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Aufbau des Atomkerns

Allgemeines:

Neben dem (gesamten Atom), dass aus Atomkern und Atomhülle besteht, kann man sich auch den Aufbau des Atomkerns oder der Atomhülle genauer betrachten. Die einzelnen Atommodelle (gesamtes Atom) werden im Kapitel "Atommodelle (Chemie)" beschrieben. Hier soll der Aufbau des Atomkerns näher betrachtet werden. 

Für genauere Informationen sei auf die Grundlagen der Atomphysik - der Atomaufbau verwiesen.
 

Aufbau:
Der Atomkern besteht aus zwei Elementarteilchen, den ungeladenen Neutronen (n) und den positiv geladenen Protonen (p+). 
Da sich diese Elementarteilchen im Kern befinden, werden diese Teilchen auch Nukleonen (Kernteilchen) bezeichnet. Die Protonenzahl Z entspricht der Ladung des Atomkerns, daher wird die Protonenzahl auch Kernladungszahl genannt. Diese Protonenzahl ist für jedes Element charakteristisch (z.B. das Wasserstoffatom besitzt ein Proton). Diese Protonenzahl ist aus der Stellung des Elementes aus dem Periodensystem bestimmbar, die Ordnungszahl entspricht gleich der Protonenzahl.  

Die Nukleonenzahl A ergibt sich aus der Protonen- und Neutronenzahl eines Elementes (Achtung: Die Zahl der Neutronen können bei einem Element variieren -> Isotop). Diese Nukleonenzahl lässt sich auch aus dem Periodensystem ableiten, sie steht meist über dem Element und wird als Massenzahl bezeichnet. Im Vergleich zur Masse eines Protons oder Neutrons ist die Masse eines Elektrons in der Atomhülle verschwindend klein, deswegen entspricht die Massenzahl auch der Nukleonenzahl. So kann aus der Massenzahl die Zahl der Neutronen berechnet werden, indem man von der Nukleonenzahl die Zahl der Protonen abzieht (aufgrund der Isotope der Elemente ist im Periodensystem immer eine mittlere Atommasse angegeben). 
Damit hat man den Aufbau eines Atomkerns.
 

Größe des Atomkerns:
Aufgrund einiger vereinfachter Annahmen kann man ungefähr die Größe eines Atomkerns abschätzen. Dies lässt sich relativ einfach durchführen, da man den Durchmesser von Nukleonen (d = 2,92·10-15m) hinreichend genau bestimmen kann. Mit Hilfe einiger mathematischer und physikalisch-chemischer Näherungen (z.B. Atom ist in 1. Näherung kugelförmig) lässt sich damit eine Formel zur Abschätzung des Atomkerns ableiten:

Radius (Atomkern) = Radius (Nukleon) · 3.Wurzel aus der Nukleonenzahl (= Anzahl der Protonen + Neutronen im Kern)

Beispiel: das Kohlenstoffisotop C-12
Dieses Kohlenstoff-Atom weist im Kern 6 Protonen und 6 Neutronen auf, der Radius eines Nukleons ist 1,46·10-15m.
Setzt man diese Werte nun ein, so erhält man als Atomradius 3,34·10-15m
 

Natürliche Atomkerne:
Die höchste Protonenzahl aller natürlich vorkommenden Elementen hat Uran mit 92 Protonen im Kern. Die restlichen Elemente mit einer Protonenzahl von über 92 werden durch kernchemische Reaktionen (Verschmelzung zweier Atomkerne) erzeugt.


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