Atome

Zur Zeit sind etwas mehr als 100 Elemente bekannt, von denen 92 in der Natur vorkommen. Jedes Element ist dadurch charakterisiert, dass seine Atome Protonen und ebenso viele Elektronen sowie Neutronen haben. Die Protonenanzahl heißt Kernladungszahl oder Ordnungszahl. Das leichteste Atom ist das des Wasserstoffs mit einem Proton. Das zweite (Helium) hat zwei Protonen, das nächste (Lithium) hat drei Protonen und so weiter. Nahezu die gesamte Masse eine Atoms ist in seinem Kern konzentriert, der die Protonen und Neutronen enthält. Er hat einen Durchmesser von einigen Femtometer (1 fm = 0,0000000000000001 m). Der Abstand der Elektronen vom Kern liegt bei ca. 0,1 nm.

Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Elemente werden von der Anzahl der Elektronen und der Verteilung bestimmt. Der Kern ist elektrisch positiv geladen, die Elektronen sind elektrisch negativ geladen. Dies führt dazu, dass sich der Kern und die Elektronenhülle gegenseitig anziehen, während sich die Elektronen einander abstoßen. Die Elektronen sind in sogenannten Schalen angeordnet, die umso mehr aufnehmen können, je weiter außen sie sich befinden. Die erste Schale enthält maximal 2 Elektronen, die zweite 8, die dritte 18 und die vierte 32. Die nächsten Schalen können noch mehr Elektronen aufnehmen, werden aber bei den bisher bekannten Elementen nicht voll besetzt.

Elemente mit nur einem Elektron in der äußeren Schale (wie Wasserstoff, Lithium, Kalium) sowie solche, denen nur ein Elektron auf der äußeren Schale fehlt (wie Flur, Chlor oder Brom) sind sehr reaktiv und kommen daher in der Natur praktisch nur in Verbindungen vor. Elemente, bei denen die äußere Schale voll besetzt ist (wie die Edelgase Helium, Neon, Argon) sind chemisch inert, d.h. sie reagieren praktisch nicht.

Die Berechnung der Elektronenkonfiguration und die damit mögliche Deutung gehört zu den großen Erfolgen der Quantenmechanik in den 1920er Jahren.