinuierlich zunimmt: Zwei Protonen (und ihre Elektronen) haben mehr Masse als eines, drei mehr als zwei, usw.; die Elementarteilchen selber, hier also Protonen, Neutronen und Elektronen, sind untereinander jeweils völlig gleich, daher auch jeweils massengleich. (Eine Komplikation tritt dadurch ein, daß die »ungeladenen« Teilchen, also die Neutronen, welche zu den im Kern konzentrierten Protonen hinzukommen können, fast dieselbe Masse aufweisen wie diese). Zur Verdeutlichung seien hier ein paar Beispiele aufgeführt: 1 Elektron hat die Masse von 9,109x10-31 kg = 0,000.000.000.000.000​.000.000.000.910.9 mg, hat also unter standardisierten irdischen Wägebedingungen ebenso viele Gramm Gewicht. 1 Proton hat 1,672x10-27 kg = 0,000.000.000.000.000.000.001.672 mg Masse.

 

 

  1 Atom Anzahl Pro­tonen / 
Anzahl Elek­tronen
Anzahl Neu­tronen Masse [kg]
H Wasserstoff 1 0 1,674​x10-27
  Deuterium (=schwerer Wasserstoff) 1 1 3,344​x10-27
He Helium 2 2 6,646​x10-27
O Sauerstoff 8 8 2,656​x10-26
S Schwefel 16 16 5,324​x10-26
Ar Argon 18 22 6,634​x10-26
K Kalium 19 20 6,492​x10-26
Fe Eisen 26 30 9,274​x10-26
Pb Blei 82 125 3,441​x10-25
U Uran 92 146 3,953​x10-25
Rf Ruther­fordium 104 105 4,336​x10-25

 

Noch schwerere ~e sind nur Sekundenbruchteile existenzfähig, erheblich schwerere gar nicht. Zur Frage des ~zerfalls Elementarteilchen.

 

Geschichtliches. Zur Erkenntnis, daß alles, das es gibt und geben kann, ausschließlich aus ~en besteht, gelangte schon im 5. vorchristl. Jahrhundert auf spekulativem Wege Demokrit in der nordgriechischen Kleinstadt Abdera (oder dessen als Person nicht greifbarer Lehrer Leukipp). Da folglich auch Götter, gäbe es sie, nur aus ~en bestehen könnten, auch nur auf dieser Grundlage auf andere ~e und daher Menschen oder etwa Gebirge einwirken könnten, was einzig das menschliche Interesse an ihnen hervorrufen oder massenhaft erhalten kann, hatte die atomistische Erkenntnis sofort mit der Feindschaft der Religionsvertreter zu rechnen und erhielt sie auch; sogar Demokrits Heimatstadt, also Abdera, wurde sofort der Ruf ungewöhnlicher geistiger Beschränktheit und Torheit angehängt (»das griechische Schilda«). Trotzdem griff etwa zwei Jahrhunderte später – nach dem Niedergang der griechischen Stadtstaaten – der in einer Athener Vorstadt niedergelassene Epikur die ~lehre wieder auf und verwendete sie explizit, wenn auch sehr defensiv und vorsichtig, für aufklärerische Zwecke; die Feindschaft der Religionsvertreter wurde er dadurch nicht los, seine Kompromißversuche dagegen auch von angeblich aufgeklärten Autoren gegen ihn ausgenutzt (z.B. von Cicero in dessen Schrift »de natura deorum« [»über das Wesen der Götter«]). Mit der antiken Wissenschaft und Zivilisation verschwanden auch die Erkenntnisse Demokrits und Epikurs, jedenfalls aus dem öffentlichen Bewußtsein; auch ihre Werke gingen bis auf geringe Reste unter. Erst die französischen Frühaufklärer (Gassendi, Meslier) erreichten wieder den verlorenen Wissens- und Einsichtsstand und konnten an ihre antiken Vorläufer, ohne ihr Leben zu gefährden, anknüpfen (noch 1625 stand in Paris auf der Verbreitung der ~theorie körperliche Züchtigung – im Wiederholungsfalle sogar die Todesstrafe), nämlich in deren Formulierung durch den römischen Dichter Titus Lucretius Carus (= Lukrez), dessen Werk in genau zwei Exemplaren überlebt hatte und durch die wütenden Attacken des Kirchenvaters Hieronymos gegen dieses sowie seiner Schmählegende über dessen Verfasser bekannt geblieben war. Es dauerte aber noch über 150 Jahre, bis mittels der quantitativen Mengenanalyse einer chemischen Reaktion, die nur in bestimmten, von den ~sorten abhängigen, ganzzahligen Verhältnissen ablaufen, die ~e empirisch belegt wurden (Dalton, Avogadro). Ende des 19., Anfang des 20. Jhdts. konnten mit einer Vielzahl unterschiedlicher Methoden die ~radien bestimmt werden, z.B. mittels der Erkenntnisse von Johannes D. van der Waals über reale Gase. Die wohl bedeutendste Methode entwickelte 1909 Jean B. Perrin auf der Grundlage der Brownschen Bewegung. Die Erforschung der inneren Struktur der ~e wurde Ende des 19. Jhdts. durch weitere Verbesserungen der elektrischen Meßtechnik möglich. So gelang 1897 Joseph J. Thomson der Nachweis des ersten subatomaren Teilchens – des Elektrons; 14 Jahre später wurde von Ernest Rutherford der ~kern entdeckt. Allerdings stellte sich dann noch die Frage nach der Anordnung bzw. Bewegung der Elektronen um den ~kern. Diese beantwortete 1927 Erwin Schrödinger. Die zuvor empirisch ermittelte Struktur des Periodensystems, d.h. die chemischen Eigenschaften der Elemente konnten mit den Ergebnissen Schrödingers vollständig auf die Struktur der Elektronenhülle zurückgeführt werden.
     ~e lassen sich aufgrund ihrer geringen Größe (z.B. beträgt der Radius eines Wasserstoff~s 25x10-12 m [= 0,000.000.025 mm], eines Sauerstoff~s 60x10-12 m [= 0,000.000.06 mm] oder eines Natrium~s 180x10-12 m [= 0,000.000.18 mm]) mit den herkömmlichen Mitteln nicht photographieren; Photonen, also Lichtpartikel, deren Reaktionen auf die Oberflächen von Gegenständen die Grundlage der Photographie (von gr. ϕῶς = Licht) abgeben, sind dafür zu grob (~e haben also keine »Farbe«). Jedoch schaffen seit knapp drei Jahrzehnten bei Einsatz des »Raster-Tunnel-Mikroskops« (RTM) Elektronen dafür Ersatz. Das folgende auf diesem Wege gewonnene »Photo« zeigt die Oberfläche eines Silizium-Einkristalls.



Quelle: http://www1.tu-darmstadt.de/​surface/methoden/AFM/stm_theorie.tud

Bemerkenswert ist dabei der Umstand, daß die theoretisch vorhergesagte hexagonale (sechseckige) Oberflächenstruktur des Silizium-Einkristalls mit dieser Methode nachgewiesen werden konnte. Die direkte Beobachtung der ~e durch RTM-Einsatz verspricht also noch weitere Einsichten in den Feinbau der Materie. Auch Bewegungen von ~en lassen sich auf dieser Basis unter gewissen Voraussetzungen »filmen«, was weitere Erkenntnisse ermöglichen sollte; leider sind die entsprechenden Forschungen sehr teuer und genießen wenig Publizität oder staatliche Unterstützung. Erstaunlich ist auch, daß der routinemäßige Einsatz der vorliegenden RTM-»Photos« und -»Filme« im Schulunterricht, ja sogar dem Physikstudium fehlt. 


 
 
 

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